《电路连接的基本方式》中的物理科学方法教育

张华

物理学家劳尔认为：“教育无非是当一切所学的知识都忘掉的时候，最后所剩下的东西.”可见，科学的方法远比知识本身的价值要大.

《物理课程标准》（2011版）中也强调：“物理课程不仅应注重科学知识的传授和技能的训练，而且应注重对学生学习兴趣、探究能力和创新意识以及科学态度、科学精神方面的培养.”足见科学研究方法教育的重要性.

最近，研读了张宪魁教授的《物理科学方法教育》一书，感触良多，激起了笔者对当下中学物理课堂教学中物理科学方法教育的兴趣.如何在中学物理课堂教学中渗透物理科学方法教育，从而使物理课堂的效果更加明显呢？结合苏科版物理教材的特点，通过一段时间的研究与摸索，我们在初中物理课堂适时地进行科学方法教育进行了有益的尝试，以期对当下物理课堂的变革产生积极的推动作用.

1苏科版初中物理教材中的科学方法教育的展现方式

现行的苏科版初中物理教材中涉及的科学方法主要有：观察法、类比法、抽象法、实验法、替代法、控制变量法和转换法等.

教材中关于科学方法教育主要是先以“隐性”后以“显性”的方式展现的，即在初中物理学习的起始阶段，科学方法都是通过插图、实验等“暗线”慢慢地浸透给学生，到了九年级再通过信息快递、物理方法等“明线”展示给学生，循序渐进、由暗及明，有利于学生的物理学习，同时通过物理知识和物理方法两条线索引导学生进行初中物理的探究学习，促进科学素养的提升.

2现行初中物理科学方法教育的现状析辩

我国从上世纪80年代开始对物理科学方法教育进行研究以来，理论和实践上都取得了一定的成果，但其应用领域主要集中在教育改革的先进地区，还没有得到广泛而深入的实施，尤其是针对城乡结合部区域和农村区域，许多问题还有待于在实践中进一步探索和研究.

现行的苏科版初中物理教材中的科学方法是以“暗线”的形式出现的，教师在实际的教学实践中都自觉或不自觉地渗透着科学方法教育，但由于科学方法教育的反馈不能立即达成，加之科学方法的显性考核很少，长此以往，广大的物理教师感觉科学方法教育犹如空中楼阁、虚无缥缈，导致现行的物理教学中科学方法教育可有可无、一盘散沙，这与课程的理念是有偏差的.

物理是一门科学，物理知识固然重要，但是学生掌握一定的科学方法再进行物理探究，更有利于学生整体素质的提高.因此，现今阶段，做好物理科学方法教育，仍然具有重要而深远的时代意义.   本文以《电路连接的基本方式》为例，阐述如何在初中物理的电路问题中进行科学方法教育.

3初中物理科学方法教育的具体应用——以《电路连接的基本方式》为例

3.1定义法——观察法

伽利略说过：“一切推理都必须从观察与实验得来”，而物理又是以观察和实验为基础的学科.可见，观察法是物理教学中最常见也是最基础的研究方法.

利用定义法识别电路连接方式的方法是：如果电路中各元件是逐个顺次连接起来的，此电路就是串联（图1）;如果电路中各元件是并列地连接起来的，此电路就是并联（图2）.

例如，图1所示的电路中各元件首尾相连，接在电源的两极上，为串联电路;而图2中两只电灯首端连在一起，末端也连在一起，然后接在电源的两端，为并联电路.

根据定义法来识别电路的连接方式主要应用的是观察法，观察法是人们为了认识事物的本质和规律，有目的、有计划地对自然条件下所显现的有关事物进行考察的一种方法，是人们收集、获取、记载和描述感性材料的常用方法之一，是人的眼睛在大脑的指导下进行有意识、有组织的感知活动，也是最基本、最直接的研究方法.

在电路问题的教学中，经常让学生观察电路，观察好了再进行解答，长期坚持，显性的教学行为，隐性的方法渗透，学生在潜移默化中就自然地掌握了观察法的操作要点.

3.2电流法——类比法

“以铜为镜，可以正衣冠;以古为镜，可以知兴替;以人为镜，可以明得失.”可见，古人就知道应用类比法来分析问题，足见类比法应用之广，它同时也是物理研究中的一种重要方法.

利用电流法识别电路连接方式的方法是：让电流从电源正极流出，经过各用电器回到电源负极，途中不分流，这些用电器就是串联（图3）;如果电流在某处分为几条支路，然后电流又在某处汇合，若每条支路只有一个用电器，这几个用电器就是并联（图4）.

例如，在图3所示电路中，电流只有流经灯泡L1、L2一条路径，判断其连接方式为串联;而图4中电流有通过S1、L1或S2、L2两条路径的选择，判断其连接方式为并联.

利用电流法来识别电路的连接方式，可以进一步巩固类比法的相关知识，类比法是为了把要表述的物理问题说得清楚明白，人们常常用具体的、有形的、人们所熟知的事物来类比要说明那些抽象的、无形的、陌生的事物的一种推理方法.通过类比使人们对所要揭示的事物有一个直接的、具体的、形象的认识，找出类似的规律.

