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科學(xué)方法在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用
摘要：近幾年中小學(xué)教育逐漸由應(yīng)試教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變，新課程標準也強調(diào)要培養(yǎng)學(xué)生的探究能力,重要的是在探究過程中逐步培養(yǎng)學(xué)生用科學(xué)的方法去探究。比較法是通過事物間相同特征或相異特征的比較，提示事物的本質(zhì)和區(qū)別。假設(shè)法的利用可以方便地對問題進行分析推理判斷。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(xué)方法。逐步讓學(xué)生掌握科學(xué)方法可以使他們學(xué)會學(xué)習(xí)。
從這幾年新課程改革來看，現(xiàn)在已改變了過去那種只注重知識傳授的傾向，強調(diào)形成主動的學(xué)習(xí)態(tài)度，使獲得知識與基本技能的過程同時成為學(xué)會學(xué)習(xí)和形成正確價值觀的過程。教師從單純注重傳授知識轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，學(xué)會交流合作。當然要達到這一目標，必須更新教育理念。新課程標準強調(diào)要培養(yǎng)學(xué)生的探究能力,重要的是在探究過程中逐步培養(yǎng)學(xué)生用科學(xué)的方法去探究，那么研究物理問題的科學(xué)方法有很多,如比較法、轉(zhuǎn)換法、控制變量法、等效替換法、模型法、假設(shè)法、類比法、理想化法、圖象法、演繹法、歸納法、推理法等等。本文結(jié)合筆者在教學(xué)中的體驗簡單總結(jié)比較法、假設(shè)法、控制變量法三種科學(xué)研究方法在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用。 一、 比較法 “比較”是人們常用的思維方法，是找出事物之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，提示事物的本質(zhì)和區(qū)別。人們認識事物往往是從區(qū)別事物的本質(zhì)特征開始的。而要區(qū)別就要有比較，有比較才有鑒別。事物之間在現(xiàn)象上和本質(zhì)上都存在著同一性和差異性�，F(xiàn)象上的同一和差異一般來說是容易識別的，而本質(zhì)上的同一和差異就不那么容易識別。物理學(xué)中有許多物理思維和物理規(guī)律具有可比性，運用比較法可幫助學(xué)生接受新概念并加深對概念的理解，尤其在復(fù)習(xí)課上運用，能使知識融會貫通，開拓學(xué)生的思維，并培養(yǎng)學(xué)生的知識遷移能力。在物理教學(xué)中，既要求學(xué)生找出差異性極大的物理現(xiàn)象或物理概念之間本質(zhì)上的共同點，又要求學(xué)生找出表面上極為相似的物理現(xiàn)象和物理概念之間本質(zhì)上的差異。 運用比較法可以深化和區(qū)分概念。例如：平衡力和相互作用力（作用力與反作用力）。 平衡力 相互作用力 不同點 作用的物體（主要的） 二力作用在同一物體上 二力作用在不同物體上 力的性質(zhì) 不一定相同 一定相同 存在性 不一定同時消失 同時消失 語言特征 涉及三個物體 涉及兩個物體（甲受乙……，乙受甲……；甲給乙……，乙給甲……） 相同點 大小相等，方向相反，作用在同一直線上 通過這樣的比較和思索，學(xué)生豁然開朗，較快的接受了新概念�？梢娺\用“比較法教學(xué)”對解決教學(xué)難點是很有益處的。
