科學方法在初中物理教學的應用

許三龍

（廈門市禾山中學，福建 廈門 361000）

關鍵字：初中物理；科學探究；科學方法

0 引言

科學方法是連接知識和能力的紐帶。學生要真正地提高解決問題的能力，必須掌握正確的科學方法。物理學科作為一門自然科學，有著本學科的學科特點，以及有自己的過程與方法。在教學中有意識地以科學方法為線索重組教材、組織教學過程。《物理課程標準》指出，科學思維是從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識[1]。此對于物理科學方法的考察，將成為當前和今后中考的熱點。觀察法、控制變量法、轉換法、邏輯推理法、等效替代法、模型法、類比法、圖像法等，是初中物理常用的科學探究方法[2]。

1 科學方法在具體教學中的應用

科學方法是指：我們在認識世界的過程中所運用的、符合科學的各種方法和手段。這些方法和手段可能包含是一種勞動技能，可能是一種思維或者一種想法。簡而言之：科學方法就是在生產勞動中所運動的一切符合科學準則的方法。

1.1 認識事物本質和規律的基本方法——觀察法

科學的觀察法是指：有目的、有計劃地在自然條件下，通過感官或借助于一定的科學儀器，進行觀察的一種方法。首先，科學觀察是有目的、有計劃、系統的感知活動；其次，科學觀察是在自然的條件下進行的感知活動，是一個自然而然的過程。在初中物理教學過程中，應時刻注意引導學生運用觀察的方法去學習物理。

初中物理長度與時間的測量中，誤差的產生跟測量工具有關系這一點學生們往往不容易接受，筆者便嘗試著讓學生們把兩把不同的直尺放在一起觀察，并提醒他們注意觀察尺子的刻度是否一致。這時他們便會發現不同的尺子刻度并不完全一致，刻度線與刻度線會有明顯的錯位，甚至有的同學發現有兩把尺子15 cm處竟然相差了1 mm。這樣做不僅使學生們自己總結出了誤差的產生跟測量工具有關系這一結論，還使學生深刻地認識到：自己一直相信為標準的尺子，原來并不準確。

在學習：杠桿的平衡條件現場展示了很多杠桿，并讓同學觀察這些杠桿有什么樣的共同特征，通過全班同學的觀察，每個班級都能總結出這幾點特征：①能轉動②有固定點③有力的作用④硬棒。

1.2 科學探究中滲透科學方法教育——實驗方法

科學探究是學習物理的重要方法。常用的科學探究方法有：等效替代法、放大法、控制變量法、轉換法、類比法、累積法等。

1.2.1 等效替代法

在物理學中，將一個物理量用另一個物理量來代替，或者一個過程用另外一個物理過程來代替，這種研究物理問題的方法稱為等效替代法。運用等效替代法可以使研究的問題更加簡單明了。

當某個物理量無法用器材直接測量，就要設法用間接測量的量來取代直接測量的量。但是要準確找到直接測量的量與間接測量的量之間的內在聯系，找到這種內在的聯系，也就找到等效替代的本質。例如合力分力的概念，等效電阻、等效電路的概念。

在實驗器材的使用上也同樣可以使用等效替代法，當我們在研究某一個物理規律或者物理現象時，經常因為實驗器材的限制無法直接進行實驗，這時我們就利用等效替代的方式，用其他有類似性質的實驗器材進行替代。不僅有利用結論的生成更有利于學生的理解。

例如，在探究平面鏡的成像規律時，由于另一側的物體無法直接看到，所以不能確定像與物的關系；這時候我們引導學生：生活中什么物體既可以成像又可以看到另一側的物體？自然而然地過度到用玻璃板代替平面鏡，便于研究平面鏡的成像規律。

1.2.2 放大法

在一些實驗中，實驗現象不是很明顯，學生不容易觀察，我們就將實驗現象凸顯出來再研究。常見的方式有機械放大、電放大、光放大等。比如：①音叉的振動不容易觀察，可以通過乒乓球求將其微小震動放大，通過觀察乒乓球被反復彈開，知道音叉在振動。②玻璃瓶的形變很難觀察，我們可以將玻璃瓶進行密封處理，然后在瓶口插上一根帶有顏色液體的細管，我們就可以通過觀察細管中顏色液體的升降，來間接反映玻璃瓶的形變。③在研究壓力的作用效果時，我們很難觀察物體的微小形變，我們可以采用圖1 這樣的裝置，利用平面鏡改變光路的特點，讓微小形變多次放大，我們就只需要觀察墻上激光筆的移動距離，來感知桌子的形變。

