小议物理教学中的科学方法

小议物理教学中的科学方法小议物理教学中的科学方法 2008 10 18 08 57 熊铭强 点击次数 28 内容提要 内容提要 做一件事 如果蛮干 很可能不能成功 但如果有 策略 有方法做起事来就不盲目 当然好的策略和方法很可能起到 事半功倍的效果 物理教学中蕴含的大量的科学探究方法 教师必 须给予足够的重视 并且渗透到教学活动中去 适时向学生介绍初 中常见的 控制变量法 等效替代法 转化法 理想 化模型法 等方法 让学生逐步提高学科学探究能力 掌握这些常 见的探究方法 为学生学习更多 更深的物理知识打下良好的基础 关键词 关键词 科学探究 科学方法 科学素质 在物理的 新课程标准 中 科学探究既是学生的学习目标 又是重要的教学方式之一 在探究科学规律主要由 提出问题 猜 想与假设 制定计划与设计实验 进行实验与收集数据 分析与论 证 评估 交流与合作 七部分组成 当然其中的的制定计划与设 计实验中就涉及到探究的方法 在好的方法的指导下学生通过动手 动脑 通过物理学知道的 再发现 过程 体验到科学探究的乐趣 学习科学家的科学探究方法 领悟科学的思想和精神 掌握科学学 习的策略和科学的思维方法 从而提高了他们的科学素质 达到新 课程标准确定的目标 我们必须重视物理教学中蕴含的大量的科学 方法 把它们渗透到教学活动中去 适时向学生介绍 让他们学习 体会逐步提高学生科学探究能力 所以掌握一些科学方法 为学生 的终生学习打下良好的基础 下面就与大家一起来探讨物理教学中 常用的一些科学方法 一 控制变量法一 控制变量法 控制变量法 是初中物理中常用的探究问题的科学方法 由于影 响物理研究对象的因素在许多情况下并不是单一的 而是多种因素 相互交错 共同起作用的 所以要想精确地把握研究对象的各种特 性 弄清事物变化的原因和规律 必须人为的制造一些条件 便于 问题的研究 例如当一个物理量与几个因素有关时 我们一般是分 别研究这个物理量与各个因素之间的关系 再进行综合分析得出结 论 这样就必须在研究物理量同其中一个因素之间的关系时 将另 外几个因素人为地控制起来 使它们保持不变 以便观察和研究该 物理量与这个因素之间的关系 这就是 控制变量 的方法 在初中物理教学中有许多概念或规律的探索过程 都要用到控 制变量法 例如 在探究电流 电压 电阻之间的关系时 通过改 变滑动变阻器时 电压变时 电流变 电阻变时电流也变 这是就 得引导学生探究具体电压怎样影响 电阻怎样影响 电压的在研究 电流有电压时让 控制 电阻一定 研究出电流与电压成正比 在 研究电流有电阻时让 控制 电压一定 研究出电流与电阻成反比 在这里 老师一定要强调实验中需要控制的变量 使学生体验到控 制变量的思想 为以后的探究实验作好方法上的准备 初中物理还用到控制变量法的实验有 影响声音的音调 响度 等的因素有哪些 蒸发的快慢与哪些因素有关 导体的电阻大小与 哪些因素有关 导体中的电流与导体两端电压和导体的电阻的关系 电热的的大小与哪些因素有关 影响电磁铁磁性强弱的因素有哪些 研究感应电流方向与哪些因素有关 研究通电导体在磁场中受力方 向与哪些因素有关 力的作用效果与哪些因素有关 影响滑动摩擦 力大小的因素有哪些 影响压力作用效果的因素有哪些 研究液体 的压强与哪些因素有关 研究浮力的大小与哪些因素有关 研究动 能或势能的大小与哪些因素有关 研究物体吸引热量的多少与哪些 因素有关等等 控制变量法是一种最常用的 非常有效的探索客观 物理规律的科学方法 通过控制变量法 可以让我们很方便的研究 出某个物理量与多个因素之间的定性或定量关系 从而能得出普遍 的规律 二 等效替代法二 等效替代法 曹冲称象 把等效代替讲的很透彻 在事件中用石头的重力 替代了大象的重力 两次都使船下降的深度相同 从而巧妙地测出 了大象的重力 很多物理问题也经常会用等效法来使研究问题简化 例如 爱迪生用围成一圈的平面镜的反射光等效多个太阳造成了无 影灯 阿基米德在洗澡时发现了鉴别王冠真假的方法 从而也导致 了一个重要的原理 阿基米德原理的发现 在初中物理中常常有些物理量无法直接用器材测量时 就要设 法用可以直接测量的物理量来取代不能直接测量的物理量 这就是 等效替代法 替代的与被替代的之间有内在的联系 等效替代 的思想是物理实验成功的最根本 最重要的思路 物理学中的相关 定律 定理 公式 原理都是以替代思维成立的基础为出发点的 例如 测量不规则固体的体积 就是利用物体浸没在液体中时 物体体积与物体排开的液体的体积相等的原理 将 V物用 V排替代 在研究力的合成时用 F1 F2两个力使橡皮筋伸长的长度与一个力 