思維方法在科學(xué)中的體現(xiàn)

鄭軍艷

摘要：科學(xué)探究的過(guò)程充滿了理性思維的火花，許多的思維方法凝聚著科學(xué)家的智慧和創(chuàng)造。在初屮科學(xué)教學(xué)過(guò)程中，展示探究過(guò)程屮的思維方法，能增進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的理解， 提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

在科學(xué)課程屮，學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程，學(xué)會(huì)一定的科學(xué)思維方法，以解決自身學(xué)習(xí)、 生活、工作和社會(huì)決策中遇到的問(wèn)題，能為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

科學(xué)探究屮的思維方法有許多，常見(jiàn)的有模擬法、轉(zhuǎn)換法、變量控制法、比較法、累積 法、替代法、守恒法、放大法、極限法等。下面就幾種重要的思維方法進(jìn)行分析。

一、模擬法

模擬法是通過(guò)設(shè)計(jì)與原型（自然現(xiàn)象或過(guò)程）相似的模型，并利用該模型來(lái)間接的研究規(guī)律的方法。此法可使事過(guò)境遷或稍縱即逝的自然現(xiàn)象或過(guò)程在實(shí)驗(yàn)室重現(xiàn)，可使不能直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的對(duì)象在模擬的條件下“具體化”。

例如，《晝夜的成因》一節(jié)里的活動(dòng)“晝夜交替的演示”：用一個(gè)臺(tái)燈代表太陽(yáng)，用一個(gè) 乒乓球代表地球，用一個(gè)長(zhǎng)而粗的針沿乒乓球的一條直徑穿過(guò)乒乓球代表地球自轉(zhuǎn)軸。在乒乓球上畫一紅點(diǎn)并在離臺(tái)燈稍遠(yuǎn)處對(duì)準(zhǔn)燈泡，將粗針與水平線傾斜成66.5° ，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)乒乓球，每當(dāng)乒乓球轉(zhuǎn)過(guò)一周，就形成紅點(diǎn)的明暗交替一次。這個(gè)現(xiàn)彖就模擬了晝夜交替的成因。

乂比如，在研究磁體周圍的磁感線分布吋，因?yàn)榇鸥芯€實(shí)際不存在，在磁體周圍均勻地散布細(xì)鐵屑，通過(guò)細(xì)鐵屑的規(guī)則排列形象地模擬磁體周圍的磁感線。

二、轉(zhuǎn)換法

2000多年前，希臘學(xué)者阿基米徳在思考如何鑒別王冠的含金量時(shí)，從洗澡時(shí)浴缸向外溢水的現(xiàn)象屮受到啟發(fā)，歸納液體中物體受到浮力的規(guī)律時(shí)，把物體受到的浮力轉(zhuǎn)換為物體排開(kāi)水的重力。（《阿基米徳原理》——活動(dòng)：“探究浮力的大小”）

從阿基米德的思維方法屮，我們可以領(lǐng)悟出一個(gè)解決問(wèn)題的方法，如果直接處理或解決某一問(wèn)題而感到困難時(shí)，改變思考問(wèn)題的角度，將這些物理量轉(zhuǎn)換為其他物理量進(jìn)行測(cè)量，我們把這種方法叫轉(zhuǎn)換法。

例如，HC1和NaOH溶液反應(yīng)時(shí)，沒(méi)有明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如何用實(shí)驗(yàn)證明確實(shí)反應(yīng)了？ 可以根據(jù)反應(yīng)物與生成物的不同化學(xué)性質(zhì)，借助酸堿指示劑來(lái)顯示反應(yīng)的進(jìn)行。可將酚酞試液滴入NaOH溶液中（溶液變成紅色），再滴入HC1至紅色褪去。

再如，測(cè)不規(guī)則小石塊的體積我們轉(zhuǎn)換成測(cè)排開(kāi)水的體積，測(cè)曲線的長(zhǎng)短時(shí)轉(zhuǎn)換成細(xì)棉線的長(zhǎng)度等等，均應(yīng)用了轉(zhuǎn)換法。

三、變量控制法

所謂變量控制法，就是在研究和解決問(wèn)題的過(guò)程中，對(duì)影響事物變化規(guī)律的因素或條件加以人為控制，使其中的一些條件按照特定的要求發(fā)生變化或不發(fā)生變化，最終解決所研究的問(wèn)題。它是科學(xué)探究中常用的思維方法之一。

例如，探究影響壓力作用效果的因索，我們可以保持壓力大小不變，改變受力而積，從而得出壓力的作用效果（壓強(qiáng)）大小與受力而積的大小成反比的關(guān)系。（《壓強(qiáng)》——活動(dòng)：“壓力的作用效果”）