再如，由于物理問題大多來自實際生活有時會讓人感到很困難，這時我們應(yīng)該尋找與實際相近的物理模型，使問題的物理情景或物理過程相對簡化，例： 如圖１，小華拉著放有一盛水器具的小車，器具內(nèi)盛有水，在水平桌面上運動時，即：圖甲中盛水器具內(nèi)的水向左潑出，圖乙中盛水器具內(nèi)的水向右潑出，對此現(xiàn)象下列判斷正確的是 ( ) A．圖甲、乙所示的現(xiàn)象都是在小車突然停止時發(fā)生 B．圖甲、乙所示的現(xiàn)象都是在小車突然啟動時發(fā)生 C．圖甲所示的現(xiàn)象是在小車突然停止或在運動中突然加速時發(fā)生 D．圖乙所示的現(xiàn)象是在小車突然停止或在運動中突然減速時發(fā)生 解析：這是一個比較復(fù)雜的問題，如果我們將其簡化，即將圖1甲中的小車上容器里的水向左潑出的過程，看作是一個向左運動的小球，這樣就可以認為在某一瞬間向右運動的小車上有一個小球往左運動如圖2（甲）；將圖1（乙）中向右潑出的水，看作是向右運動的小車上有一個小球往右運動，如圖2（乙）；這樣就將問題簡化了，也就很容易得出結(jié)論了。根據(jù)牛頓第一定律可判斷出，圖1（甲）中是小車向右加速運動；圖1（乙）中小車是突然停止或在運動中突然減速。這樣可以化簡對象明問題，比較狀態(tài)得結(jié)論。 比較法教學(xué)對于學(xué)生的概念學(xué)習(xí)有所幫助，比較實驗可以加強直觀教學(xué)，有助于學(xué)生建立概念，理解規(guī)律，突破難點。例如，為了證明大氣壓的存在，可用一只底部開有小圓孔的塑料杯子，用右手手指按住小圓孔，在杯口向上時將塑料杯里盛滿水，用紙片把杯口蓋嚴，左手按住紙片把杯子倒過來使杯口向下，放開左手后，紙片不會掉下來，杯子里的水也不會流出來。這時，有學(xué)生認為“紙片是被水粘住了”，然后老師拿掉按住小圓孔的右手指，結(jié)果紙片掉下來了，水也流出來了。這樣通過手指按住小圓孔和不按住小圓孔兩次實驗的比較，使學(xué)生觀察到兩次實驗中紙片都與水接觸，所不同的是后一次實驗是杯底與大氣相通。從而解除了“紙片是被粘住了”的誤解。提高了“大氣壓存在”這個結(jié)論的可信度。 二、假設(shè)法 物理解題中的假設(shè)，從內(nèi)容要素看有參量假設(shè)、現(xiàn)象假設(shè)和過程假設(shè)等，從運用策略看有極端假設(shè)、反面假設(shè)和等效假設(shè)等．利用假設(shè)，我們可以方便地對問題進行分析、推理、判斷，恰當?shù)剡\用假設(shè)，可以起到化拙為巧、化難為易的效果。 假設(shè)法的運用，不僅為快捷解題提供了便利，更為培養(yǎng)創(chuàng)新能力開辟了途徑。但是，要正確恰當?shù)剡\用假設(shè)法，必須深刻把握其“設(shè)而不假”的關(guān)鍵要領(lǐng)，即假設(shè)的內(nèi)涵與問題本身并不矛盾。否則，就會造成“失之毫厘，謬以千里”的后果。 三、控制變量法 “控制變量法”是物理中常用的探索問題和分析解決問題的科學(xué)方法之一。自然界中發(fā)生的各種物理現(xiàn)象往往是錯綜復(fù)雜的，因此影響物理學(xué)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、共同起作用的。譬如說某段導(dǎo)體中通過電流的大小不僅和其兩端電壓有關(guān)，還和這段導(dǎo)體的長度、橫截面積的大小及材料種類等因素有關(guān)。所以要想精確地把握研究對象的各種特性，弄清事物變化的原因和規(guī)律，單靠自然條件下整體觀察研究對象是遠遠不夠的，還必須對研究對象施加人為的影響，造成特定的便于觀察的條件，這就是“控制變量”的方法。例如為了研究某物理量同影響它的三個因素中的一個因素之間的關(guān)系，可將另外兩個因素人為地控制起來，使它們保持不變，以便觀察和研究該物理量與這一因素之間的關(guān)系。
首先，在物理實驗過程中，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(xué)方法。具體做法是根據(jù)研究目的，運用一定的手段（控制實驗儀器設(shè)備等）主動干預(yù)或控制自然事物、自然現(xiàn)象發(fā)生發(fā)展的過程，在特定的觀察條件下去探索客觀規(guī)律。例如，在引導(dǎo)學(xué)生探索、研究導(dǎo)電體的電阻的大小同導(dǎo)電體的哪些特性有關(guān)時，可先故意將橫截面積、長度都不同的一根鎳鉻合金絲和一根銅絲分別串入接有小燈泡的直流電路中，讓學(xué)生分別觀察燈泡發(fā)光的亮度，并問學(xué)生：剛才的實驗現(xiàn)象能否說明電阻大小與導(dǎo)電體的某個特性有關(guān)？學(xué)生經(jīng)過思考與討論，得到的結(jié)論當然是否定的。再用橫截面積和長度都不同的兩根鎳鉻合金絲分別串入上述電路中，觀察小燈泡的亮度，并讓學(xué)生思考這個實驗?zāi)芊裾f明電阻大小同導(dǎo)電體的某種特性有關(guān)，結(jié)論同樣是不能。這時就可不失時機地問學(xué)生：“那么，我們應(yīng)該取怎樣的兩根金屬絲串入上述電路來做這個實驗，以研究導(dǎo)電體的電阻大小到底與哪些因素有關(guān)呢？”