在电路问题的教学中，将电流类比成水流进行分析，重点是分析清楚从电源正极回到电源负极的路径，通过学生熟悉的水流进行讲解，形象生动，便于理解，同时又能够巩固学生对类比法的有效掌握，慢慢地体会到类比法的本质含义.

3.3节点法——抽象法

“不管物理的任一分支是多么抽象，总有一天会应用在这实际世界上.”可见，抽象法与生活实际联系的紧密性，人类认识事物也在经历实际——抽象——实际的螺旋上升中，这是研究问题的一种普遍方法.

利用节点法识别电路连接方式的方法是：在识别电路时，不论导线有多长，只要其中没有电源、用电器，导线两端点均可以看成同一点，这样就可以找到用电器两端的公共点，然后把公共点按照原来的电路连在电源上，就得到了等效电路，从等效电路就较容易找出电路连接的方式.

例如，在图5所示电路中，在电路的节点处分别标上相应的字母，相同导线所标的字母应该相同，得到如图6的电路，然后把相同的节点按照原来的电路连在电源上，得到的等效电路如图7所示，进而判断三灯并联也就水到渠成了.

利用节点法进行电路的识别，其关键是要具有一定的抽象思维能力，这也是现阶段初中生感觉抽象法困难的地方，它需要学生在观察的基础上发挥想象，找到事物的内在本质，而抽象法就是利用概念，借助言语符号进行思维的方法，其主要特点是通过分析、综合、抽象和概括等基本方法协调运用，从而揭露事物的本质和规律性联系的一种研究方法.

在电路问题的教学中，引导学生将导线的两个端点看成同一点，抽丝剥茧、按图索骥，找到用电器两端的公共节点，进而引导学生的电路想象，帮助学生逐步形成抽象能力.

3.4拆除法——实验法

“任何人都得承认实验是科学之父.”实验是初中物理教学的主阵地和主旋律，经过实验法得出的结论才具有普遍的说服力，也正因为如此，实验法是初中物理教学中最直接的一种研究方法.

利用拆除法识别电路连接方式的方法是：拆除其中一个用电器，看其他用电器是否还能工作，若其它用电器都不能工作，则这几个用电器是串联的;若其它用电器正常工作，则这几个用电器是并联的.由于这一方法中用电器的工作与否易于观察，可以应用实验法进行教学.

例如，在识别电路时，常遇到用电器被短路的现象，可将被短路的用电器从电路上拆除，如图8所示，一根导线直接连在灯L1两端，灯L1被短路，没有电流通过灯L1，因此，用拆除法将灯L1从电路中拆除，等效电路如图9所示，然后再判断电路的连接方式.

电路的识别要求学生具备一定的简化电路的能力，而在学习的初期，通过实验法可以将研究的过程具体地展现出来，对其站在一定的理性高度分析问题起到了一定的铺垫作用，实验法就是根据研究的目的、任务，人为地制造或改变某些客观条件，控制或模拟某些自然过程而进行研究的一种方法.

在电路问题的教学中，可以事先准备好相应电路识别的实验器材，在遇到不会简化电路的实际问题时，通过物理实验器材自主探究拆除法对电路的实际作用，在学生的实际动手操作中将拆除法的隐性含义显性体会，同时形成通过实践来检验真理的良好习惯.

3.5滑动法——替代法

“重要的是科学方法，科学是思想的总结，认识一个科学家的方法远比认识他的成果价值要大.”可见，物理研究方法的教育远比物理知识本身的教学重要得多，而替代法也是初中物理阶段经常采用的一种方法.

利用滑动法识别电路连接方式的方法是：在某用电器A的两端沿导线滑动，若不经过任何用电器就能滑到电源的两极，则此用电器和其他用电器是并联的;若滑动时要经过某一用电器B才能滑到电源的两极，则用电器A与B是串联的（电流表、开关不算做用电器）.

例如，我们用滑动法来分析如图10所示的电路.电压表的负极接线柱保持不动，而电压表的正极接线柱可以沿着导线通过开关滑到电阻R2的右端，这样就容易判断电压表测量的是电阻R2两端的电压.

滑动法要求学生具备一定的转化意识和用已知的、便于观察的现象替代未知的、不易观察的能力，有利于学生正确分析电路问题.替代法是指在保证某种效果（特性和关系）相同的前提下，将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程的研究和处理问题的一种研究方法，这样的替代有利于学生的后续学习.

在电路问题的教学中，教师可以先引导学生动态滑动替代，辅以实物器材的实验，再让学生自己动手分析，找出替代的本质真实含义，内化为自身的解题方法并用以指导自己的实际学习.

通过实践和探索，我们深刻地认识到正确的学习方法是科学之魂，在中学物理教学过程中进行科学方法教育，让学生了解、掌握和应用正确的思想方法和学习方法，对指导学生进行研究性学习和终身学习都将受益终生.