F3 使橡皮筋伸长的长度相等 也就是 F1 F2与 F3产生的效果相同 用 F3代替 F1 F2 所以把 F3叫 F1 F2的合力 类似的例子还有研究串 联电路中的总电阻与各个分电阻的关系 在没有量筒或量杯时 可 用弹簧秤和水 通过测量浮力大小测量物体的密度 利用弹簧测力 计测出物体完全浸没在水中的浮力 再计算出 V排 这里底 V排大 小就等于 V物 在探究平面镜成像规律的实验中 用玻璃板替代了 平面镜 因两者在成像特征上有共同之处 容易使学生接受 而玻 璃板又是透明的 能通过它观察到玻璃板后面的蜡烛 便于研究像 的特点 揭示出平面镜成像的规律这样容易被学生接受和理解 例 如在学习伏安法测电阻之后 要求学生设计一个实验 在缺少电压 表或电流表 但另给一个定值电阻的情况下 要求测出未知电阻的 阻值 应该怎么办 可以用等效替代的思想来进行设计了 即让电 流表与定值电阻串联来与电压表等效 或者让电压表与定值电阻并 联来与电流表等效 三 转换法三 转换法 对于一些看不见 摸不着的物质或物理问题我们往往要抛开事物 本身 通过观察和研究它们在自然界中表现出来的外显特性 现象 或产生的效应等去认识事物的方法 在物理学上称作转换法 例如 在研究焦耳定律的实验中 电流通过阻值不等的两根电 阻丝产生的热量无法直接观测和比较 而我们通过转换为让煤油吸 热 观察煤油温度变化情况 从而推导出哪个电阻放热多 初中物 理实验中设计者利用煤油受热体积膨胀的多少来反映温度的高低 这样促使学生思维得以发散 转换的思维方法得到训练 设计实验 的能力也随着提高了 在初中物理中 转化法 是一种常用的科学 方法 如 我们在认识和研究 分子在永不停息地做无规则运动 理 论时 由于分子是微观的 不能直接用肉眼看到 因此 我们可以 通过能直接观察它的整体运动的现象 扩散现象去认识和理解 它 电流看不见 摸不着 我们可以通过各种电流的效应来判断它 在存在 磁场看不见摸不着 我们可以通过小磁针指向或偏转以及 与其它一些磁场的效应来判断它的存在 同理 在研究物体是否带 电 我们也不能直接看到物体是否带电 但我们可以通过观察验电 器上锡箔片的开合来判断物体是否带电 在研究空气的存在和大气 压强时 我们可以通过感觉空气的流动及现实生活中对大气压强的 各种应用来证明空气和大气压强的存在 许多仪器的制造利用了转化法 例如弹簧的长度变化是可以直 接观察直接测量的 而力的大小是看不到摸不着的 但是力的大小 却和弹簧长度的变化有关系 所以我们就可以用弹簧的伸长量来量 度力的大小 很多仪器的制造也利用了转换法 如将看不见 摸不 着的温度转换成液柱的升降制成了温度计 将看不见 摸不着的液 体压强转换成两液面的高度差制成了压强计等 用到的仪器还有温 度计 压强计 气压表 高度计 电流表 电压表 时钟速度表 都是如此 看见的是长度 角度的变化 反映的是温度 液体压强 大气压强 高度 电流 电压 时间 速度的变化 还有现在一 些新的中考题型中出现的油量表 压力表 风力计 速度计都用到 这一物理方法 总之转换法可以通过转换研究对象 空间角度 物理规律 物 理模型 思维角度 物理过程 物理状态 时间角度等达到化繁为 简 化难为易 间接地解决问题 这对于学生的想象设计能力和创 造性思维品质的培养是大有益处的 四 理想化模型法四 理想化模型法 许多物理问题的研究研究利用模型法 例如 伽里略和牛顿构 建了光滑这一理想化的模型 才有惯性定律的重大发现 法拉第在 1852 年 对带电体 磁体周围空间存在的物质 设想出电场线 磁 场线一类力线的模型 并用铁粉显示了磁铁周围的磁力线分布形状 从而建立了场的概念 对当前的传统观念是一个重大的突破 卢瑟 福也在 1911 年构思出原子的核式结构模型 用理想化模型代替客观 原型的研究方法就是 理想化方法 在初中教材中 我们熟悉的理想化模型有 杠杆 只要能绕着 固定点转动的物体都可以看做是杠杆 斜面 像盘山公路这样起 点为低终点高的弯曲面可以看做是斜面 轮轴 像门把手 汽车 方向盘 脚踏板 扳手这样在使用中某部分转动形成的轨迹是一个 圆的机械都可以看作轮轴 连通器 上端开口 底部连通的容器 都可以看做是连通器 薄透镜 光线 磁感线等等 正是引入了 这些理想化的物理模型 才得以使我们面对许多复杂的现实问题 通过简化处理能够比较顺利地予以解决 我们也常常运用理想化方 法 对于某些问题可以通过寻找和建立合适的理想化模型来处理 即将研究对象 条件等理想化 以达到化繁为简的目的 另外常用的科学方法还有猜想法 类比法 图象法 归纳法 比较法 演绎法 推理法 想象法 逆向思维法 宏观与微观结合 法 累积法 以及微分法