同時向?qū)W生出示課前準備好的幾根金屬絲讓他們選擇。學(xué)生經(jīng)過思考并相互討論后，有的回答：應(yīng)取兩根橫截面積相同、但長度不同的鎳鉻合金絲進行上述實驗；有的同學(xué)說：應(yīng)取兩根長度相同、但橫截面積不同的鎳鉻合金絲進行上述實驗；還有的說應(yīng)取長度、橫截面積均相同的一根銅絲和一根鎳鉻合金絲進行實驗比較。這時，教師可適時指出上述幾種方法都可以，同時指出要研究電阻的大小同導(dǎo)電物質(zhì)的長度、橫截面積、材料種類這三個因素任何一個因素間的關(guān)系，就要人為地控制另外兩個因素，使它們相等，并指出這種實驗的方法就是“控制變量法”，再讓學(xué)生運用這一方法系統(tǒng)地進行上述實驗，使學(xué)生在實際操作過程中去體驗這一科學(xué)方法。
在物理教學(xué)中還有許多概念或規(guī)律之探索和推導(dǎo)的實驗過程中，都運用了“控制變量法”這一科學(xué)方法，如在引導(dǎo)學(xué)生探索“導(dǎo)電體中電流大小同其兩端電壓大小和其電阻大小之間的定性關(guān)系，最終得出歐姆定律”和探索“力的作用效果同力的哪些因素有關(guān)，最終得出力的三要素”等實驗過程中都用到了這一科學(xué)方法，使學(xué)生對“控制變量法”不斷加深理解，并逐步達到有意識地去應(yīng)用的目的。
其次，在利用物理知識去分析和解決一些實際問題時，如能靈活運用“控制變量法”進行分析，有時可起到事半功倍的效果。例如，有這樣一道題：已知甲導(dǎo)體的電阻比乙導(dǎo)體的電阻大，把它們并聯(lián)在電路中，比較甲的電功率和乙的電功率。
簡析：求解電功率的公式比較多：P=UI，P=U2/R，P=I2R，學(xué)生分析起來常常感到無從下手。電功率與兩個因素有關(guān)，我引導(dǎo)學(xué)生用“控制變量法”的思路解決這類問題。關(guān)鍵在于首先根據(jù)題目已知找到相同的因素，只讓一個因素發(fā)生變化，再分析電功率與另一個變量之間的關(guān)系。具體分析如下：并聯(lián)時，各支路兩端電壓相等，所以我們可以選擇P＝U2/R或P＝UI。已知R甲＞R乙，可根據(jù)P=U2/R直接得出P甲＜P乙。也可用另一方法：已知R甲＞R乙，并聯(lián)電路可知I甲＜I乙，可根據(jù)P＝UI也能夠得出P甲＜P乙�？梢�，在解決物理問題時，如能恰當運用科學(xué)方法進行分析，確實能起到提高解題速度與準確率的良好效果。在物理（如在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)）學(xué)習(xí)中，可用“控制變量”這一科學(xué)方法去分析解決的實際問題還很多，這為學(xué)生靈活應(yīng)用這一科學(xué)方法解決問題提供了保證。 近幾年我們看到中小學(xué)教育逐漸由應(yīng)試教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變。物理作為一門自然科學(xué),在教學(xué)中應(yīng)側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的物理科學(xué)素質(zhì)。而物理科學(xué)素質(zhì)則由物理科學(xué)知識、物理科學(xué)能力、物理科學(xué)方法，物理科學(xué)意識和物理科學(xué)品質(zhì)等諸要素構(gòu)成。其中物理科學(xué)方法是科學(xué)素質(zhì)的翅膀，是獲取科學(xué)知識的手段。學(xué)生只有掌握了科學(xué)方法，才能更深入地理解和牢固掌握科學(xué)知識，提高學(xué)習(xí)效率，起到事半功倍的作用。而且，科學(xué)方法對人一生的學(xué)習(xí)和工作起著重要的作用。教師在教學(xué)中一定要打破以往“授之以魚”的填鴨式教育，培養(yǎng)學(xué)生探究，啟發(fā)學(xué)生思維，讓每個學(xué)生都得到充分的發(fā)展。培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，掌握學(xué)習(xí)知識的科學(xué)方法，提高學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力，所以從這個意義上講，掌握科學(xué)方法比掌握知識更重要。
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