實(shí)驗(yàn)探究 培養(yǎng)物理科學(xué)思維

陳東梅

(江蘇省鄭集高級(jí)中學(xué) 221000)

在高中物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)探究方法的優(yōu)化和借鑒，有助于學(xué)生由表及里地理解現(xiàn)象本質(zhì)、把握理論內(nèi)涵，從而培養(yǎng)學(xué)生們的物理科學(xué)思維.具體教學(xué)過(guò)程中，教師可以結(jié)合實(shí)際教學(xué)過(guò)程中的物理實(shí)驗(yàn)，恰如其分地引入物理實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中常用的幾種研究方法，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的思維和方法完成實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程.接下來(lái)，筆者將結(jié)合自身的一些學(xué)經(jīng)驗(yàn)，談一談在實(shí)驗(yàn)探究中運(yùn)用科學(xué)探究方法的具體策略.

一、理想法，忽略次要因素

理想法，即理想實(shí)驗(yàn)法，是各個(gè)學(xué)科實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中常用的方法，也是保障實(shí)驗(yàn)探究順利進(jìn)行的重要措施.具體實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，復(fù)雜多變的外界或內(nèi)在因素會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果造成影響.對(duì)此，采用理想實(shí)驗(yàn)法，忽略實(shí)驗(yàn)過(guò)程中次要因素，或設(shè)定一些較為理想的實(shí)驗(yàn)條件，就可在多元的影響因素中選出最主要的因素，從而簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，揭示物理實(shí)驗(yàn)本質(zhì).

比如，在講解“電流和電源”這部分的內(nèi)容時(shí)，要求學(xué)生掌握電源的作用和電流的單位、方向等內(nèi)容.在基本教學(xué)基礎(chǔ)上，我鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合所學(xué)自制水果電池，并用自制的水果電池進(jìn)行閉合電路歐姆定律的實(shí)驗(yàn)探究.結(jié)合探究目的，學(xué)生選擇了可調(diào)內(nèi)阻電池、電壓表、橙子、蘋果、鋅片、銅片等儀器設(shè)備.已知?dú)W姆定律的公式為：E=U外+U內(nèi).

具體實(shí)驗(yàn)探究時(shí)，我們運(yùn)用電壓表測(cè)量相式變阻器的兩端電壓U外以及水果電源的電動(dòng)勢(shì)E等數(shù)值.為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程及計(jì)算過(guò)程，我們理想的認(rèn)為電壓表的內(nèi)阻無(wú)窮大，而電流表的內(nèi)阻理想認(rèn)定為0，這樣就簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)電路，實(shí)現(xiàn)了理想化的探究.

可見(jiàn)，理想實(shí)驗(yàn)法廣泛應(yīng)用于高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中.將實(shí)驗(yàn)探究電路中那些不太重要的因素用理想化法忽略不計(jì)，可以有效簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生透過(guò)重重現(xiàn)象觸及實(shí)驗(yàn)本質(zhì)，并在不斷的探究過(guò)程中，深化學(xué)生運(yùn)用科學(xué)方法開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究的科學(xué)思維.另外，理想實(shí)驗(yàn)法還廣泛應(yīng)用到高中物理力學(xué)、電磁學(xué)理論及實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中.

二、放大法，凸顯微小形變

放大法，顧名思義，就是將實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中必要的細(xì)枝末節(jié)予以放大，以便探究者觀測(cè)與記錄.具體實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，物理教師可引導(dǎo)學(xué)生們結(jié)合實(shí)驗(yàn)探究的目的，將必要的待測(cè)現(xiàn)象變化及其他發(fā)生微小變化的物理量予以放大，凸顯出微小的形變過(guò)程，以便于實(shí)驗(yàn)者更加便捷地進(jìn)行觀察記錄以及探究.

