初中物理常用的科學(xué)研究方法

楊新宇

[摘 要]文章結(jié)合實例介紹初中物理常用的科學(xué)研究方法，充分挖掘教材中蘊含的科學(xué)研究素材，方便教師在以后的教學(xué)中運用，有效解決問題，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞]初中物理；科學(xué)研究方法；常用

[中圖分類號] G633.7 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）14-0048-02

物理科學(xué)研究方法是連接知識和能力的紐帶，物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求在物理教學(xué)過程中，在突出科學(xué)探究內(nèi)容的同時，重視對學(xué)生進行物理科學(xué)研究方法的指導(dǎo)，讓學(xué)生在科學(xué)探究、學(xué)習(xí)物理知識的過程中，領(lǐng)悟科學(xué)研究的真諦。

本文結(jié)合物理教學(xué)案例，說明物理研究方法，以便學(xué)生理解把握相關(guān)物理問題的解決思路，進而培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識和方法解決實際問題的能力。

一、理想化方法

理想化方法是一種重要的研究物理問題的方法，它是對某一具體事物的科學(xué)抽象，是結(jié)合所研究實際問題的具體需求，確定哪些因素是主要的和次要的，而后保留主要因素，忽略次要因素，排除次要因素的干擾，簡明扼要地揭示問題的本質(zhì)。 主要包括理想模型的構(gòu)建和理想實驗的設(shè)計。

初中物理中常見的理想模型有：勻速直線運動模型；“理想機械”模型，研究定滑輪、動滑輪和滑輪組的問題時，不考慮軸上的摩擦和滑輪自身的重力；“磁感線”模型，依照鐵屑在磁場中的排列情況，畫出一些有方向的曲線，這些曲線的方向跟放在該點的小磁針靜止時北極所指的方向一致，這樣的曲線叫磁感線，利用磁感線可以方便、形象地描述磁場；光現(xiàn)象中的“光線模型”“點光源”“平面鏡”，分別把它們抽象成“一條帶箭頭的直線”“一個點”“一條線段”。

初中物理經(jīng)典的理想實驗是伽利略理想實驗，伽利略在《關(guān)于兩種科學(xué)的對話》一書中寫道：“我們可以進而提出任何速度一旦施加給一個運動的物體，只要除去加速或減速的外因，此速度就可以保持不變，不過這只能是在水平面上發(fā)生的一種情形，因為在向下傾斜的平面上已經(jīng)存在一種加速因素，而在向上傾斜的平面上則有一減速因素。由此可見，在水平面上的運動是永久的，因為，如果運動是勻速的，它就不能減小或者緩慢下來，更不會停止?！?/p>

理想化的模型和實驗可以促進人們想象能力的提高，活躍人的思維，有助于培養(yǎng)人們的創(chuàng)造性思維和想象能力；可以讓我們將實際事實外推，去完成實際中不可能完成的實驗，從而使復(fù)雜的問題簡單化，它在一定程度上為科學(xué)研究提供了一個新的方向。

二、類比法

類比法是指根據(jù)某些事物或某些物理現(xiàn)象所具有的物理特性，從而推測其他類似的事物、問題、物理現(xiàn)象也具有相同的物理特性。類比法的特點是對兩種事物、兩類問題、兩類物理現(xiàn)象進行比較，然后進行合理的推理，從而得出物理規(guī)律。要求進行比較的事物、問題、現(xiàn)象具有相同點。

初中物理常見的類比有：（1）“聲波”和“水波”的類比，“水波”在日常生活中可以直接觀測，而“聲波”看不見也摸不著。往平靜的水面扔一石子，水面在石子的撞擊下發(fā)生振動，水面上會形成一圈一圈的水波，向四面八方傳播出去。當(dāng)發(fā)聲體振動時，會使附近的空氣發(fā)生振動，由近及遠地傳播，因此，聲音以“波”的形式傳播。（2）“電流”和“水流”的類比，當(dāng)存在水壓差的時候，水就會沿著管道從高處往低處流動，在水管中就會形成“水流”。電荷在導(dǎo)線中發(fā)生定向移動，于是就形成了“電流”。形成水流，需要有“水壓”，那么，形成電流，電路中就需要有“電壓”。水在水管中流動時，會遇到障礙物的阻礙，采用類比的思維，電荷在導(dǎo)線中發(fā)生定向移動的時候，也會受到阻礙作用，我們把這種阻礙稱為“電阻”。