圖1 放大法實驗裝置

1.2.3 控制變量法

物理學中對于多變量的問題，常常采用控制變量的方法；只改變其中的某一個變量，對各個變量分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法。運用控制變量法可以幫助我們將復雜的問題簡單化，是一個分析與綜合的過程，一切實驗探究的基礎都要建立在控制變量法之上。

比如：探究電流的大小與哪些因素有關時？目前沒有實驗器材可以同時探究電流與電壓的和電流與電子的關系，所以我們必須控制電壓不變，來研究電流與電阻的關系以及控制電阻不變來研究電流也電壓的關系；再進一步的總結提升，最終得出歐姆定律I=U/R。

1.2.4 轉換法

物理學中經常將一些不方便測量的物理量或者觀察不明顯的物理現象，轉化成容易測量的物理量或容易觀察的物理現象，這種方法在科學上叫做轉換法[3]。轉換法可以是轉換研究過程，也可以是轉換研究對象，甚至有時候還可以轉換研究目的，總之轉換法是為了達到一定的研究目的而采取的一種間接方法。比如：空氣看不見、摸不到，我們可以根據空氣產生的作用效果（吹動紅旗）來感受它；分子看不見、摸不著，不好研究，可以通過研究紅棕色二氧化氮的擴散現象去認識它；電流看不見、摸不著，我們可以根據電流產生的效應來認識它；磁場看不見、摸不到，我們可以根據它對周圍物體的作用來研究它。

1.2.5 累積法

在測量微小量的時候，如果直接測量，誤差會很大，可以將微小的量積累成一個比較大的量。比如：在測量一根銅絲的直徑的時候，我們先將銅絲繞在鉛筆上，測量50 倍的銅絲的直徑，再將結果除以50，使測量的結果更接近真實的值。再如：測量一張紙張的厚度、測量一個硬幣的質量、測量每一次心跳的時間間隔，均可用積累法來完成。

1.3 物理概念教學中滲透科學方法——科學抽象法

科學抽象法包扣物理模型方法和理想實驗方法。模型是將復雜的物理現象和物理過程進行簡化，抓住主要因素，忽略次要因素，突出事物的本質特征。理想實驗是我們在腦海內假想的一種過程性的實驗，是一種特殊的邏輯推理；研究物理的規律經常需要用到理想實驗。

在初中物理課本中，應用物理模型方法的有①光線：表示光的傳播路徑和方向②力的示意圖或力的圖示：實際物體受力的三要素（大小、方向、作用點）③電路圖：用規定的元件符合來表示電路的連接情況④磁感線：用帶箭頭的曲線來描述磁場的某些特征和性質⑤建立原子核式結構模型來研究原子的內部結構。應用理想實驗方法主要有：①光滑平面②牛頓第一定律③均勻介質④勻速直線運動等

1.4 物理規律教學中滲透科學方法——數學物理方法

物理學跟數學物理方法聯系最緊密，運用最成功的一門學科，主要有列表法、圖像法和數學定義法等。圖表在物理學中有著廣泛的應用，用圖表來表示一些物理規律會更加直觀、簡單明了；數學定義法比較常用有比值定義法和乘積定義法。初中物理應用比值定義法的物理量就有：①速度②密度③壓強④功率。乘積定義法有：①機械功②電流做功。

2 結語

在教學的過程中同一種方法可能會被多次用到，同一節課中可能會運用到多種方法，甚至有時候多種方法運用到同一個物理探究過程中，所以應潛移默化地分層次逐步展開。教師要注意不能孤立地講授科學方法，而是要將物理知識教學與科學方法有機結合，對于物理實驗，物理規律，物理感念進行全面深入的講解，充分挖掘教材潛在的科學方法，在平時教學中進行隱性滲透和顯性提升，從而塑造學生良好的思維方式。