淺談物理教學(xué)中的科學(xué)方法

呂憲東

在《初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中，科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式之一。在探究科學(xué)規(guī)律的過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)動(dòng)手動(dòng)腦，通過(guò)物理學(xué)了解“再發(fā)現(xiàn)”過(guò)程，體驗(yàn)到科學(xué)探究的樂(lè)趣，學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)探究方法，領(lǐng)悟科學(xué)的思想和精神，掌握科學(xué)學(xué)習(xí)的策略及科學(xué)的思維方法，從而提高他們的科學(xué)素質(zhì)。要想使物理教學(xué)達(dá)到新課程標(biāo)準(zhǔn)確定的目標(biāo)，必須重視物理教學(xué)中蘊(yùn)含的大量的科學(xué)方法，把它們滲透到教學(xué)活動(dòng)中，適時(shí)向?qū)W生介紹、點(diǎn)撥，讓他們?cè)趯W(xué)習(xí)活動(dòng)中體驗(yàn)、體會(huì)科學(xué)方法，逐步提高學(xué)生科學(xué)探究能力，掌握一些科學(xué)方法，為學(xué)生的終生學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。下面就與大家一起探討物理教學(xué)中常用的一些科學(xué)方法。

一、控制變量法

“控制變量法”是初中物理中常用的探究問(wèn)題的科學(xué)方法。由于影響物理研究對(duì)象的因素在許多情況下并不是單一的，而是多種因素相互交錯(cuò)、共同起作的，所以要想精確把握研究對(duì)象的各種特性，明確事物變化的原因和規(guī)律，必須人為地制造一些條件，便于問(wèn)題的研究。例如：當(dāng)一個(gè)物理量與幾個(gè)因素有關(guān)時(shí)，我們一般是分別研究這個(gè)物理量與各個(gè)因素之間的關(guān)系，再進(jìn)行綜合分析從而得出結(jié)論。這樣就必須在研究物理量同其中一個(gè)因素之間的關(guān)系時(shí)，將另外幾個(gè)因素人為地控制起來(lái)，使它們保持不變，以便觀察和研究，這就是“控制變量”的方法。初中物理教學(xué)中許多概念或規(guī)律的探索過(guò)程，都要用到控制變量法。例如：在八年級(jí)剛接觸物理時(shí)，有一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)是探究“聲音怎樣從發(fā)聲的物體傳到遠(yuǎn)處”，如圖所示：

讓一個(gè)學(xué)生在桌子一端敲擊桌面，另一個(gè)學(xué)生在另一端聽聲音，一次貼在桌面上聽，一次只是貼近桌面，發(fā)現(xiàn)兩次都可以聽到聲音，引導(dǎo)學(xué)生分析這兩次聲音分別是通過(guò)桌子和空氣傳來(lái)的，從而說(shuō)明聲音要靠介質(zhì)傳播，同時(shí)，讓學(xué)生比較兩次聽到聲音的大小，從而認(rèn)識(shí)到聲音在固體中比在空氣中傳播得快，即固體的傳聲能力強(qiáng)。在這里，教師一定要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)中需要控制的變量，就是聽聲音的距離應(yīng)與敲擊桌面的力度相同，使學(xué)生體驗(yàn)到控制變量的思想，為以后的探究實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備。利用控制變量法研究物理問(wèn)題，注重知識(shí)的形成過(guò)程，有利于扭轉(zhuǎn)重結(jié)論、輕過(guò)程的傾向，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。初中物理用到控制變量法的實(shí)驗(yàn)還有：蒸發(fā)的快慢與哪些因素有關(guān)？導(dǎo)體的電阻大小與哪些因素有關(guān)？導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓和導(dǎo)體的電阻的關(guān)系。電熱的大小與哪些因素有關(guān)？影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素有哪些？影響壓力作用效果的因素有哪些？研究浮力的大小與哪些因素有關(guān)？研究物體吸引熱量的多少與哪些因素有關(guān)等。控制變量法是一種最常用的、非常有效的探索客觀物理規(guī)律的科學(xué)方法。通過(guò)控制變量法，可方便我們研究出某個(gè)物理量與多個(gè)因素之間的定性或定量關(guān)系，從而得出普遍的規(guī)律。

二、等效替代法

當(dāng)測(cè)量器材無(wú)法直接測(cè)量某個(gè)物理量時(shí)，就要設(shè)法用可以直接測(cè)量的物理量取代不能直接測(cè)量的物理量，這就是“等效替代法”。采用此方法時(shí)，唯一要注意的是，直接測(cè)量的與不能直接測(cè)量的物理量之間要有內(nèi)在的聯(lián)系，找到這種內(nèi)在的聯(lián)系。可以說(shuō)“等效替代”的思想是物理實(shí)驗(yàn)成功的最根本、最重要的思路，物理學(xué)中的相關(guān)定律、定理、公式、原理都是以替代思維成立的基礎(chǔ)為出發(fā)點(diǎn)的。例如：測(cè)量不規(guī)則固體的體積，就是利用物體浸沒(méi)在液體中時(shí)，物體體積與物體排開的液體的體積相等的原理，采用替代。有量筒或量杯時(shí)，可采用“排液補(bǔ)差法”或叫“等量空間占據(jù)法”測(cè)量。沒(méi)有量筒或量杯時(shí)，可用彈簧測(cè)力計(jì)和水，通過(guò)測(cè)量浮力大小，結(jié)合阿基米德原理計(jì)算（全部浸沒(méi)），也可以用天平測(cè)量排水的質(zhì)量（全部浸沒(méi)），再利用密度知識(shí)來(lái)計(jì)算。這種質(zhì)量或體積的替代測(cè)量方法一般多見(jiàn)于測(cè)量物質(zhì)密度的方法中，還有許多物理量的測(cè)量都用到了等效替代法。等效替代法還可以用在一些器材的等效上，研究某一個(gè)物理現(xiàn)象和規(guī)律中，因?qū)嶒?yàn)本身的特殊限制或因?qū)嶒?yàn)器材等限制，不可以或很難直接揭示物理本質(zhì)，而采取與之相似或有共同特征的等效現(xiàn)象替代，這樣不僅能順利得出結(jié)論，而且還容易被學(xué)生接受和理解。例如：在探究平面鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，用玻璃板替代了平面鏡，因二者在成像特征上有共同之處，容易使學(xué)生接受，而玻璃板又是透明的，能通過(guò)它觀察到玻璃板后面的蠟燭，便于研究像的特點(diǎn)，揭示出平面鏡成像的規(guī)律。如圖所示：

