初中科學幾種常見的科學探究方法及其教學途徑

【摘 要】科學的核心是探究。《新課程標準》要求，在突出科學探究內容的同時，重視研究方法的指導，使學生在進行科學探究、學習科學知識的過程中，逐漸拓寬視野，初步領悟到科學研究方法的真諦。且將“過程與方法”作為其中的一個維度目標出現，強調通過科學探究，使學生經歷基本的科學探究過程，學習并掌握科學探究方法，發展初步的科學探究能力，形成尊重事實、探索真理的科學態度。在教學中要采取適當的途徑，加強科學探究方法教育。

【關鍵詞】科學探究 方法 控制變量法 對比法 轉換法 理想實驗法 模型法

科學的核心是探究，教育的重要目標是促進學生的發展，科學課程應當體現這兩者的結合，突出科學探究的學習方式。探究式學習是指學生在教師指導下或通過自己的獨立探究活動來獲取知識，并發展探究能力的學習方式。在教學中應給學生提供充分的科學探究機會，讓學生通過手腦并用的探究活動，體驗探究過程的曲折和樂趣，學習科學探究方法，發展科學探究所需要的能力并增進對科學探究的理解。教學中要求運用各種教學方式與策略，讓學生把從探究中獲得的知識與從其他方式獲得的知識聯系起來，奠定可廣泛遷移的科學知識基礎。

一、科學探究與科學探究方法

1、科學探究的基本過程

在科學課程中，學生將通過科學探究等方式理解科學知識，學習科學技能，體驗科學過程與方法，初步理解科學本質，形成科學態度、情感與價值觀，培養創新意識和實踐能力。

進行科學探究的方式是多種多樣的。一般來說，其基本過程具有六個要素：提出科學問題；進行猜想和假設；制定計劃，設計實驗；觀察與實驗，獲取事實與證據；檢驗與評價；表達與交流。某些探究過程只包含其中的幾個要素，而且也不一定按上面呈現的順序進行。如：

提出問題：可燃物燃燒的條件是什么。

進行猜想和假設：可燃物燃燒需要氧氣和達到一定的溫度。

制定計劃，設計實驗：藥品與器材：白磷、10℃和60℃的水、試管、長玻璃管。活動1（如右圖中1），將白磷放入10℃的水中，并通入空氣。活動2（如右圖中2），將白磷放入60℃的水中，不通空氣。活動3（如右圖中3），將白磷放入60℃的水中，并通入空氣。分別觀察燃燒情況。

觀察與實驗，獲取事實與證據：實驗中發現1、2中白磷不燃燒，3中白磷燃燒。

檢驗與評價：由2、3對比得出：可燃物燃燒需要氧氣。由1、3對比得出：可燃物燃燒需要達到一定的溫度，進而得出著火點的概念。

表達與交流：不同小組之間互相描述實驗現象，交流實驗結果，從而得出結論。再換用不同的可燃物實驗，得出可燃物燃燒需要氧氣（助燃物）和溫度達到著火點。

科學探究的主要目標是使學生領悟科學探究的思想，培養學生進行科學探究所需要的能力，增進對科學探究方法與過程的理解。科學探究能力是通過完成部分探究活動和完整的探究活動而形成和發展的。

2、學習科學探究方法的重要性

韓愈說過“師者，傳道、授業、解惑也”。韓愈首先強調的教師的任務是“傳道”，而“道”所指的正是方法。科學探究方法是進一步獲取科學知識的工具，因此，在科學教學過程中，科學探究方法是比獲取科學成果更為可貴的東西。法國科學家笛卡爾曾說：“最有價值的知識，是關于方法的知識。”在知識教學中要培養學生的能力，找到知識教學與能力培養的結合點，突破口就在于加強科學探究方法教育。

二、初中階段常見的科學探究方法

雖然在科學課的探究活動中大多數都需要實驗法，但并不是只有動手實驗才是探究。探究的形式還可以是邏輯推理、查找文獻、調查研究等，每一種探究方法都有一個適當的空間，只有當探究方法與探究內容相適應時，才能發揮有效價值。教師通過選擇適當的探究方法，引導學生主動學習，開發學生智力，培養學生思維能力。為了有效地開展科學探究活動，此處總結歸納了常見的幾種方法。

1、控制變量法

“控制變量法”就是根據研究目的、運用一定手段（實驗儀器、設備等）主動干預或控制自然事物、自然現象發展的過程，在特定的觀察條件下探索客觀規律的一種研究方法。如果某次實驗中結果受到n個變量的影響，我們要來探究第n個變量對結果的影響，則我們要把另外的（n-1）個變量人為控制，這樣才能通過對比實驗得出第n個變量對實驗結果的影響。利用控制變量法研究問題，注重了知識的形成過程，有利于扭轉重結論、輕過程的傾向，有助于培養學生的科學素養，使學生學會學習。在初中科學實驗過程中，控制變量法是一種最常用的、非常有效的探索客觀規律的科學方法，如

