科學探究既是學生的學習目標,又是重要的教學方式之一。要想使物理教學達到新課程標準確定的目標,我們必須重視物理教學中蘊含的大量的科學方法,把它們滲到教學活動中去,適時向學生介紹、點撥,讓學生在學習活動中去體驗、體會科學方法,逐步提高學生科學探究能力,掌握一些科學方法,為學生的終生學習打下良好的基礎。下面我就與大家一起來探討物理教學中常用的一些科學方法。
一、猜想法
在科學探究的學習過程中,猜想這一步驟有著舉足輕重的地位,它是物理智慧中最活躍的成分,對學生猜想能力的培養(yǎng)起著重要的促進作用,也是物理探究過程中的一個重要環(huán)節(jié),而且猜想決定了科學探究的方向。因此,在物理教學的過程中,引導學生科學合理地猜想就顯得格外重要。
首先,猜想要有一定的經驗和知識作為基礎。在進行科學猜想能力方面的教學時,可先針對問題讓學生展開想象的翅膀,鼓勵學生把所有可能的情況都大膽地說出來,然后讓學生根據已有知識和生活經驗逐一進行分析,想想生活中有哪些事實支持它,它和已有知識是否一致,排除那些與經驗和知識相矛盾的想法,留下的就可能是科學的猜想了,沒有一定的知識和經驗,猜想恐怕只能是無本之木,無源之水。所以在教學中為了避免學生胡猜亂想,讓學生說出猜想的理由、事實依據是有效地避免課堂混亂的手段,也是培養(yǎng)學生探究能力的方法之一。
另外,教師引導學生猜想要注意把握好方向性。在學生的自主探究過程中,教師的引導可以起到畫龍點睛的作用。由于課堂教學的時間和器材,以及學生的知識的限制,我們不可能將學生講的、說的一一進行探究,必須進行去粗取精、去偽存真,才能讓探究過程順利完成。
例如在猜想動能大小與哪些因素有關的時候,學生猜想到的因素可能有質量、速度、重力、斜面坡度、高度,等等,特別應該注意要讓學生說出猜想的理由和依據,要能舉出相關的實例來證明。然后教師引導學生把其中類似的因素歸為一類,即質量和重力可以歸為質量這個因素,斜面坡度、高度、速度都可歸為速度這個因素。這樣就把動能大小歸納猜想為與質量和速度這兩個因素有關。同時引導學生復習前面學習過的牛頓第一定律實驗,可以知道要控制物體到達斜面上的速度相同,必須控制物體從斜面上滑下的高度相同。然后通過控制變量的研究方法,這個探究實驗就不難完成了。在完成實驗后,教師可補充做一個實驗,即把質量和速度分別增大一倍,觀察木塊被推動的距離,來判斷質量和速度這兩個因素中到底哪一個因素對動能的影響更大,這樣為到高中的繼續(xù)學習打下基礎。
二、控制變量法
“控制變量法”是初中物理中常用的探究問題的科學方法。由于影響物理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,因此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,必須人為地制造一些條件,便于問題的研究。例如當一個物理量與幾個因素有關時,我們一般是分別研究這個物理量與各個因素之間的關系,再進行綜合分析得出結論。這樣就必須在研究物理量同其中一個因素之間的關系時,將另外幾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個因素之間的關系。這就是“控制變量”的方法。
初中物理用到控制變量法的實驗有:影響聲音的音調、響度等的因素有哪些?蒸發(fā)的快慢與哪些因素有關?導體的電阻大小與哪些因素有關?導體中的電流與導體兩端電壓和導體的電阻的關系,電熱的大小與哪些因素有關?影響電磁鐵磁性強弱的因素有哪些?研究感應電流方向與哪些因素有關?研究通電導體在磁場中受力方向與哪些因素有關?力的作用效果與哪些因素有關?影響滑動摩擦力大小的因素有哪些?影響壓力作用效果的因素有哪些?研究液體的壓強與哪些因素有關?研究浮力的大小與哪些因素有關?研究動能或勢能的大小與哪些因素有關?研究物體吸引熱量的多少與哪些因素有關?等等。
