初中物理教学中的科学方法教育

义务教育的目标明确指出：我们不但使学生掌握必需的物理基础知识，而且要重视科学态度和科学方法的教育.巴普洛夫认为：“重要的是科学方法，科学是思想的总结，认识一个科学家的方法远比认识他的成果价值更大.”在物理教学中有意地渗透科学方法的教育，是提高学生科学素养，促进学生发展的重要途径.

物理学是一门以实验为基础的自然科学.物理实验以其精彩神奇、生动有趣的特点而深受学生的喜爱.可以说物理实验的成功与否是物理教学成败的关键.通过实验我们既能激发学生的学习兴趣，又能训练和培养学生的观察能力、创新精神和创造能力.而物理实验的成败又取决于实验方法是否得当.笔者从事教学多年，将初中物理教学中常用的一些重要的科学方法归纳如下.

1 控制变量法

在多个因素同时存在的物理实验中，先考察其中一个因素对研究问题的影响，而保持其他因素不变的实验方法叫控制变量法.这种方法在实验数据的表格上的反映为某两次试验只有一个条件不同，若两次实验结果不同则与该条件有关，否则无关.反之，若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关，则应只使该因素不同，而其他因素均应相同.

控制变量法是最常用的实验方法之一.在对多个因素同时起作用的实验探究过程中，我们都要用到控制变量法.例如，在著名的“欧姆定律”实验中.欧姆虽然事先知道，电压和电阻的变化都会影响到电流的变化.但如果电路中的电流发生了变化，到底是由电压变化引起的还是由电阻变化引起的呢？欧姆认为如果能控制电压不变，那么电流的变化就是由电阻的变化引起的；如果能控制电阻不变，那么电流的变化就是由电压的变化引起的.他的实验思路是控制变量法应用于实验探究的一个典型的范例.正因为欧姆选择了正确的实验方法，再加上他十年的不懈努力，最终在电学方面做出了巨大的贡献，电阻的单位也用他的名字命名.

又如：（1）在研究导体的电阻跟哪些因素有关时，为了研究方便采用控制变量法.即每次挑选两根合适的导线，测出它们的电阻，然后比较，最后得出结论.为了研究导体的电阻与导体长度的关系，应选用材料横截面相同的导线，为了研究导体的电阻与导体材料的关系，应选用两根导线的长度和横截面相同的导线，为了研究导体的电阻与导体横截面的关系，应选用两根导线的材料和长度相同的导线；（2）在研究影响力的作用效果的因素；（3）研究影响液体蒸发快慢的因素；（4）研究决定液体内部压强大小的因素；（5）研究决定动能，势能大小的因素；（6）研究影响琴弦发声的音调高低的因素；（7）研究物质吸放热性能与物质的种类，质量，温度的变化的关系；（8）研究滑动摩擦力大小与哪些因素有关；（9）研究电功或电热与哪些因素有关；（10）研究通电导体在磁场中受力与哪些因素有关；（11）研究影响感应电流方向的因素等实验中均采用了此方法.

2 转换法

物理学中对于一些看不见摸不着的现象或不易直接测量的物理量，通常用一些非常直观的现象去认识或用易测量的物理量间接测量，这种研究问题的方法叫转换法.简而言之、转换法就是对一些看不见摸不着的物理现象或不易测量的物理量把它转换成看得见摸得着的现象或物理量来间接认识或间接测量的实验方法.

如：根据“磁场对磁体有力的作用”来认识“磁场的规律”；根据电流的效应来认识电流的存在；利用“液体的热胀冷缩的性质”来“测量温度”；采用累积法来测一张纸的厚度和细金属丝的直径；采用“以直代曲法”或“滚轮法”来测曲线的长度等实验中都用到了转换法.

再如：（1）利用物体发生形变或运动状态改变来证明物体受到力的作用；（2）通过马德堡半球实验来证明大气压的存在；（3）雾的出现可以证明空气中含有水蒸气；（4）影子的形成可以证明光沿着直线传播；（5）月食现象可证明月亮不是光源；（6）奥斯特实验可证明电流周围存在着磁场；（7）指南针指南北可证明地磁场的存在；（8）扩散现象可证明分子做无规则运动；（9）两块紧密接触的铅块实验可证明分子间存在着引力；（10）运动的物体能对外做功可证明它具有能；（11）用指针偏转的程度来表示电流或电压的大小；（12）用灯泡的明暗程度来判断电路中电流的大小；（13）用泡沫小球弹离音叉来说明音叉在振动；（14）用压强计中U型管的液面出现高度差来说明液体内部有压强；（15）在研究物质的比热容实验时用温度计示数的变化来表示物质的吸放热性能的强弱等都用到了转换法.

3 等效替代法

在保证某种效果相同的前提下，将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程的处理方法叫做等效替代法.等效替代法能将复杂的问题简单化，是物理学中常用的一种实验方法.

