從教材中挖掘 在課堂中滲透

張景志

2011版《物理課程標準》關于過程和方法部分，提到學生不僅應學到物理知識，而且應學到科學方法.

強調要“通過學習物理知識，提高分析問題與解決問題的能力，養成自學能力，學習物理學家在科學探索中的研究方法，并能在解決問題中，嘗試應用科學研究方法.”

“工欲善其事，必先利其器”，科學的研究方法是破解教學難題的利器.本文以“電流的熱效應”一節課為例，談談如何利用科學合理的方法來解決問題.

1 逆推法

本節課是這樣引入的：上周六，小明的爸爸出門前囑咐他好好寫作業，不要看電視.爸爸回來時看到他在認真寫作業，電視機也沒打開，很高興.可是用手一摸電視機后蓋后發現，小明剛看過電視.

小明爸爸運用的方法就是逆向推理法，簡稱逆推法.電流通過導體時，導體都會發熱，這種現象叫電流的熱效應；反過來，如果導體發熱，排除了加熱等其他可能，就說明導體中有電流通過.

2 控制變量法

電流通過導體產生的熱量跟哪些因數有關呢？

可能與電流、電阻、時間或其他因素有關（學生猜想）.

當研究一個量可能跟多個量有關時，一般要用到控制變量的思想方法設計實驗.由此，我們設計的實驗原理如圖1所示，其中，R1=R2=20Ω， R3=10Ω.

當研究電流通過導體產生的熱量Q跟R的關系時，我們可以比較R2、R3產生的熱量，因為這時I和t都相同.

當研究電流通過導體產生的熱量Q跟I的關系時，我們可以比較R2、R3產生的熱量，因為這時R和t都相同.

當研究電流通過導體產生的熱量Q跟t的關系時，我們可以比較任一電阻先后產生的熱量，因為這時只有t不同.

像這樣，把一個多因素影響某一物理量的問題，通過控制某幾個因素不變，只讓其中一個因素改變，從而轉化為多個單一因素影響某一物理量的問題的研究方法就是控制變量法.這種方法在實驗數據的表格上的反映為：某兩次試驗只有一個條件不相同，若兩次試驗結果不同，則與該條件有關，否則無關；反過來，若要研究的問題是物理量與某一因素是否有關，則應只使該因素不同，而其他因素均應相同.

3 轉換法

電流通過三個電阻放出的熱量的多少如何比較呢？如圖2所示，我們用相同的燒瓶，里面裝相同的煤油，閉合開關后一段時間，比較液柱上升的高低.由于電流通過電阻絲產生的熱量無法直接觀測和比較，“將電流通過導體產生熱量多少轉化為液柱上升高低”，這一轉化舉措順利破解了難題.

有的物理量不便于直接測量，有的物理現象不便于直接觀察，通過轉換為容易測量、與之相等或與之相關聯的物理現象，從而獲得結論的方法稱為“轉換法”.這里說的轉換是從等效思想出發進行的轉換.運用“轉化法”實施教學，可以很好地突破教學中的難點，使學生更容易接受物理知識.

4 放大法

事實上，上面的實驗，用玻璃管中的細液柱顯示熱量高低的方法就是運用的放大法.物理實驗中常遇到一些微小物理量的測量，為提高測量精度，常需要采用合適的放大方法，選用相應的測量裝置將被測量進行放大后再進行測量.

5 比較法

在設計實驗的基礎上進行實驗，很容易填寫表1的數據，采用比較法，

不難得出正確的結論：電流通過導體產生的熱量跟電流、電阻和通電時間有關（表1）.

6 歸納法

上述結論是從特殊（個案）案例得出的實驗結論，還需要歸納概括上升到一般規律：其實早在很多年前，物理學家焦耳就按照剛才大家的研究方法，研究了很多年、經過大量實驗才得出了我們剛才得出的結論.

歸納是從個別到一般的抽象概括，即從具體的個別事物的認識中概括出抽象的一般認識的思維方法和推理形式.它的本質在于人類認識過程中由觀察到概括，由感性到理性、由部分到全體、由個別到一般、由個性到共性的升華.

7 物理-數學方法

前面，我們只是得出的定性結論，焦耳通過大量實驗于1840年最終發現：

電流流過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比，這一規律被稱為焦耳定律.

焦耳定律可以用數學公式表示為：

Q=I2Rt

焦耳定律用數學公式表達后，既簡單準確，應用起來又方便.

縱觀物理學的發展歷史不難看出，從經典物理學到現代物理學的發展，無一不是在數學的幫助下完成的.可以說，數學方法與實驗方法對物理學好比鳥之雙翼，須臾不離，缺一不可.數學作為一種工具，在表達物理規律、處理物理問題時，有其獨到的功能，有時將物理問題轉化為數學問題，運用適當的數學方法，能使問題的求解變得簡單方便.初中階段常常運用數學知識來推導物理公式或從基本公式推導出其它關系式，這樣既可以使學生獲得新知識，又可以幫助他們領會物理知識間的內在聯系.

總之，物理科學方法是科學素質的翅膀，是獲取科學知識的手段.學生只有掌握了科學方法，才能更深入地理解和牢固掌握科學知識，提高學習效率，起到事半功倍的作用.

如果說知識是土壤，能力是果實，那么科學方法則是摘取碩果的金色階梯.