中学物理教学中常用的科学方法例析

　　《物理课程标准》要求，在突出科学探究内容的同时，重视研究方法的指导，使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中，逐渐拓宽视野，初步领悟到科学研究方法的真谛。考察研究方法的问题，成为考察学生学习能力、综合素质的重要依据，是当前和今后考试的热点。控制变量法、理想化实验法、类比法、模型法、等效法、归纳法、分类法、转换法等，是中学物理常用的研究方法，下面本人结合教学实践进行剖析。
　　一、理想化方法
　　物理规律是从大量的物理现象中抽象、概括、总结出来的，其主要的思维方法是理想化方法。理想化方法又称为推理法，人们在观察自然与实验现象时，常会发现要研究的对象中的一些性质，对于现象的过程及其最终结果具有决定性的影响，而另外的一些性质则起次要作用。为了便于研究，运用抽象思维能力，忽略次要因素和过程，而只考虑起决定作用的，把要研究的对象纯粹化、形式化，并进行合理的推想与设想，从而得出结论，以达到认识事物真实面目的目的，这就是理想化的方法。伽利略、牛顿等科学家都是成功运用理想化实验法得出伟大结论的先驱人物，我们来看一下他们的探究经历。实验设想的步骤有：①在两个对接的斜面上，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面；②如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度；③减小第二个斜面的倾角，小球在该斜面上仍然要达到原来的高度；④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球将沿水平面作持续的匀速运动。我们可以发现，他的设想步骤中①是实验事实，而②，③，④则是理想化推论。在此实验的基础上，牛顿也曾研究过类似的问题：他发现人掷出去的石头总会偏离掷出方向落回地面，于是提出了一个“大炮”的设想——在地球的一座高山上架起一只水平大炮，以不同的速度将炮弹平射出去，射出速度越大，炮弹落地点就离山脚越远。他推想：当射出速度足够大时，炮弹将会如何运动呢？实际上牛顿也用到了理想实验的研究方法。研究中牛顿在“人掷出去的石头总会偏离掷出方向落向地面”这一可靠事实的基础上，运用理想化实验法，得出“抛出物体的速度足够大时，物体将离开地球，绕地球旋转，做圆周运动”的重要结论。如今，牛顿当年的推测已变成了现实，人们应用他的推论，利用现代科技制成了人造地球卫星。
　　在中学物理教学中，我们应该及时地将这种科学研究思想与方法渗透到教学的过程中，使学生深刻感知并能灵活运用这种方法来研究问题。中学物理中着重讲解的两个理想化实验如下：
　　（1）研究真空能否传声（玻璃钟罩实验）。把音乐芯片放在广口瓶内，瓶口塞上插有玻璃管的软木塞。用抽气设备抽瓶内的空气，在抽气的过程中，人听到的音乐声逐渐变小，由于实验时无法达到绝对真空，在前面可靠事实的基础上推理出声音不能在真空中传播。
　　（2）研究牛顿第一定律。让滑块从同一斜面的同一高度滑到表面粗糙程度不同的水平木板上，发现水平木板越光滑，滑块滑得越远，在这一可靠事实的基础上，推理出假如木板绝对光滑（完全没有摩擦），滑块将作匀速直线运动。
　　二、类比法
　　所谓类比，实际上是一种从特殊到特殊或从一般到一般的推理。它是根据两个（或两类）对象之间在某些方面的相同或相似而推出它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维。科学史上很多重大发现与发明均得益于类比，因而被誉为科学活动中的“伟大引路人”。我们都知道自然界中的万事万物是千差万别的，就好比找不到完全相同的两片落叶一样，但是在一些事物或现象之间，却具有某些不谋而合的神似之处。采用类比法，就可以用已经认识了的现象与规律去研究还没有被认识的且与之相类似的事物和现象。作为一种“从特殊推到特殊的科学方法”，物理教学中类比法可以帮助学生理解较复杂的实验和较难的物理知识，在物理教学中有着广泛的应用。
　　（1）妙用“前经验”。在日常生活、学习中，学生积累了一定的“前经验”。充分利用这些“前经验”，用他们身边的事例进行类比，可充分启发学生的发散思维，调动学生学习的积极性、主动性，培养学生在生活中留意观察生活、分析事物并发现规律的能力。我们知道，当一列火车迎面开来时，我们听到的汽笛声音调升高，当它离我们远去时音调就明显降低，这叫多普勒效应，光同样有多普勒效应，20世纪20年代科学家发现星系的光谱向长波方向偏移（谱线“红移”），这一现象说明光波的频率在变小，星系在远离我们而去。通过类比的方式，我们把多么抽象、复杂的谱线红移理解透彻了：对照声音的多普勒效应可知，当火车远离我们而去时音调会降低，我们知道音调降低是由于频率减小了。星系的光谱向长波方向偏移（波长越长，频率越小），从而类比可知谱线“红移”说明光波的频率在变小，星系在远离我们而去。
　　（2）它山之石，可以攻玉。将新、旧知识进行类比，给学生以启示，使学生易于掌握新知识，同时也巩固了旧知识。将相关学科知识与物理知识的类比，既加强了各学科间的横向联系，又激发了学生学习的兴趣。例如，讲解密度、比热容、压强、电流、功率等物理量定义公式的得出时可与速度的定义式的得出过程进行类比，比较方便学生理解与记忆。学生在化学这门学科中详细学习了物质的内部结构，知道了物质不灭定律，类比就可以知道能量守恒定律。
　　对研究方法的学习和考查体现着一种全新的教学理念，它有利于培养学生的科学探究精神、实践能力和创新意识。随着新课程标准的逐步实施，对科学研究方法的理解与应用能力的要求将会越来越高，从而也会是今后考试命题的热点。其他如本文未涉及的如数学法、观察法、理想模型法、推理法等在中学物理教学中也有着广泛的应用，因篇幅关系，本文不再一一论述。
　　（丰县华山中学）