在中學物理教學中注意對學生進行科學方法的教育

高曉偉

人們研究物理現象，建立物理概念，揭示物理規律的過程中，總要運用各種不同的研究方法，這些方法是進行研究的有力工具，進行思維的得力助手。在中學物理教學的過程中，不僅要進行理論知識的傳授、技能技巧的訓練、能力的培養，同時也應注意科學方法的教育。知識、方法和能力是密切聯系、相互依賴、相互制約的，有的知識本身就是方法，有的知識通過轉化或升華可起到方法的作用，而知識、方法又是具備能力的前提和基礎。

中學物理教材是按理論知識體系編寫的，物理方法只是穿插和隱含于其中，因此在進行教學的過程中應注意挖掘教材中涉及的物理方法，適時適度地進行科學方法的教育，并滲透一些科學家研究問題的思想方法，這既有利于學生全面、深入地理解、掌握物理學的概念、規律，又有利于提高學生分析問題、解決問題的能力。

在教學中涉及的物理方法有實驗法、理想法、等效法、類比法、控制變量法、圖象法、統計法、間接觀測法、建立科學模型和假說的方法等。下面就其中幾種方法做些具體的介紹。

1 理想法

理想化的方法就是在研究物理問題時，為了抓住問題的本質，突出主要特征而忽略次要因素的一種抽象思維方法。比較典型的有理想化實驗和理想化模型。

理想化實驗雖是無法實現的，卻是以可靠事實為依據，抓住問題的本質，經過抽象思維，而推理出不能直接從實驗中得出的重要結論。如對于力和運動關系的研究，伽利略用假想的物體沿斜面下滑的“理想實驗”駁斥了亞里士多德用“直接推理”法得出的“力是維持物體運動的原因”的結論。從這一點可以看出，科學理論的形成得力于正確的方法。

理想化模型就是為了研究問題而建立的一種高度抽象客體。它可使具體的物理問題簡化，常見的實物模型有質點、單擺、理想氣體、點電荷模型、理想變壓器、理想透鏡。其中質點是高中物理首先引入的理想化模型，它突出了物體具有質量和位置的主要因素，忽略了形狀、大小及內部運動等次要因素，從而為研究物體的運動規律帶來方便。

在研究物理問題時，還可以進行其他一些理想化的處理，如：理想化過程——無摩擦、勻速直線運動、勻變速直線運動、恒溫、恒壓、恒力等；理想化狀態——不計空氣阻力和浮力，均勻變化等。

總之，由于客觀事物運動規律往往比較復雜，不能一下子認識清楚，而采用理想化的處理方法，可使事物的運動規律具有比較簡單的形式，便于人們去認識和掌握它們。

2 類比法

所謂類比法是依據兩個或兩類不同的對象在某些特征、性質上的相似性，將一個對象的特征屬性遷移到另一個對象，從而得出可能判斷的邏輯推理的方法。簡單說就是一個作比較找聯系的方法。

在物理學發展的過程中，把兩個看似不相干的現象進行比較，找出共性，加以類推，往往能得到很重要的結論。惠更斯關于光的波動說就是人們將光與機械波（如聲波）這兩類看似沒聯系的物質聯系起來相類比而逐步成熟、完善起來的。機械波在兩種介質的界面上會同時發生反射和折射。不同振源發出的幾列波在空間相遇后能彼此毫無妨礙地相互穿行。光在兩種介質的界面上也會同時發生反射和折射，幾束光相遇后也能彼此毫無妨礙地相互穿行。類比后，得出光可能是一種波的假設，后來通過觀察到光的衍射、干涉現象證實了光的波動性是正確的。

同樣，麥克斯韋正是將電磁波與光波作類比，并推算出電磁波傳播的速度與光速相同，而提出光的電磁說的。后經赫茲證明，電磁理論是正確的。

兩類相關現象的對照也是類比法的應用。1820年，奧斯特發現“電能生磁”，那么磁能生電嗎？法拉第在1821年的日記中寫有一個設想——用磁生電，這一設想一經確定，他便為此整整奮斗了10年，經過不懈的努力，終于在1831年發現電磁感應現象，為后來發電機、變壓器的發明奠定理論基礎。

3 等效法

等效法是從事物間的等同效果出發，把復雜的現象或過程轉化成標準模式來處理，從而使問題簡化的方法。描述交流電的物理量比較復雜，而直流電的描述相對要簡單，那能不能找到一個物理量較為簡單地描述交流電呢？研究發現，交流電和直流電通過同樣阻值的電阻，如果它們在相同時間內產生的熱量相等，這一交變電流的有效值就和這個直流電流相等。用等效法引入交變電流“有效值”的概念，為交流電路的計算、測量提供了依據。

矢量的“合成”與“分解”概念的建立也是從具有等同效果出發的，力的合成就是可以用一個力代替幾個力的同時作用，因為這一個力和那幾個力的共同作用效果相同。力的分解是力的合成的逆運算。

人們還常用等效電源、等效電阻來簡化復雜的實際電路。用等效法處理物理問題是常用的一種有效方法。

人們在研究某一物理現象、規律或處理某一物理問題時，往往不是單一地應用某種方法，而是幾種方法綜合地反復應用，逐步使科學理論完善發展起來。如對于原子結構的認識，盧瑟福從α粒子散射實驗觀察到的現象出發，經過假設、推理、反證等方法提出原子的核式結構模型，從而用新理論推翻舊理論。后來玻爾為解決原子的穩定性以及原子的線狀光譜等問題，從科學事實出發，通過反復研究，提出新的模型和假說，使原子的核式結構理論更加完善。通過這些方法的教學，還可使學生認識到要研究某一確定的物理課題要經過科學事實——科學假說——科學檢驗——科學理論等幾個銜接環節。

物理方法教育是中學物理教學的內容之一，學生如能熟練地掌握這些方法，養成良好的思維習慣，不僅對解決物理領域內的問題有益，就是對于在其他領域內的工作、學習也將產生啟迪作用和潛移默化的影響。所以在物理教學的過程中一定要注意科學方法的教育。