比如，在教學(xué)“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)”這一部分的內(nèi)容時(shí)，我們采用實(shí)驗(yàn)引入分析的方法，定性分析彈簧振子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力以及加速度、速度、位移的大小和方向，進(jìn)而定量分析其受力與位移之間的關(guān)系.但若用傳統(tǒng)的探究方法，不利于學(xué)生們觀察其受力及位移過(guò)程.對(duì)此，我們可采用一點(diǎn)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法，將這一過(guò)程放大，以便于學(xué)生把握其微小變化.具體的，我們用激光筆作為光源，在彈簧振子上粘貼小平面鏡組成振動(dòng)鏡，再借助于屏幕，觀察振動(dòng)鏡反射光點(diǎn)的振動(dòng)過(guò)程，其展開(kāi)成一條正弦或余弦曲線的全過(guò)程.

除此之外，還可采用其他的原理和方法，實(shí)現(xiàn)放大的效果，使得微小變量，直觀的呈現(xiàn)給學(xué)生，便于觀察和測(cè)量.值得注意的是，采用放大的效果凸顯微小形變時(shí)，應(yīng)當(dāng)避免失真現(xiàn)象的出現(xiàn).在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中運(yùn)用放大法，可以使得微小形變直觀地予以呈現(xiàn)，促使學(xué)生深入理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵，幫助其形成科學(xué)的探索思維.

三、轉(zhuǎn)換法，間接觀察測(cè)量

轉(zhuǎn)換法廣泛應(yīng)用于物理教學(xué)中，適用于物理量、運(yùn)動(dòng)過(guò)程、物理現(xiàn)象等多元化對(duì)象的轉(zhuǎn)換，可將不可見(jiàn)、不可測(cè)、復(fù)雜的過(guò)程以適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換過(guò)程為可見(jiàn)、可測(cè)、簡(jiǎn)單的物理現(xiàn)象，在高中物理教學(xué)過(guò)程中起到了舉足輕重的作用.就其間接觀察測(cè)量物理量的功能而言，高中物理中多個(gè)物理量的測(cè)量都需借助于轉(zhuǎn)化法來(lái)獲得.

比如，我與學(xué)生們共同“研究物體的勻變速直線運(yùn)動(dòng)”這一部分的內(nèi)容時(shí)，要求掌握判斷直線運(yùn)動(dòng)是否為勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法，并能夠利用勻變速的規(guī)律研究物體的瞬時(shí)速度，前提是掌握加速度的測(cè)量方法.但具體教學(xué)時(shí)，我們無(wú)法直接測(cè)出物體運(yùn)動(dòng)的加速度，這時(shí)就需要轉(zhuǎn)化為測(cè)量位移和時(shí)間的方法進(jìn)行間接計(jì)算.具體教學(xué)開(kāi)展時(shí)，我們需借助于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出物體的位移和時(shí)間，再采用以下公式進(jìn)行加速度的計(jì)算：ΔS=aT2.在得出加速度的計(jì)算方法之后，我們就可以開(kāi)展后續(xù)的教學(xué)了.

可見(jiàn)，將加速度的測(cè)量轉(zhuǎn)化為位移和時(shí)間的測(cè)量后，物理實(shí)驗(yàn)的可操作性就變得簡(jiǎn)單多了，學(xué)生理解起來(lái)也變得輕松了.而在高中物理力學(xué)、電學(xué)、電磁學(xué)探究的多個(gè)方面，常會(huì)用到轉(zhuǎn)化法去間接測(cè)量一些物理量，這也是高中物理常用的科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究方法之一.教學(xué)時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生們運(yùn)用這一方法，不僅可以促進(jìn)學(xué)生們靈活運(yùn)用物理知識(shí)解答問(wèn)題，更有助于學(xué)生科學(xué)思維的形成，真正達(dá)到升華學(xué)生物理素養(yǎng)的效果.

總而言之，物理科學(xué)思維的形成，是學(xué)生真正掌握實(shí)驗(yàn)原理、內(nèi)化實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的保障，也是物理核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容之一，是高中物理教學(xué)活動(dòng)開(kāi)展的重點(diǎn).故而，聚焦實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程，借助科學(xué)的探究方法，可以有效地提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率，促使學(xué)生們透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，識(shí)別和觸及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象內(nèi)在原理，從而更加全面深入地理解物理實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生物理科學(xué)思維.