為了研究滑動摩擦力的大小跟哪些因素有關，控制壓力相同時，研究滑動摩擦力與接觸面粗糙程度的關系；控制接觸面粗糙程度相同，研究滑動摩擦力與壓力大小的關系。

2、對比法

對比尋找幾個事物的共同點或不同點，從而得出結論的研究方法叫對比（也稱比較法），這是一種常用的研究方法。

中學生認識事物時，往往抓不住事物的本質特征，對那些相近的概念、成雙成對、成列成排、前后聯系的名詞混淆不清，琢磨不定。有比較才能鑒別，一切事物總是相比較而存在的。

在教學中采用對比法，突出一方，找出它們的異同，就可避免混淆和張冠李戴。比如：

呼吸作用與光合作用有什么聯系和區別？學生采用對比法，從邏輯上找出對比之項：作用場所、作用條件、反應物、生成物、能量轉化等等，然后分析出對立面和統一面，得出答案。并從中看出二者的相互依賴、相互制約的關系。

對比法是一切理解和一切思維的基石，即比較是一切邏輯思維的方法。任何事物的特點必須在相互比較中才能充分地顯示出來。因此，采用對比法，可以培養和提高學生的邏輯思維能力。在總結和復習時可以進行縱向、橫向的綜合對比，讓學生在對比中把分散的知識上升到規律性的、理性的認識。對比法能使學生把感性知識上升為理性認識把有關實驗表面的共性與差異提升到對實驗問題的規律性認識，達到“舉一反三”的目的，從而提高探究能力。

3、轉換法

所謂“轉換法”，主要是指在保證效果相同的前提下，將不可見、不易見的現象轉換成可見、易見的現象；將陌生、復雜的問題轉換成熟悉、簡單的問題；將難以測量或測準的物理量轉換為能夠測量或測準的物理量的方法。初中科學中有很多地方都用到了轉換法的原理。

應用轉化法揭示物理現象的本質一些看不見、摸不著的現象，不好直接認識它，我們常根據他們表現出來的看的見、摸的著的現象來間接認識它們。研究力、電流、磁場時，由于它們都是看不見摸不著的東西，我們可以利用力所產生的效果、電流產生的各種效應、磁場的基本性質來研究它們。比如可以通過泡沫塑料凹陷的程度來知道壓力的作用效果大小，驗電器上錫箔片的開合來判斷物體是否帶電，用電磁鐵吸引大頭針的個數來判斷其磁性強弱。

應用轉化法把不明顯的現象放大。有的實驗現象我們是能看到的，但是不容易觀察。我們可將實驗產生的效果進行放大在進行研究。如音叉振動發聲可以聽得見，也能通過觸摸感覺得到，但是振幅較小，用肉眼不易觀察得到。為了突出音叉發聲時正在振動，特意通過音叉振動時所產生的其他效果如激起水花、使懸掛著的乒乓球被反復彈開等明顯的視覺效果來顯示其不易察覺到的振動，提高教學效果。

應用轉換法將直接測量變成間接測量。摩擦力是不易直接測量的，在探究滑動摩擦力大小的影響因素時，蛋黃測力計并不是直接測量摩擦力的大小，而是通過水平勻速拉動物體測得拉力大小，再根據二力平衡的原理推出摩擦力的大小，從而得到“滑動摩擦力的大小跟哪些因素有關”的結論。

對一些實驗，若通過轉換研究對象、思維角度，不僅使學生的轉換思維能力得到訓練，還能提高學生的觀察能力，以及獲取、處理信息的能力。幫助學生透過現象，抓住本質，較快地理解概念，抓住科學規律。另外還能使學生真正理解某些實驗測量的原理，提高他們的實驗技能。

4、理想實驗法

理想實驗法（又稱想象創新法，思想實驗法）是在實驗基礎上經過概括、抽象、推理得出規律的一種研究問題的方法。但得出的規律卻又不能用實驗直接驗證，是科學家們為了解決科學理論中的某些難題，以原有的理論知識（如原理、定理、定律等）作為思想實驗的“材料”，提出解決這些難題的設想作為理想實驗的目標，并在想象中給出這些實驗“材料”產生“相互作用”所需要的條件，然后，按照嚴格的邏輯思維操作方法去“處理”這些思想實驗的“材料”，從而得出一系列反映客觀物質規律的新原理，新定律，使科學難題得到解決，推動科學的發展，又稱推理法。

例如，我們在研究真空能否傳聲的時候，將一只小電鈴放在密閉的玻璃罩內，接通電路，可清楚地聽到鈴聲，用抽氣機逐漸抽去玻璃罩內的空氣，聽到鈴聲越來越弱，這說明空氣越稀薄，空氣的傳聲能力越弱。實驗中無法達到絕對的真空，但可以通過鈴聲的變化趨勢，推測出真空不能傳聲，這與牛頓第一定律的建立過程是非常類似的。

