初中物理實(shí)驗(yàn)常用的研究方法

才立英

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué),實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的基礎(chǔ)。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)的初步知識(shí),更重要的是指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)適宜的學(xué)習(xí)方法,為學(xué)生終身學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。全日制義務(wù)教育《物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)稿)》(以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》)中明確指出:“通過(guò)科學(xué)探究,使學(xué)生經(jīng)歷基本的科學(xué)探究過(guò)程,學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法,發(fā)展初步的科學(xué)探究能力,形成尊重事實(shí),探索真理的科學(xué)態(tài)度。”因此在教學(xué)中教師要重視科學(xué)探究的教學(xué),使學(xué)生各方面的能力得到提高,為學(xué)生的終身發(fā)展提供幫助。我通過(guò)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)探究的方法大致有:控制變量法、對(duì)比法、類比法、抽象法和理想化法、圖像法等。下面是我在教學(xué)中的點(diǎn)滴體會(huì),供同行參考。

一、控制變量法

控制變量法是運(yùn)用一定手段(實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備等)主動(dòng)干預(yù)或控制自然事物、自然現(xiàn)象發(fā)展的過(guò)程,在特定的觀察條件下探索客觀規(guī)律的一種研究方法。即把多因素的問題變成多個(gè)單因素的問題,分別加以研究,然后綜合解決的一種常用的研究方法。

控制變量法常用于探究物理規(guī)律的實(shí)驗(yàn)教學(xué),我在“研究導(dǎo)體的電阻與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用這種方法,首先確定研究對(duì)象是電阻,之后選取長(zhǎng)短粗細(xì)相同但材料不同的金屬絲,比較它們電阻的大小,然后確定材料和橫截面積相同,改變導(dǎo)體的長(zhǎng)度,研究電阻與導(dǎo)體長(zhǎng)度的關(guān)系,接著保持材料和長(zhǎng)度相同,改變導(dǎo)體的橫截面積的大小,探究電阻與導(dǎo)體的橫截面積的關(guān)系,最后將這些單一關(guān)系綜合、歸納,找出它們之間的規(guī)律,得出決定電阻大小的因素是導(dǎo)體的材料、長(zhǎng)度和橫截面積。經(jīng)過(guò)認(rèn)真的分析,學(xué)生掌握了這一探究方法的精髓。在歐姆定律的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,我用這一方法組織學(xué)生討論了怎樣研究I、U、R之間的關(guān)系。

二、對(duì)比法(比較法)

“比較”即找出事物之間相似的地方,通過(guò)事物間相同特征或相異特征的比較可以很快認(rèn)識(shí)新事物的研究方法,是比較常用的研究方法。

在比熱容的教學(xué)中,我引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)裝置,來(lái)判斷哪些相同、哪些不同:在兩個(gè)燒杯中分別倒入質(zhì)量相等的水和煤油,用同樣的電熱器加熱,測(cè)出它們的溫度升高相同值時(shí)所需通電時(shí)間不同,也就是吸收熱量不同;同樣的加熱時(shí)間,它們升高的溫度不同,這反映了不同物質(zhì)吸收相同的熱量但溫度變化不同的物質(zhì)的特性——比熱容,使非常抽象的概念具體化,學(xué)生順利理解了比熱容的物理意義。在“研究物體浮沉條件”時(shí),我用同一支錫制牙膏殼,先做成盒狀放入水中,牙膏殼漂浮于水面,然后把牙膏殼擠成一團(tuán)放入水中,結(jié)果牙膏殼沉底,通過(guò)對(duì)比得出物體浮沉的條件。對(duì)比學(xué)習(xí)不但使學(xué)生對(duì)易混淆的知識(shí)學(xué)習(xí)掌握起來(lái)十分容易,而且印象更加深刻,應(yīng)用起來(lái)更加得心應(yīng)手。

三、類比法

類比是指在新事實(shí)與已知事物間具有相似的方面作比較。它能啟發(fā)和開拓我們的思維,能給我們提供解決問題的線索,是提出科學(xué)假設(shè)和探索新理論的重要途徑,它對(duì)物理學(xué)的發(fā)展有著不可磨滅的功勞,對(duì)學(xué)生物理的學(xué)習(xí)也發(fā)揮著巨大的作用。

