初中物理实验常用的研究方法

才立英

物理学是一门实验科学,实验教学是物理教学的基础。物理实验教学不仅要引导学生学习物理学的初步知识,更重要的是指导学生学会适宜的学习方法,为学生终身学习打下良好的基础。全日制义务教育《物理课程标准(实验稿)》(以下简称《标准》)中明确指出:“通过科学探究,使学生经历基本的科学探究过程,学习科学探究方法,发展初步的科学探究能力,形成尊重事实,探索真理的科学态度。”因此在教学中教师要重视科学探究的教学,使学生各方面的能力得到提高,为学生的终身发展提供帮助。我通过教学实践发现探究的方法大致有:控制变量法、对比法、类比法、抽象法和理想化法、图像法等。下面是我在教学中的点滴体会,供同行参考。

一、控制变量法

控制变量法是运用一定手段(实验仪器、设备等)主动干预或控制自然事物、自然现象发展的过程,在特定的观察条件下探索客观规律的一种研究方法。即把多因素的问题变成多个单因素的问题,分别加以研究,然后综合解决的一种常用的研究方法。

控制变量法常用于探究物理规律的实验教学,我在“研究导体的电阻与哪些因素有关”的实验教学中采用这种方法,首先确定研究对象是电阻,之后选取长短粗细相同但材料不同的金属丝,比较它们电阻的大小,然后确定材料和横截面积相同,改变导体的长度,研究电阻与导体长度的关系,接着保持材料和长度相同,改变导体的横截面积的大小,探究电阻与导体的横截面积的关系,最后将这些单一关系综合、归纳,找出它们之间的规律,得出决定电阻大小的因素是导体的材料、长度和横截面积。经过认真的分析,学生掌握了这一探究方法的精髓。在欧姆定律的实验教学中,我用这一方法组织学生讨论了怎样研究I、U、R之间的关系。

二、对比法(比较法)

“比较”即找出事物之间相似的地方,通过事物间相同特征或相异特征的比较可以很快认识新事物的研究方法,是比较常用的研究方法。

在比热容的教学中,我引导学生通过比较实验装置,来判断哪些相同、哪些不同:在两个烧杯中分别倒入质量相等的水和煤油,用同样的电热器加热,测出它们的温度升高相同值时所需通电时间不同,也就是吸收热量不同;同样的加热时间,它们升高的温度不同,这反映了不同物质吸收相同的热量但温度变化不同的物质的特性——比热容,使非常抽象的概念具体化,学生顺利理解了比热容的物理意义。在“研究物体浮沉条件”时,我用同一支锡制牙膏壳,先做成盒状放入水中,牙膏壳漂浮于水面,然后把牙膏壳挤成一团放入水中,结果牙膏壳沉底,通过对比得出物体浮沉的条件。对比学习不但使学生对易混淆的知识学习掌握起来十分容易,而且印象更加深刻,应用起来更加得心应手。

三、类比法

类比是指在新事实与已知事物间具有相似的方面作比较。它能启发和开拓我们的思维,能给我们提供解决问题的线索,是提出科学假设和探索新理论的重要途径,它对物理学的发展有着不可磨灭的功劳,对学生物理的学习也发挥着巨大的作用。

在教材中用橡皮绕绳运动与月亮绕地球运动作类比引入引力;研究电压的作用时,将电压类比为水压来认识电压,使电路中形成了电流;通电螺线管的磁场分布很抽象,规律的总结也不容易理解,课本中用蚂蚁沿着电流爬行说“N极就在我的左边”,猴子用右手把螺线管夹在腋下,说“如果电流沿着我右臂所指的方向,N极就在我的前方”来类比……这样把晦涩难懂的理论具体化,学生被生动的图像和有趣的类比所吸引,学习物理的兴趣被调动起来,效果是明显的。

四、变抽象为具体和理想化法

变抽象为具体指分析概括一类事物共同的本质特征,把学生不容易理解的知识与熟悉的事物或知识联系起来,帮助他们理解知识的含义。例如大气压是看不见摸不着的,但我们可以通过研究大气压产生的现象来认识它。学生在初中物理学习电流时,对导体中有电流时产生的一些现象(如小灯泡发光,发热)来确定是否有电流通过;在研究大气压的值时,用水银柱高所产生的压强来研究大气压;由小磁针N、S极指向偏转,可以知道磁场的存在、强弱和方向;通过扩散现象,可以知道分子在不停地做无规则运动;在研究磁场时引入磁感线;用光线描述光的传播,等等,都用到了这种方法。

科学的理想化绝不是无根据的幻想,而是对于客观世界的一种超现实的认识。客观存在的复杂事物具有多方面的特性,处于多种条件下,但是在一定的条件下只有一种或少数几种起主要作用,并不是所有性质和条件都起同样重要的作用。我们为了能更加清楚地认识事物的某一性质才使用理想化这一分析问题的方式。为了突出事物的本质,教师必然要忽略一些次要性质,因此在实验探究时,应该对一些理想化条件加以限制。例如在杠杆一节的教学中,为什么使用的杠杆是一根粗细均匀的直杆,用线把它的中心位置悬挂起来的目的又是什么?通过讨论,学生会明确实验用的杠杆可以看作理想的轻质杠杆,杠杆只受到动力和阻力作用,这样研究杠杆的平衡条件问题就简单化,很容易得出杠杆的平衡条件。

抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,理想实验是在真实的科学实验的基础上,根据逻辑法则,对过程作进一步的分析、推理。伽利略通过对于一系列实验的分析,并进一步推理得出:如果表面绝对光滑、物体受到的阻力为零,速度不会减慢,将以恒定不变的速度永远运动下去。这一推理为牛顿的第一定律奠定了理论基础。教师运用这种理想化的方法,可培养和发展学生的想象能力和逻辑推理能力。

在认识理想化法的特点的同时,教师也应该让学生认识:在一定理想化条件下得出的规律,只在(或者非常接近)这些条件下适用。

以上是一些常见的研究方法,在初中物理实验教学中还有其它的研究方法,如观察法、猜想(假说)法、对称法、公式法等。有意识地训练和培养学生的研究方法,目的是启发学生的想象力,激发学生创造性思维,使学生养成用科学的研究方法发现问题和解决问题的习惯,提高学生的科学素养。