這屬于理想實驗法。如果教師在教學中能夠很好地滲透這一方法，有利于培養學生的邏輯思維能力，提高學生的創新能力。

5、模型法

通過模型來揭示原型的形態、特征和本質的方法稱為模型法。為了研究的需要，把研究對象或過程經過科學抽象轉化為一定的模型，這種轉化忽略了一些次要因素，突出主要因素，所以這種模型叫“假想模型法”又叫“理想模型”。它是科學教學的基礎，可使科學教學簡單化，形象直觀化，又可使具體問題普遍化，便于學生發揮抽象思維、形象思維、發散思維。例：杠桿（只要能繞著固定點轉動的物體都可以看作是杠桿）、斜面（像盤山公路這樣起點為低終點高的彎曲面可以看作是斜面）、呼吸模型等.建立模型還可以幫助人們顯示復雜事物及過程，幫助人們研究不易甚到無法直接觀察的現象。例如：①研究分子、原子結構時，提出一種結構模型的猜想——原子核式模型（行星模型）；②研究磁場利用磁感線描述等。

三、科學探究方法的教學途徑

1、在科學史實中感受探究方法

自然科學的思想和研究方法是在科學家們長期的科學實踐中，逐步摸索、積累形成和發展起來的，是人類智慧的結晶。他們的思想方法、研究方法和創造思維，具體體現在他們探索自然世界的足跡之中。比如：牛頓第一定律的建立離不開伽利略的實驗，也離不開牛頓理想實驗法進行的邏輯推理。通過科學發展史的介紹，能充分展現科學發現的過程，為科學探究方法教學提供生動而豐富的材料，使學生更親近所學的知識，更全面而系統地體會科學探究方法。因此，在科學教學中應該抓住介紹科學史或科學家成果的機會，進行科學探究方法的教育和滲透。如八年級上（第三冊）第三章第二節“神奇的激素”中介紹了生長素發現的歷史，其中溫特實驗用到了控制變量法。

2、在科學實驗中應用探究方法

科學實驗是學生獲得體驗、探索規律、認識世界的基本手段，正是因為這一特性決定了實驗在科學方法教育中的特殊作用。科學教學中應激發實驗的探究屬性，挖掘驗證性實驗中的探究點，發揮探索性實驗的探究性，提高學生學習的自主性，讓學生通過親身實踐去領會科學家們研究問題的科學方法，并內化為自己的思維和能力。巴浦洛夫曾說過：“有了良好的方法，即使是沒有多大才干的人也能做出許多成就。如果方法不好，即使有天才的人也將一事無成。”所以，在實驗教學中要多創設探究的機會，要注意方法的指導，要提升學生的認知水平。如七年級科學“探究凸透鏡成象的規律”、“探究影響滑動摩擦力大小的因素”，八年級“探究影響電流大小的因素”，九年級“探究影響酶催化效率的因素”等等探究實驗的教學中，教師指導學生開展實驗的設計，學生自主完成具體的操作、結論的歸納，師生共同評價實驗得失。這個過程中，學生習得控制變量的方法，提升了實驗設計能力。

3、在習題訓練中強化探究方法

科學探究方法教育的意義在于訓練學生的智力技能，只有通過實際操作和運用，才能深刻理解科學探究方法，靈活而準確地運用科學方法。實踐表明：教師生動精辟的講述，學生對于知識只能達到理解的水平，要達到運用的水平，就非要經過學生本人參與分析解決新問題的實踐不可。以兩道例題為例： 例1 研究壓強和壓力、受力面積的關系。

如下圖所示，把小桌和砝碼以不同形式放在泡沫塑料上，分析與壓力作用效果有關的因素。

比較甲、乙兩圖，可知： 一定，壓力作用效果與 有關。

比較乙、丙兩圖，可知： 一定，壓力作用效果與 有關。

分析：壓強與壓力大小和受力面積有關，研究壓強和壓力、受力面積的關系，應采用控制變量法。甲、乙兩圖，受力面積一定，研究壓力作用效果與壓力大小的關系，壓力越大，壓力作用效果越明顯。乙、丙兩圖，壓力大小一定，研究壓力作用效果與受力面積的關系，受力面積越小，壓力作用效果越明顯。進而可以解釋生活中的圖釘、鐵軌、菜刀等物品的應用原理。通過此題，學生對控制變量法的應用有了更深刻的理解，在今后的學習中能自如地應用控制變量法。

新《課標》提出了“科學探究”是進行科學方法教學的重要途徑。探究教學是科學探究方法教育的一個載體，是實現科學教育的一種方法。探究教學也應建立在科學方法的基礎上進行，科學探究方法教育是成功地進行探究教學的一個條件。

探究教學要在科學探究方法的引導下進行探究，與科學知識教學有機結合，聯系生活，重視學習的過程，以學生為主體，充分調動學生的學習科學的興趣和主動性，從而實現知識和方法教學的統一。教師要對學生科學探究方法的應用情況進行評價和歸納，使學生不斷積累應用科學方法，并逐漸清晰和系統。

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