在教材中用橡皮繞繩運(yùn)動(dòng)與月亮繞地球運(yùn)動(dòng)作類比引入引力;研究電壓的作用時(shí),將電壓類比為水壓來(lái)認(rèn)識(shí)電壓,使電路中形成了電流;通電螺線管的磁場(chǎng)分布很抽象,規(guī)律的總結(jié)也不容易理解,課本中用螞蟻沿著電流爬行說(shuō)“N極就在我的左邊”,猴子用右手把螺線管夾在腋下,說(shuō)“如果電流沿著我右臂所指的方向,N極就在我的前方”來(lái)類比……這樣把晦澀難懂的理論具體化,學(xué)生被生動(dòng)的圖像和有趣的類比所吸引,學(xué)習(xí)物理的興趣被調(diào)動(dòng)起來(lái),效果是明顯的。

四、變抽象為具體和理想化法

變抽象為具體指分析概括一類事物共同的本質(zhì)特征,把學(xué)生不容易理解的知識(shí)與熟悉的事物或知識(shí)聯(lián)系起來(lái),幫助他們理解知識(shí)的含義。例如大氣壓是看不見摸不著的,但我們可以通過(guò)研究大氣壓產(chǎn)生的現(xiàn)象來(lái)認(rèn)識(shí)它。學(xué)生在初中物理學(xué)習(xí)電流時(shí),對(duì)導(dǎo)體中有電流時(shí)產(chǎn)生的一些現(xiàn)象(如小燈泡發(fā)光,發(fā)熱)來(lái)確定是否有電流通過(guò);在研究大氣壓的值時(shí),用水銀柱高所產(chǎn)生的壓強(qiáng)來(lái)研究大氣壓;由小磁針N、S極指向偏轉(zhuǎn),可以知道磁場(chǎng)的存在、強(qiáng)弱和方向;通過(guò)擴(kuò)散現(xiàn)象,可以知道分子在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng);在研究磁場(chǎng)時(shí)引入磁感線;用光線描述光的傳播,等等,都用到了這種方法。

科學(xué)的理想化絕不是無(wú)根據(jù)的幻想,而是對(duì)于客觀世界的一種超現(xiàn)實(shí)的認(rèn)識(shí)?？陀^存在的復(fù)雜事物具有多方面的特性,處于多種條件下,但是在一定的條件下只有一種或少數(shù)幾種起主要作用,并不是所有性質(zhì)和條件都起同樣重要的作用。我們?yōu)榱四芨忧宄卣J(rèn)識(shí)事物的某一性質(zhì)才使用理想化這一分析問題的方式。為了突出事物的本質(zhì),教師必然要忽略一些次要性質(zhì),因此在實(shí)驗(yàn)探究時(shí),應(yīng)該對(duì)一些理想化條件加以限制。例如在杠桿一節(jié)的教學(xué)中,為什么使用的杠桿是一根粗細(xì)均勻的直桿,用線把它的中心位置懸掛起來(lái)的目的又是什么?通過(guò)討論,學(xué)生會(huì)明確實(shí)驗(yàn)用的杠桿可以看作理想的輕質(zhì)杠桿,杠桿只受到動(dòng)力和阻力作用,這樣研究杠桿的平衡條件問題就簡(jiǎn)單化,很容易得出杠桿的平衡條件。

抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,理想實(shí)驗(yàn)是在真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)邏輯法則,對(duì)過(guò)程作進(jìn)一步的分析、推理。伽利略通過(guò)對(duì)于一系列實(shí)驗(yàn)的分析,并進(jìn)一步推理得出:如果表面絕對(duì)光滑、物體受到的阻力為零,速度不會(huì)減慢,將以恒定不變的速度永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。這一推理為牛頓的第一定律奠定了理論基礎(chǔ)。教師運(yùn)用這種理想化的方法,可培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的想象能力和邏輯推理能力。

在認(rèn)識(shí)理想化法的特點(diǎn)的同時(shí),教師也應(yīng)該讓學(xué)生認(rèn)識(shí):在一定理想化條件下得出的規(guī)律,只在(或者非常接近)這些條件下適用。

以上是一些常見的研究方法,在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還有其它的研究方法,如觀察法、猜想(假說(shuō))法、對(duì)稱法、公式法等。有意識(shí)地訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生的研究方法,目的是啟發(fā)學(xué)生的想象力,激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維,使學(xué)生養(yǎng)成用科學(xué)的研究方法發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的習(xí)慣,提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。