思維方法在科學中的體現

鄭軍艷

摘要：科學探究的過程充滿了理性思維的火花，許多的思維方法凝聚著科學家的智慧和創造。在初屮科學教學過程中，展示探究過程屮的思維方法，能增進學生對科學探究的理解， 提高學生的科學素養。

在科學課程屮，學生體驗科學探究的過程，學會一定的科學思維方法，以解決自身學習、 生活、工作和社會決策中遇到的問題，能為學生的終身發展奠定基礎。

科學探究屮的思維方法有許多，常見的有模擬法、轉換法、變量控制法、比較法、累積 法、替代法、守恒法、放大法、極限法等。下面就幾種重要的思維方法進行分析。

一、模擬法

模擬法是通過設計與原型（自然現象或過程）相似的模型，并利用該模型來間接的研究規律的方法。此法可使事過境遷或稍縱即逝的自然現象或過程在實驗室重現，可使不能直接進行實驗觀測的對象在模擬的條件下“具體化”。

例如，《晝夜的成因》一節里的活動“晝夜交替的演示”：用一個臺燈代表太陽，用一個 乒乓球代表地球，用一個長而粗的針沿乒乓球的一條直徑穿過乒乓球代表地球自轉軸。在乒乓球上畫一紅點并在離臺燈稍遠處對準燈泡，將粗針與水平線傾斜成66.5° ，緩慢轉動乒乓球，每當乒乓球轉過一周，就形成紅點的明暗交替一次。這個現彖就模擬了晝夜交替的成因。

乂比如，在研究磁體周圍的磁感線分布吋，因為磁感線實際不存在，在磁體周圍均勻地散布細鐵屑，通過細鐵屑的規則排列形象地模擬磁體周圍的磁感線。

二、轉換法

2000多年前，希臘學者阿基米徳在思考如何鑒別王冠的含金量時，從洗澡時浴缸向外溢水的現象屮受到啟發，歸納液體中物體受到浮力的規律時，把物體受到的浮力轉換為物體排開水的重力。（《阿基米徳原理》——活動：“探究浮力的大小”）

從阿基米德的思維方法屮，我們可以領悟出一個解決問題的方法，如果直接處理或解決某一問題而感到困難時，改變思考問題的角度，將這些物理量轉換為其他物理量進行測量，我們把這種方法叫轉換法。

例如，HC1和NaOH溶液反應時，沒有明顯的實驗現象，如何用實驗證明確實反應了？ 可以根據反應物與生成物的不同化學性質，借助酸堿指示劑來顯示反應的進行。可將酚酞試液滴入NaOH溶液中（溶液變成紅色），再滴入HC1至紅色褪去。

再如，測不規則小石塊的體積我們轉換成測排開水的體積，測曲線的長短時轉換成細棉線的長度等等，均應用了轉換法。

三、變量控制法

所謂變量控制法，就是在研究和解決問題的過程中，對影響事物變化規律的因素或條件加以人為控制，使其中的一些條件按照特定的要求發生變化或不發生變化，最終解決所研究的問題。它是科學探究中常用的思維方法之一。

例如，探究影響壓力作用效果的因索，我們可以保持壓力大小不變，改變受力而積，從而得出壓力的作用效果（壓強）大小與受力而積的大小成反比的關系。（《壓強》——活動：“壓力的作用效果”）

又例如，探究電流和電阻的關系，我們可以保持電壓不變，控制電阻的大小，再測出各個電阻值所對應的電流人小，從而可以得知電壓一定時，經過導體的電流與導體的電阻成反比。（《歐姆定律》一一活動：“研究相同電壓下不同導體中電流與它的電阻的關系”）

四、比較法

比較是人們常用的思維方法，是找出事物Z間的差異點和共同點的思維方法，通過事物間相同特征或相異特征的比較，揭示事物的木質和區別。

例如，電流的形成、電壓的作用通過以熟悉的水流的形成，水壓使水管中形成了水流進行類比，學生在教師的引導下，聯想到：水壓迫使水沿著一定的方向流動，使水管中形成了水流;類似的，電壓迫使自由電荷做定向移動使電路中形成了電流，從而得出電壓是形成電流的原因的結論。水泵是提供水壓的裝置;類似的，電源是提供電壓的裝置。（《電流、電 壓》——思考與討論：“電源電壓”）

五、累積法

科學探究中，由于偶然因素的影響，對某些暈進行一次測量具有不確定性或不可靠性，則采用累積后求平均值的方法，稱為累積法。該思維方法主要是為了減少測量的偶然誤差而設計的。

例：若被測物體的質量小于托盤天平標尺上的最小分度值（即天平的感量），該如何測量？可采用累積法進行測量。（如測大頭針、郵票等）（活動：“測量物體的質量”）

又例：沒有螺旋測微器時，可把金屬絲在鉛筆上密繞若干圈，測出金屬線圈總長度來算出金屬絲的直徑;在測量一張薄紙的厚度時，先測多張薄紙的厚度再求平均而得到一張紙的厚度等籌。（活動：“用刻度尺測量物體”）

六、替代法

科學探究中，將直接解決不了的問題通過變通替代的辦法解決而達到完全相同的效果，這種思維方法稱為替代法。它也是科學探究中常用的一種方法。

例如，在平面鏡成像的實驗中，我們利用兩個完全相同的蠟燭，驗證像與物的大小相同， 因為我們無法真正的測出像與物的大小關系，所以我們利用了一個完全相同的另一只蠟燭來 等效替代物體的大小。（《活動：“探究平面鏡成像規律”）

值得注意的是，在科學探究中，常常是多種思維方法的綜合。如在研究決定導體電阻大 小的有關因素時，我們同時用到了轉換法（把電阻的大小轉換成小燈泡的亮度、通過研究小燈泡亮度的變化來得到導體電阻變化的原因）、歸納法（將分別得出的導體電阻與材料、長度、橫截面積、溫度有關的信息歸納在一起）、變量控制法（在研究導體電阻與長度有關時，控制了材料、橫截而積）等思維方法。教師應當通過知識教學滲透科學思維方法，通過結合科學史介紹科學家所運用的科學研究方法和精美絕倫的實驗構思，通過解決實際問題，訓練學生靈活而準確地應用科學方法。

總之，學生一旦掌握了科學思維方法，就能更深刻地理解和更牢固地掌握科學知識，提高學習效率，科學方法作為正確的思維和行為方式，蘊含著極大的知識價值，它能將科學知識轉化為能力，形成科學的情感態度和價值觀。

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