如：读者熟悉的“曹冲称象”的故事，聪明的小曹冲先把大象拉到船上，记下船的吃水深度，再用许多石头代替大象，使船达到“同样的吃水深度”，称出石头的总重，也就知道大象的体重了，他就是利用了等效替代法，解决了其他文武大臣都无法解决的难题，而千古留芳.

又如：（1）在测滑动摩擦力时，由于摩擦力发生在两物体的接触表面难以测量，实验中摩擦力就是通过与它“平衡”的拉力来测出的；（2）在探究平面镜成像特点实验中，用等大的没有点燃的蜡烛放到点燃蜡烛像的位置上“好像点燃一样”，来确定虚像的位置和大小；（3）把物体各部分受到重力的作用等效的看成作用在物体的某一点——重心上；（4）在研究串并联电路关系时引入总电阻（等效电阻）的概念，在串联电路中把几个电阻串联起来，相当于增加了导体的长度，所以总电阻比任何一个串联电阻都大，把总电阻称为串联电路的等效电阻；（5）在并联电路中把几个电阻并联起来，相当于增加了导体的横截面积，所以总电阻比任何一个并联电阻都小，把总电阻称为并联电路的等效电阻；（6）在电路分析中可以把不易分析的复杂电路简化为等效电路，在这些研究中同样用到了等效替代法.

4 模型法

模型法是将抽象的物理现象用简单易懂的具体模型来表示，便于想象和思考研究问题的一种方法.理想模型法忽略了事物的次要因素，用简明、概括、直观的方法，把事物的主要特征表示出来.物理学的发展过程可以说就是一个不断建立物理模型和用新的物理模型代替旧的或不完善的物理模型的过程.

如：在探究摆的奥秘时，用“细线系上小球”代替钟摆，建立了钟摆的模型；在研究光现象时，用“一条带箭头的直线”形象化描述光的传播路径和方向，建立了光线模型；在研究磁现象时用“一条条带箭头的曲线”形象化地描述磁场的分布和方向，建立了磁感线模型.

再如：（1）研究肉眼观察不到的原子结构时，建立了原子核式结构模型；（2）研究液体内部压强大小和浮力是怎样产生的建立了液柱模型；（3）研究连通器的特点时建立了液片模型；（4）用木尺和砝码代替跷跷板和人建立杠杆模型；（5）力的示意图是实际物体和作用力的模型；（6）电路图是实物电路的模型；（7）研究发电机的原理和工作过程时用到的手摇发电机模型；（8）研究内燃机结构和工作原理时用到的汽油机、柴油机模型.

5 类比法

所谓类比就是“触类旁通”、“举一反三”，实际上是一种从特殊到特殊，从一般到一般的推理，它是根据两个或两类对象之间在某些方面的相同或相似而推出他们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维.从而可以帮助我们理解较复杂的实验和较难的物理知识.类比是一种推理方法，不同事物在属性、数学形式及其它量描述上有相同或相似的地方就可以用类比推理.类比法是提出科学假说、做出科学预言的重要途径，物理学发展史上的许多假说都是运用类比方法创立的，由这种方法得出的结论虽然不一定可靠，但是，在逻辑中却富有创造性.开普勒也曾经说过：“我们珍惜类比推理胜于任何别的东西”.

如：《电压》既是教学的重点，也是教学的难点.难就难在电压较抽象，不能直接实验，教学中通过水压类比得出电压，具体探究过程是：（1）从水压实验总结出水压是水管中的水发生定向移动形成水流的原因；（2）引导学生讨论得出电压是使电路中的电荷发生定向移动形成电流的原因；（3）教师总结出抽水机是提供水管两端有水压的装置；（4）引导学生得出电源是提供电路两端有电压的装置.整个过程尽管多花些时间，然而对培养学生科学的思维方法大有益处.正如前苏联学者瓦赫罗夫说：“类比像闪电一样，可以照亮学生所学学科的黑暗角落”.

再如：（1）功率概念与速度概念；（2）电流与水流；（3）内能与机械能；（4）原子结构与太阳系；（5）电磁波与水波；（6）通信与鸽子传递信件等都可将它们作类比.

6 理想实验法

所谓理想实验又叫“假想实验”、“抽象的实验”或“思想上实验”.它是人们在思想中塑造的理想过程，是一种逻辑推理的思维过程和理论研究的重要方法.理想实验虽然也叫实验，但它同真实的科学实验是有原则区别的，真实的科学实验是一种实践活动，而理想实验则是一种思维的活动，前者是将设计通过物理过程而实现的实验，后者则是由人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的实验.

但是，理想实验并不是脱离实际的主观臆想.首先，理想实验是以实践为基础的，是在真实的科学实验的基础上，抓住主要矛盾忽略次要矛盾对实际过程做出更深入一层的抽象分析.其次，理想实验的推广过程是以一定的逻辑法则为根据的，而这些逻辑法则都是从长期的社会实践中总结出来并为实践所证实了的.

