淺談物理教學中的科學方法

呂憲東

在《初中物理課程標準》中，科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式之一。在探究科學規(guī)律的過程中，學生通過動手動腦，通過物理學了解“再發(fā)現(xiàn)”過程，體驗到科學探究的樂趣，學習科學家的科學探究方法，領悟科學的思想和精神，掌握科學學習的策略及科學的思維方法，從而提高他們的科學素質。要想使物理教學達到新課程標準確定的目標，必須重視物理教學中蘊含的大量的科學方法，把它們滲透到教學活動中，適時向學生介紹、點撥，讓他們在學習活動中體驗、體會科學方法，逐步提高學生科學探究能力，掌握一些科學方法，為學生的終生學習打下良好的基礎。下面就與大家一起探討物理教學中常用的一些科學方法。

一、控制變量法

“控制變量法”是初中物理中常用的探究問題的科學方法。由于影響物理研究對象的因素在許多情況下并不是單一的，而是多種因素相互交錯、共同起作的，所以要想精確把握研究對象的各種特性，明確事物變化的原因和規(guī)律，必須人為地制造一些條件，便于問題的研究。例如：當一個物理量與幾個因素有關時，我們一般是分別研究這個物理量與各個因素之間的關系，再進行綜合分析從而得出結論。這樣就必須在研究物理量同其中一個因素之間的關系時，將另外幾個因素人為地控制起來，使它們保持不變，以便觀察和研究，這就是“控制變量”的方法。初中物理教學中許多概念或規(guī)律的探索過程，都要用到控制變量法。例如：在八年級剛接觸物理時，有一個探究實驗是探究“聲音怎樣從發(fā)聲的物體傳到遠處”，如圖所示：

讓一個學生在桌子一端敲擊桌面，另一個學生在另一端聽聲音，一次貼在桌面上聽，一次只是貼近桌面，發(fā)現(xiàn)兩次都可以聽到聲音，引導學生分析這兩次聲音分別是通過桌子和空氣傳來的，從而說明聲音要靠介質傳播，同時，讓學生比較兩次聽到聲音的大小，從而認識到聲音在固體中比在空氣中傳播得快，即固體的傳聲能力強。在這里，教師一定要強調實驗中需要控制的變量，就是聽聲音的距離應與敲擊桌面的力度相同，使學生體驗到控制變量的思想，為以后的探究實驗做好準備。利用控制變量法研究物理問題，注重知識的形成過程，有利于扭轉重結論、輕過程的傾向，有助于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。初中物理用到控制變量法的實驗還有：蒸發(fā)的快慢與哪些因素有關？導體的電阻大小與哪些因素有關？導體中的電流與導體兩端電壓和導體的電阻的關系。電熱的大小與哪些因素有關？影響滑動摩擦力大小的因素有哪些？影響壓力作用效果的因素有哪些？研究浮力的大小與哪些因素有關？研究物體吸引熱量的多少與哪些因素有關等。控制變量法是一種最常用的、非常有效的探索客觀物理規(guī)律的科學方法。通過控制變量法，可方便我們研究出某個物理量與多個因素之間的定性或定量關系，從而得出普遍的規(guī)律。

二、等效替代法

當測量器材無法直接測量某個物理量時，就要設法用可以直接測量的物理量取代不能直接測量的物理量，這就是“等效替代法”。采用此方法時，唯一要注意的是，直接測量的與不能直接測量的物理量之間要有內在的聯(lián)系，找到這種內在的聯(lián)系。可以說“等效替代”的思想是物理實驗成功的最根本、最重要的思路，物理學中的相關定律、定理、公式、原理都是以替代思維成立的基礎為出發(fā)點的。例如：測量不規(guī)則固體的體積，就是利用物體浸沒在液體中時，物體體積與物體排開的液體的體積相等的原理，采用替代。有量筒或量杯時，可采用“排液補差法”或叫“等量空間占據(jù)法”測量。沒有量筒或量杯時，可用彈簧測力計和水，通過測量浮力大小，結合阿基米德原理計算（全部浸沒），也可以用天平測量排水的質量（全部浸沒），再利用密度知識來計算。這種質量或體積的替代測量方法一般多見于測量物質密度的方法中，還有許多物理量的測量都用到了等效替代法。等效替代法還可以用在一些器材的等效上，研究某一個物理現(xiàn)象和規(guī)律中，因實驗本身的特殊限制或因實驗器材等限制，不可以或很難直接揭示物理本質，而采取與之相似或有共同特征的等效現(xiàn)象替代，這樣不僅能順利得出結論，而且還容易被學生接受和理解。例如：在探究平面鏡成像規(guī)律的實驗中，用玻璃板替代了平面鏡，因二者在成像特征上有共同之處，容易使學生接受，而玻璃板又是透明的，能通過它觀察到玻璃板后面的蠟燭，便于研究像的特點，揭示出平面鏡成像的規(guī)律。如圖所示：

每當學生自我解決了一個問題后，他們會有一種“柳暗花明又一村”的感覺，對物理的興趣也自然而然地增加了。

三、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(xiàn)象轉換成可見的現(xiàn)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。例如：彈簧測力計的原理隱含了一個間接測量原則。如圖所示：

即用可直接量度的量間接表現(xiàn)那些不便直接觀察、不便直接測量的量。在這里，彈簧的長度變化可以直接觀察、測量，而力的大小是看不到摸不著的，但力的大小卻與彈簧長度的變化有關系，因此，我們可以用彈簧的伸長量來量度力的大小。不僅測力計，溫度計、壓強計、氣壓表（高度計）、電流表、電壓表、時鐘、速度表也是如此，看見的是長度、角度的變化，反映的是溫度、液體壓強、大氣壓強（高度）、電流、電壓、時間、速度的變化。再如：空氣看不見、摸不到，我們可以根據(jù)空氣流動（風）所產(chǎn)生的作用認識它;分子看不見、摸不到，不好研究，可以通過研究墨水的擴散現(xiàn)象認識它;電流看不見、摸不到，判斷電路中是否有電流時，可以根據(jù)電流產(chǎn)生的效應認識它;磁場看不見、摸不到，我們可以根據(jù)它產(chǎn)生的作用來認識它。中學物理課本中，測不規(guī)則小石塊的體積我們轉換成測排開水的體積;在測量滑動摩擦力時轉換成測拉力的大小;大氣壓強的測量（無法直接測出大氣壓的值，轉換成求被大氣壓壓起的水銀柱的壓強）;測液體壓強（我們將液體的壓強轉換成我們能看到的液柱高度差的變化）;通過泡沫塑料凹陷的程度了解壓力的作用效果大小;用燈光的亮度感知電流的大小;用電磁鐵吸引大頭針的個數(shù)判斷其磁性的強弱;將光在透明空氣中的傳播轉換為在煙或水霧中的傳播觀察光的傳播方向。在研究電熱與電流、電阻的因素時，將電熱的多少轉換成液柱上升的高度。如圖所示：

以上列舉的這些問題均應用了轉換法。轉換法可以通過轉換研究對象、空間角度、物理規(guī)律、物理模型、思維角度、物理過程、物理狀態(tài)、時間角度等達到化繁為簡，化難為易，間接地解決問題。

總之，在初中物理教學中蘊含著許多科學方法，我們既不能視而不見，又不能唯方法講方法，要時時做有心人，把握時機，將科學方法滲透到教學活動中并恰當點撥，就能不斷提高學生的科學探究能力，讓學生領悟科學的本質，培養(yǎng)他們的科學思想以及創(chuàng)新思維，提高他們的科學素質。