又例如，探究電流和電阻的關(guān)系，我們可以保持電壓不變，控制電阻的大小，再測(cè)出各個(gè)電阻值所對(duì)應(yīng)的電流人小，從而可以得知電壓一定時(shí)，經(jīng)過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比。（《歐姆定律》一一活動(dòng)：“研究相同電壓下不同導(dǎo)體中電流與它的電阻的關(guān)系”）

四、比較法

比較是人們常用的思維方法，是找出事物Z間的差異點(diǎn)和共同點(diǎn)的思維方法，通過(guò)事物間相同特征或相異特征的比較，揭示事物的木質(zhì)和區(qū)別。

例如，電流的形成、電壓的作用通過(guò)以熟悉的水流的形成，水壓使水管中形成了水流進(jìn)行類比，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，聯(lián)想到：水壓迫使水沿著一定的方向流動(dòng)，使水管中形成了水流;類似的，電壓迫使自由電荷做定向移動(dòng)使電路中形成了電流，從而得出電壓是形成電流的原因的結(jié)論。水泵是提供水壓的裝置;類似的，電源是提供電壓的裝置。（《電流、電 壓》——思考與討論：“電源電壓”）

五、累積法

科學(xué)探究中，由于偶然因素的影響，對(duì)某些暈進(jìn)行一次測(cè)量具有不確定性或不可靠性，則采用累積后求平均值的方法，稱為累積法。該思維方法主要是為了減少測(cè)量的偶然誤差而設(shè)計(jì)的。

例：若被測(cè)物體的質(zhì)量小于托盤天平標(biāo)尺上的最小分度值（即天平的感量），該如何測(cè)量？可采用累積法進(jìn)行測(cè)量。（如測(cè)大頭針、郵票等）（活動(dòng)：“測(cè)量物體的質(zhì)量”）

又例：沒(méi)有螺旋測(cè)微器時(shí)，可把金屬絲在鉛筆上密繞若干圈，測(cè)出金屬線圈總長(zhǎng)度來(lái)算出金屬絲的直徑;在測(cè)量一張薄紙的厚度時(shí)，先測(cè)多張薄紙的厚度再求平均而得到一張紙的厚度等籌。（活動(dòng)：“用刻度尺測(cè)量物體”）

六、替代法

科學(xué)探究中，將直接解決不了的問(wèn)題通過(guò)變通替代的辦法解決而達(dá)到完全相同的效果，這種思維方法稱為替代法。它也是科學(xué)探究中常用的一種方法。

例如，在平面鏡成像的實(shí)驗(yàn)中，我們利用兩個(gè)完全相同的蠟燭，驗(yàn)證像與物的大小相同， 因?yàn)槲覀儫o(wú)法真正的測(cè)出像與物的大小關(guān)系，所以我們利用了一個(gè)完全相同的另一只蠟燭來(lái) 等效替代物體的大小。（《活動(dòng)：“探究平面鏡成像規(guī)律”）

值得注意的是，在科學(xué)探究中，常常是多種思維方法的綜合。如在研究決定導(dǎo)體電阻大 小的有關(guān)因素時(shí)，我們同時(shí)用到了轉(zhuǎn)換法（把電阻的大小轉(zhuǎn)換成小燈泡的亮度、通過(guò)研究小燈泡亮度的變化來(lái)得到導(dǎo)體電阻變化的原因）、歸納法（將分別得出的導(dǎo)體電阻與材料、長(zhǎng)度、橫截面積、溫度有關(guān)的信息歸納在一起）、變量控制法（在研究導(dǎo)體電阻與長(zhǎng)度有關(guān)時(shí)，控制了材料、橫截而積）等思維方法。教師應(yīng)當(dāng)通過(guò)知識(shí)教學(xué)滲透科學(xué)思維方法，通過(guò)結(jié)合科學(xué)史介紹科學(xué)家所運(yùn)用的科學(xué)研究方法和精美絕倫的實(shí)驗(yàn)構(gòu)思，通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題，訓(xùn)練學(xué)生靈活而準(zhǔn)確地應(yīng)用科學(xué)方法。

總之，學(xué)生一旦掌握了科學(xué)思維方法，就能更深刻地理解和更牢固地掌握科學(xué)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效率，科學(xué)方法作為正確的思維和行為方式，蘊(yùn)含著極大的知識(shí)價(jià)值，它能將科學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力，形成科學(xué)的情感態(tài)度和價(jià)值觀。

參考文獻(xiàn)：

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