理想实验在自然科学的理想研究中有着重要的作用.但是，理想实验的方法也有其一定的局限性，理想实验只是一种逻辑推理的思维过程，它的作用只限于逻辑上的证明与反驳，而不能用来作为检验正确与否的标准.相反，由理想实验所得出的任何推论都必然由观察实验的结果来检验.

如：研究真空是否能够传声时，将一只闹钟放在密封的玻璃罩内，当罩内空气被抽走时，钟声变小，由此推理出：真空不能传声.显然上述实验是人们在思维中进行的理想过程，与实际实验相比，理想实验能更大程度地突出实验中的主要因素，忽略次要因素，得出更本质的结论.

再如：在进行牛顿第一定律的实验时，当观察到物体在越光滑的平面上运动就越远时，进而推理出：如果平面绝对光滑，物体将永远做匀速直线运动.

这两个结论都是在实验的基础上加以科学的推理，概括出来的，但经受住了实践的检验.

7 图象法

图象是一个数学概念，用来表示一个量随另一个量的变化关系，很直观.由于物理学中经常要研究一个物理量随另一个物理量的变化情况，因此图象法在物理教学中有着广泛的应用.实验中运用图象来处理实验数据，探究内在的物理规律，具有独特之处.

如：在探究固体熔化时温度的变化规律和水的沸腾情况的实验中，就是运用图象法来处理数据的.它形象直观地表示了物质温度的变化情况，学生在亲历实验自主得出数据的基础上，通过描点、连线绘出图象就能准确地把握晶体和非晶体的熔化特点、液体的沸腾特点了.

再如：研究小灯泡的电功率时，灯泡中的电流随电压而发生变化的I-U曲线；研究伏安法测电阻时电流随电压而发生变化的I-U图线；研究物质的密度时质量随体积的变化的M-V图线等都用到了图象法.

8 比较法

比较法是确定研究对象之间的差异点和共同点的思维过程和方法，各种物理现象和过程都可以通过比较确定它们的差异点和共同点.比较是抽象与概括的前提，通过比较可以建立物理概念总结物理规律.利用比较又可以进行鉴别和测量.因此，比较法是物理现象研究中经常运用的基本方法.比较法有三种类型：（1）异中求同的比较.即比较两个或两个以上的对象而找出其相同点；（2）同中求异的比较.即指比较两个或两个以上的对象而找出其相异点；（3）同异综合比较.即比较两个或两个以上的对象的相同点和相异点.

如：（1）像汽车，轮船，火车，飞机它们的发动机各不相同，但都是把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的装置即都是热机，这是异中求同的比较；（2）汽油机和柴油机虽然都是内燃机但是它们的构造、吸入的气体、点火方式、使用范围等方面都有不同，这是同中求异的比较；（3）蒸发与沸腾两者的相同点都是汽化过程.不同点是发生汽化时液体的温度、发生汽化的部位及现象都不同，这是同异综合比较；（4）用比较法研究质量与体积的关系；重力与质量的关系；重力与压力的关系；电功与电功率的关系等.

9 观察法

观察法是人们为了认识事物的本质和规律，有目的有计划地对自然条件下所显现的有关事物进行考察的一种方法，是人们收集获取记载和描述感性材料的常用方法之一，是最基本最直接的研究方法.观察法就是仔细地看.但它和一般的看不同，观察是人的眼睛在大脑的指导下进行有目的、有意识、有组织的感知活动.因此，亦称科学观察.

如：（1）在水的沸腾实验中，使用温度计前，应该先观察它的量程，认清它的分度值.实验过程中要注意观察水沸腾前和沸腾时水中气泡上升过程的两种情况，温度计在沸腾前和沸腾时的示数变化；（2）在学习声音的产生时可让学生观察小纸片在扬声器中的运动状态，观察正在发声的音叉插入水中激起水花，观察蟋蟀知了鸣叫时鸣膜的振动情况，就会发现发出声音时物体都在振动.除此之外，在研究光的反射规律、光的折射规律、凸透镜成像、物质的比热容、探究小灯泡电功率、压力的作用效果与哪些因素有关、滑动摩擦力与哪些因素有关等实验中都需要认真地观察，才能获取相关数据得出结论.

科学方法有着具体的思考步骤和操作步骤，从而使人们能按一定的认识程序，按部就班，循序前进，顺利达到认识结果.人们认识物理世界，就是运用科学方法，与物理研究对象发生作用，从而建立概念，发现规律，并且运用科学方法，去分析、解决实际问题.为培养学生科学探究精神、实践能力和创新意识，帮助学生提高素质.因此，我们在教学中要十分重视科学方法的培养.在近几年各地的中考中，科学方法的考察已逐渐成为热点内容之一.

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