初中物理常見科學研究方法淺析

陳銳祥

隨著時代的發展，對學生的學習要求和能力進一步的提高，新課程理念要求教學過程中關注物理概念的建立過程和物理規律的形成過程，引導學生從中感悟科學方法的應用，注重提高學生科學素養，發展科學思維。所以在教學過程中更加注重物理研究方法的理解和應用，不僅幫助學生學到物理知識，提升學生創新能力，也使掌握科學研究方法。使學生在之后的學習生活中，能獨立的提出和解決問題。本文通過結合物理教學中的實例探討幾種常用的物理研究方法。

一、控制變量法上

控制變量法在物理規律的研究中意義重大。世界是復雜多樣的，一個物體、規律的影響因素也是多樣的，在確定規律與某個因素關系時應當排除其他因素的影響，此時只改變其中的某一個因素，保持其他因素不變，就能研究該因素對事物、規律的影響，最后再綜合解決。控制變量法的優勢在于將復雜多變的研究轉化為單一變量的研究，將研究過程簡單化同時也排除了其他因素的影響。

在應用控制變量法研究的過程中關鍵在于如何找出變量并控制不變量進行研究。例如在研究浮力的大小與哪些因素有關時，可能的影響因素有固體密度、液體密度、固體浸入液體體積、固體浸入液體深度等。在研究浮力大小與固體浸入液體深度的關系時，個別同學將小物塊放入水中，發現在小物塊未完全浸沒在液體的情況下，浸入液體深度越深，浮力越大，從而得出浮力大小和固體浸入液體深度的錯誤關系。錯誤結論的得出主要是在應用控制變量法時，不僅改變了固體浸入液體深度這一變量，也改變了固體浸入液體體積這一變量。實驗中存在兩個變量，所以得出的結論是不夠準確的。所以在實驗中為了使固體浸入液體體積保持不變，應該在小物塊完全浸沒在水中的前提下，研究浮力大小與固體浸入液體深度的關系。再如在研究物體下落快慢與哪些因素有關時，將硬幣和紙片從同一高度同時下落，發現硬幣下落時間更短，所以得出重的物體下落快的結論。本實驗中控制了高度、下落時間兩個變量保持不變，但是存在質量和阻力兩個變量，由于忽略的阻力這一變量對實驗的影響，所以造成了實驗結論的不準確，在沒有阻力也就是真空條件下兩者下落的快慢是一樣的。控制變量法的應用還有很多，例如在研究蒸發的快慢、滑動摩擦力的大小、液體壓強、動能、勢能、歐姆定律等均有涉及。控制變量法是物理研究中的一個重要方法，學生了解并對控制變量法的應用并不是一步到位的，應該是教學過程中通過具體例子來引導學生從中感悟科學方法的應用，加深對控制變量法的理解并且在之后的學習生活中學以致用。

二、轉換法

人通過感官感知世界，在物理研究中對于實驗的研究結果多數用感官記錄，但是人能聽到聲音的頻率范圍只是從20赫茲～20000赫茲，在電磁波譜中人眼可以感知的部分也有限，所以導致很多現象難以觀察到位，例如分子的運動看不見也摸不著，磁場的強弱也難以直接觀察。但俗話說“窺一斑而知全豹”，對于感官無法感知或者不易研究的可以通過觀察其現象或者產生的作用效果間接的進行研究，將微觀、不可見的轉換為宏觀、易研究的。例如可以通過擴散現象來反應分子的熱運動，通過觀察吸引鐵釘的多少來判斷磁場的強弱。教學中應用轉換法時關鍵在于引導學生將不易觀察、不易測量的現象精確的轉換為易觀察、易測量的現象進行研究。

轉換法是通過表現出來的現象、性質進行轉換的，理解其中的原理，可以更好的幫助學生掌握轉換法。所以轉換的過程中除了教師的引導，還應利用好學生的知識正遷移。例如在研究“電流通過導體時產生熱量的多少與哪些因素有關”時，熱量的多少不易測量，但是將其轉換為溫度的就更加直觀。而在引導學生轉換的過程中回顧之前所學知識Q=cm△t，就使學生明白要將產生熱量的多少轉換為液體溫度的比較，前提是保持液體的種類、質量、初溫一致。再如在研究“影響摩擦力大小的因素”的實驗中，摩擦力的大小不易直接測量，要將其轉換為拉力大小的測量，這主要是應用了之前學習的二力平衡的內容，所以在實驗時要確保測力計拉著物體做勻速直線運動。轉換法應用在教學中還有很多，例如利用液柱的高低來比較液體壓強、利用小物塊運動的距離來反應動能的大小、利用海綿的形變來比較壓力的作用效果。羅馬不是一天建成的，學生對于轉換法的認識也是由淺深，通過教師不斷引導學生經歷利用轉換法的探究過程，在學習過程中應用并熟悉轉換法，在喝湯享受美味的過程中就把人體所需的鹽吃了。

三、科學推理法

哥白尼在長久觀察和演算的基礎上提出日心說，麥克斯韋在長期研究的基礎上預言的電磁波的存在。物理學習研究很多時候由于科技水平和者其他條件的限制，很多實驗條件無法滿足。根據現有實驗結論并且在理論計算的基礎上進行邏輯推理分析，做出合理推測得出物理規律是一種物理研究的重要方法，我們稱之為科學推理法

科學推理法重點在于對實驗現象的分析，突出實驗中的主要影響因素忽略次要因素，將條件理想化，做出合理的推測。例如在研究“阻力對物體運動的影響”實驗中，去掉棉布之后，從斜面同一高度下滑的小車滑行距離變大。主要影響因素是阻力變小。要進一步研究應在無阻力的條件下再次進行實驗，目前的實驗條件下難以進行。所以根據科學推理法做出合理推測，如果小車不受阻力，物體將永遠運動下去。再如在研究聲音的傳播條件時，在針筒內部放置一個正在發聲的蜂鳴器，把針管活塞推到某一位置，用橡皮塞將注射孔密封。往下拉活塞，聽見蜂鳴器傳出來的聲音會越來越小，主要影響因素是由于針管拉出、空氣密度變小，所以假設針筒足夠長，繼續往下拉活塞，可以推測達到真空的條件下最后將聽不到聲音。科學推理法是物理研究的重要方法，對于學生的知識和能力要求比較高。所以教師在引導時應該多注重對于現有結論的分析，并且讓學生大膽嘗試，讓學生在做中學，在學習中進步，只有讓學生經歷科學探究過程，才能學習科學研究方法。

在物理規律的研究中還有很多科學方法，比如說利用放大法將微小的現象放大、利用等效替代法將復雜、不易操作的過程轉化為等效的、簡單的操作，利用圖像法將復雜的數據直觀化。科學的研究方法是研究物理規律必不可少的條件。學生要掌握這些科學方法，應該在日常的物理規律教學中滲透科學方法的應用。在不斷的學習積累中最終可以熟悉的應用科學方法進行物理規律的探究。