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)律的科學方法。通過控制變量法,可以讓我們很方便地研究出某個物理量與多個因素之間的定性或定量關系,從而能得出普遍的規(guī)律。
三、轉換法
所謂“轉換法”,主要是指在保證效果相同的前提下,將不可見、不易見的現象轉換成可見、易見的現象;將陌生、復雜的問題轉換成熟悉、簡單的問題;將難以測量或測準的物理量轉換為能夠測量或測準的物理量的方法。
例如,在研究電熱的功率與電阻關系的實驗中,電流通過阻值不等的兩根電阻絲產生的熱量無法直接觀測和比較,而我們通過轉換為讓煤油吸熱,觀察煤油溫度變化情況,從而推導出哪個電阻放熱多。進而再問:該實驗能否不用煤油而改用其他方式來觀察電阻通電后的發(fā)熱情況?這樣促使學生思維得以發(fā)散,轉換的思維方法得到訓練,設計實驗的能力也隨著提高了。
初中物理中有很多地方都用到了轉換法的原理。研究物體升溫吸熱的多少與哪些因素有關時,可通過觀察放入其中的相同電熱器加熱時間的長短來判斷吸熱多少。利用擴散現象來研究分子的運動及分子運動的快慢。研究動能或勢能大小時通過觀察運動的小球推動紙盒移動距離的大小或是木樁被打入地下的深度,來推斷動能和勢能的大小。研究力、電流、磁場時,由于它們都是看不見摸不著的東西,我們可以利用力所產生的效果、電流產生的各種效應、磁場的基本性質來研究它們。比如可以通過泡沫塑料凹陷的程度來知道壓力的作用效果大小,用燈光的亮度來感知電流的大小、用電磁鐵吸引大頭針的個數來判斷其磁性強弱。將光在透明空氣中的傳播轉換為在煙或水霧中的傳播來觀察光的傳播方向。
四、理想化方法
用理想化模型代替客觀原型的研究方法就是“理想化方法”。它又分為“理想實驗法”和“理想模型法”。例如,我們在研究真空能否傳聲的時候,將一只小電鈴放在密閉的玻璃罩內,接通電路,可清楚地聽到鈴聲,用抽氣機逐漸抽去玻璃罩內的空氣,聽到鈴聲越來越弱,這說明空氣越稀薄,空氣的傳聲能力越弱。實驗中無法達到絕對的真空,但可以通過鈴聲的變化趨勢,推測出真空不能傳聲,這與牛頓第一定律的建立過程是非常類似的。這屬于理想實驗法。如果教師在教學中能夠很好地滲透這一方法,有利于培養(yǎng)學生的科學思想,提高學生的創(chuàng)新能力。
在初中教材中,我們熟悉的理想化模型有:杠桿(只要能繞著固定點轉動的物體都可以看作是杠桿)、斜面(像盤山公路這樣起點為低終點高的彎曲面可以看作是斜面)、輪軸(如門把手、汽車方向盤、腳踏板、扳手這樣在使用中某部分轉動形成的軌跡是一個圓的機械都可以看作輪軸)、連通器(上端開口、底部連通的容器都可以看作是連通器)、薄透鏡、光線、磁感線,等等。正是引入了這些理想化的物理模型,才得以使我們面對許多復雜的現實問題,通過簡化處理能夠比較順利地予以解決。我們也常常運用理想化方法,對于某些問題可以通過尋找和建立合適的理想化模型來處理,即將研究對象、條件等理想化,以達到化繁為簡的目的。
總之,在初中物理教學中,蘊含著許多科學方法,我們既不能視而不見地忽視它,又不能為方法講方法,要時時做有心人,把握時機,把科學方法滲透到教學活動中,恰當點撥,就能不斷提高學生的科學探究能力,讓學生領悟科學的本質,培養(yǎng)他們的科學思想,以及創(chuàng)新思維,提高他們的科學素質。