每當(dāng)學(xué)生自我解決了一個(gè)問(wèn)題后，他們會(huì)有一種“柳暗花明又一村”的感覺(jué)，對(duì)物理的興趣也自然而然地增加了。

三、轉(zhuǎn)換法

所謂“轉(zhuǎn)換法”，主要是指在保證效果相同的前提下，將不可見(jiàn)、不易見(jiàn)的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)的現(xiàn)象;將陌生、復(fù)雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)換成熟悉、簡(jiǎn)單的問(wèn)題;將難以測(cè)量或測(cè)準(zhǔn)的物理量轉(zhuǎn)換為能夠測(cè)量或測(cè)準(zhǔn)的物理量的方法。例如：彈簧測(cè)力計(jì)的原理隱含了一個(gè)間接測(cè)量原則。如圖所示：

即用可直接量度的量間接表現(xiàn)那些不便直接觀察、不便直接測(cè)量的量。在這里，彈簧的長(zhǎng)度變化可以直接觀察、測(cè)量，而力的大小是看不到摸不著的，但力的大小卻與彈簧長(zhǎng)度的變化有關(guān)系，因此，我們可以用彈簧的伸長(zhǎng)量來(lái)量度力的大小。不僅測(cè)力計(jì)，溫度計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)、氣壓表（高度計(jì)）、電流表、電壓表、時(shí)鐘、速度表也是如此，看見(jiàn)的是長(zhǎng)度、角度的變化，反映的是溫度、液體壓強(qiáng)、大氣壓強(qiáng)（高度）、電流、電壓、時(shí)間、速度的變化。再如：空氣看不見(jiàn)、摸不到，我們可以根據(jù)空氣流動(dòng)（風(fēng)）所產(chǎn)生的作用認(rèn)識(shí)它;分子看不見(jiàn)、摸不到，不好研究，可以通過(guò)研究墨水的擴(kuò)散現(xiàn)象認(rèn)識(shí)它;電流看不見(jiàn)、摸不到，判斷電路中是否有電流時(shí)，可以根據(jù)電流產(chǎn)生的效應(yīng)認(rèn)識(shí)它;磁場(chǎng)看不見(jiàn)、摸不到，我們可以根據(jù)它產(chǎn)生的作用來(lái)認(rèn)識(shí)它。中學(xué)物理課本中，測(cè)不規(guī)則小石塊的體積我們轉(zhuǎn)換成測(cè)排開水的體積;在測(cè)量滑動(dòng)摩擦力時(shí)轉(zhuǎn)換成測(cè)拉力的大小;大氣壓強(qiáng)的測(cè)量（無(wú)法直接測(cè)出大氣壓的值，轉(zhuǎn)換成求被大氣壓壓起的水銀柱的壓強(qiáng)）;測(cè)液體壓強(qiáng)（我們將液體的壓強(qiáng)轉(zhuǎn)換成我們能看到的液柱高度差的變化）;通過(guò)泡沫塑料凹陷的程度了解壓力的作用效果大小;用燈光的亮度感知電流的大小;用電磁鐵吸引大頭針的個(gè)數(shù)判斷其磁性的強(qiáng)弱;將光在透明空氣中的傳播轉(zhuǎn)換為在煙或水霧中的傳播觀察光的傳播方向。在研究電熱與電流、電阻的因素時(shí)，將電熱的多少轉(zhuǎn)換成液柱上升的高度。如圖所示：

以上列舉的這些問(wèn)題均應(yīng)用了轉(zhuǎn)換法。轉(zhuǎn)換法可以通過(guò)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象、空間角度、物理規(guī)律、物理模型、思維角度、物理過(guò)程、物理狀態(tài)、時(shí)間角度等達(dá)到化繁為簡(jiǎn)，化難為易，間接地解決問(wèn)題。

總之，在初中物理教學(xué)中蘊(yùn)含著許多科學(xué)方法，我們既不能視而不見(jiàn)，又不能唯方法講方法，要時(shí)時(shí)做有心人，把握時(shí)機(jī)，將科學(xué)方法滲透到教學(xué)活動(dòng)中并恰當(dāng)點(diǎn)撥，就能不斷提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，讓學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)的本質(zhì)，培養(yǎng)他們的科學(xué)思想以及創(chuàng)新思維，提高他們的科學(xué)素質(zhì)。