三、轉(zhuǎn)換法

轉(zhuǎn)換法是在保證最終效果相同的情況下，將較為復(fù)雜的事件或條件轉(zhuǎn)換為較簡便的事件或條件，進而簡化問題。

初中物理典型的轉(zhuǎn)換實驗有：（1）在研究“聲音”的性質(zhì)時，為了說明“聲音是由發(fā)聲體振動產(chǎn)生的”，及顯示物體在振動，在鼓面上拋灑碎紙屑，敲擊鼓面，鼓發(fā)聲。通過紙屑的上下跳動說明鼓面在振動。為了說明“響度與振幅的關(guān)系”，如圖1所示，用正在發(fā)聲的音叉輕觸系在細(xì)繩上的小鐵球，通過觀察小鐵球被彈開的幅度來顯示音叉振動的幅度，用不同的力敲擊音叉，讓音叉發(fā)出不同大小的聲音，比較小球彈開的高度，從而得到“振幅越大，響度越大”的結(jié)論。（2）在“研究平面鏡成像特點”的實驗中，為了能將實際蠟燭與鏡中的蠟燭完全重疊，用“薄玻璃”替代“平面鏡”，從而讓學(xué)生直接確定像的位置、像的虛實、像的大小。（3）在研究“分子在永不停息地做無規(guī)則熱運動”時，由于分子很小，不可能用肉眼直接觀察到分子的運動，也不能在光學(xué)顯微鏡下觀察到。在水中滴入一滴墨水，在顯微鏡下觀察水中碳顆粒的運動，通過轉(zhuǎn)換法，觀察擴散現(xiàn)象，從宏觀現(xiàn)象間接反映出分子運動，通過推理感知“分子不停地做無規(guī)則運動，溫度越高，運動越劇烈”。

四、控制變量法

控制變量法，就是當(dāng)研究的物理量與多個因素有關(guān)時，為了研究該物理量與某一因素的關(guān)系時，為了不讓其他因素干擾研究過程，對其他因素加以人為控制，使其中的一些因素按照實驗的要求發(fā)生變化或不發(fā)生變化，最終得出實驗結(jié)論。

初中物理典型的控制變量實驗有：（1）探究“電流與電壓、電阻的關(guān)系”實驗，實驗時根據(jù)學(xué)生的猜想，導(dǎo)體中的電流可能與導(dǎo)體兩端的電壓、電阻有關(guān)，而目前的初中物理實驗條件，難以同時研究導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓、電阻的關(guān)系，于是采用控制變量法，先控制導(dǎo)體的電阻不變，探究電流與電壓的關(guān)系，再控制導(dǎo)體兩端的電壓不變，探究電流與導(dǎo)體電阻的關(guān)系，最終得出歐姆定律I=U/R。（2）探究“浮力大小與什么因素有關(guān)”時，學(xué)生猜想影響浮力大小的因素有：物體的體積、物體的密度、物體浸入液體中的深度、液體的密度等，根據(jù)學(xué)生的猜想，將鐵塊、鋁塊、大鐵塊分別浸沒在清水、濃鹽水中，測量在不同實驗條件下物塊受到的浮力，驗證猜想。以下初中物理實驗用到了控制變量法：探究影響滑動摩擦力大小的因素、探究影響液體壓強大小的因素、探究影響電流熱效應(yīng)的因素、探究影響電磁鐵磁性強弱的因素等。

控制變量法是中學(xué)物理最常見的研究方法，我們在用控制變量法研究物理問題時，要注意組織好學(xué)生的猜想環(huán)節(jié)，要重視實驗探究的環(huán)節(jié)，必須讓實驗落到實處，不能有“重結(jié)論、輕過程”的思想。只有這樣，才能培養(yǎng)學(xué)生的實驗素養(yǎng)和思維能力，用物理思想解決實際問題。

五、科學(xué)推理法

科學(xué)推理法就是在實際實驗條件下，不能達到研究需要的條件，于是開展合理的想象，將實驗想象為在理想情況下來達到我們的目的，在實驗結(jié)論的基礎(chǔ)上經(jīng)過概括、抽象、推理得出物理規(guī)律。

例如，在探究“聲音的傳播需要介質(zhì)”時（如圖2所示），我們利用抽氣機把玻璃罩內(nèi)的空氣緩慢抽出，玻璃罩內(nèi)的空氣越來越稀薄，我們會發(fā)現(xiàn)聽到的鬧鈴聲越來越微弱，但是在實際實驗條件下，我們無法將玻璃罩內(nèi)的空氣全部抽出，玻璃罩內(nèi)無法產(chǎn)生真空。于是我們根據(jù)“玻璃罩內(nèi)的空氣越來越稀薄，聽到的鬧鈴聲越來越微弱”的現(xiàn)象推理得出：如果玻璃罩內(nèi)的空氣全部抽掉，形成真空，我們將聽不到鈴聲。由此可以得到結(jié)論：真空不可能傳播聲音，聲音的傳播需要介質(zhì)。

六、圖像法

圖像法就是將兩個物理量賦值在坐標(biāo)系中，構(gòu)建物理圖像，表示物理現(xiàn)象對應(yīng)的過程，展示對應(yīng)的物理規(guī)律。應(yīng)用圖像可以直觀地將某一物理過程呈現(xiàn)出來，并且其中所遵循的物理規(guī)律也清晰地展現(xiàn)出來。

我們在研究“晶體和非晶體的熔化過程的特點”時，在實驗基礎(chǔ)上，構(gòu)建“溫度—時間”坐標(biāo)系，將實驗數(shù)據(jù)賦值在坐標(biāo)系中，用一條平滑的曲線將賦值點連接起來（如圖3所示），這樣就可以直觀地把晶體、非晶體的熔化過程呈現(xiàn)出來，直觀準(zhǔn)確地描述在加熱過程中的變化規(guī)律。

初中物理其他常見的圖像有：路程—時間圖像、速度—時間圖像、質(zhì)量—體積圖像、電流—電壓圖像、電流—電阻圖像等。

教科書中蘊藏著物理學(xué)的研究方法，所以我們應(yīng)當(dāng)重視對物理研究方法的教學(xué)，通過科學(xué)研究方法的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，不斷提高科學(xué)素養(yǎng)。

（責(zé)任編輯 易志毅）