科学方法在初中物理教学的应用

许三龙

（厦门市禾山中学，福建 厦门 361000）

关键字：初中物理；科学探究；科学方法

0 引言

科学方法是连接知识和能力的纽带。学生要真正地提高解决问题的能力，必须掌握正确的科学方法。物理学科作为一门自然科学，有着本学科的学科特点，以及有自己的过程与方法。在教学中有意识地以科学方法为线索重组教材、组织教学过程。《物理课程标准》指出，科学思维是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识[1]。此对于物理科学方法的考察，将成为当前和今后中考的热点。观察法、控制变量法、转换法、逻辑推理法、等效替代法、模型法、类比法、图像法等，是初中物理常用的科学探究方法[2]。

1 科学方法在具体教学中的应用

科学方法是指：我们在认识世界的过程中所运用的、符合科学的各种方法和手段。这些方法和手段可能包含是一种劳动技能，可能是一种思维或者一种想法。简而言之：科学方法就是在生产劳动中所运动的一切符合科学准则的方法。

1.1 认识事物本质和规律的基本方法——观察法

科学的观察法是指：有目的、有计划地在自然条件下，通过感官或借助于一定的科学仪器，进行观察的一种方法。首先，科学观察是有目的、有计划、系统的感知活动；其次，科学观察是在自然的条件下进行的感知活动，是一个自然而然的过程。在初中物理教学过程中，应时刻注意引导学生运用观察的方法去学习物理。

初中物理长度与时间的测量中，误差的产生跟测量工具有关系这一点学生们往往不容易接受，笔者便尝试着让学生们把两把不同的直尺放在一起观察，并提醒他们注意观察尺子的刻度是否一致。这时他们便会发现不同的尺子刻度并不完全一致，刻度线与刻度线会有明显的错位，甚至有的同学发现有两把尺子15 cm处竟然相差了1 mm。这样做不仅使学生们自己总结出了误差的产生跟测量工具有关系这一结论，还使学生深刻地认识到：自己一直相信为标准的尺子，原来并不准确。

在学习：杠杆的平衡条件现场展示了很多杠杆，并让同学观察这些杠杆有什么样的共同特征，通过全班同学的观察，每个班级都能总结出这几点特征：①能转动②有固定点③有力的作用④硬棒。

1.2 科学探究中渗透科学方法教育——实验方法

科学探究是学习物理的重要方法。常用的科学探究方法有：等效替代法、放大法、控制变量法、转换法、类比法、累积法等。

1.2.1 等效替代法

在物理学中，将一个物理量用另一个物理量来代替，或者一个过程用另外一个物理过程来代替，这种研究物理问题的方法称为等效替代法。运用等效替代法可以使研究的问题更加简单明了。

当某个物理量无法用器材直接测量，就要设法用间接测量的量来取代直接测量的量。但是要准确找到直接测量的量与间接测量的量之间的内在联系，找到这种内在的联系，也就找到等效替代的本质。例如合力分力的概念，等效电阻、等效电路的概念。

在实验器材的使用上也同样可以使用等效替代法，当我们在研究某一个物理规律或者物理现象时，经常因为实验器材的限制无法直接进行实验，这时我们就利用等效替代的方式，用其他有类似性质的实验器材进行替代。不仅有利用结论的生成更有利于学生的理解。

例如，在探究平面镜的成像规律时，由于另一侧的物体无法直接看到，所以不能确定像与物的关系；这时候我们引导学生：生活中什么物体既可以成像又可以看到另一侧的物体？自然而然地过度到用玻璃板代替平面镜，便于研究平面镜的成像规律。

1.2.2 放大法

在一些实验中，实验现象不是很明显，学生不容易观察，我们就将实验现象凸显出来再研究。常见的方式有机械放大、电放大、光放大等。比如：①音叉的振动不容易观察，可以通过乒乓球求将其微小震动放大，通过观察乒乓球被反复弹开，知道音叉在振动。②玻璃瓶的形变很难观察，我们可以将玻璃瓶进行密封处理，然后在瓶口插上一根带有颜色液体的细管，我们就可以通过观察细管中颜色液体的升降，来间接反映玻璃瓶的形变。③在研究压力的作用效果时，我们很难观察物体的微小形变，我们可以采用图1 这样的装置，利用平面镜改变光路的特点，让微小形变多次放大，我们就只需要观察墙上激光笔的移动距离，来感知桌子的形变。

图1 放大法实验装置

1.2.3 控制变量法

物理学中对于多变量的问题，常常采用控制变量的方法；只改变其中的某一个变量，对各个变量分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。运用控制变量法可以帮助我们将复杂的问题简单化，是一个分析与综合的过程，一切实验探究的基础都要建立在控制变量法之上。

比如：探究电流的大小与哪些因素有关时？目前没有实验器材可以同时探究电流与电压的和电流与电子的关系，所以我们必须控制电压不变，来研究电流与电阻的关系以及控制电阻不变来研究电流也电压的关系；再进一步的总结提升，最终得出欧姆定律I=U/R。

1.2.4 转换法

物理学中经常将一些不方便测量的物理量或者观察不明显的物理现象，转化成容易测量的物理量或容易观察的物理现象，这种方法在科学上叫做转换法[3]。转换法可以是转换研究过程，也可以是转换研究对象，甚至有时候还可以转换研究目的，总之转换法是为了达到一定的研究目的而采取的一种间接方法。比如：空气看不见、摸不到，我们可以根据空气产生的作用效果（吹动红旗）来感受它；分子看不见、摸不着，不好研究，可以通过研究红棕色二氧化氮的扩散现象去认识它；电流看不见、摸不着，我们可以根据电流产生的效应来认识它；磁场看不见、摸不到，我们可以根据它对周围物体的作用来研究它。

1.2.5 累积法

在测量微小量的时候，如果直接测量，误差会很大，可以将微小的量积累成一个比较大的量。比如：在测量一根铜丝的直径的时候，我们先将铜丝绕在铅笔上，测量50 倍的铜丝的直径，再将结果除以50，使测量的结果更接近真实的值。再如：测量一张纸张的厚度、测量一个硬币的质量、测量每一次心跳的时间间隔，均可用积累法来完成。

1.3 物理概念教学中渗透科学方法——科学抽象法

科学抽象法包扣物理模型方法和理想实验方法。模型是将复杂的物理现象和物理过程进行简化，抓住主要因素，忽略次要因素，突出事物的本质特征。理想实验是我们在脑海内假想的一种过程性的实验，是一种特殊的逻辑推理；研究物理的规律经常需要用到理想实验。

在初中物理课本中，应用物理模型方法的有①光线：表示光的传播路径和方向②力的示意图或力的图示：实际物体受力的三要素（大小、方向、作用点）③电路图：用规定的元件符合来表示电路的连接情况④磁感线：用带箭头的曲线来描述磁场的某些特征和性质⑤建立原子核式结构模型来研究原子的内部结构。应用理想实验方法主要有：①光滑平面②牛顿第一定律③均匀介质④匀速直线运动等

1.4 物理规律教学中渗透科学方法——数学物理方法

物理学跟数学物理方法联系最紧密，运用最成功的一门学科，主要有列表法、图像法和数学定义法等。图表在物理学中有着广泛的应用，用图表来表示一些物理规律会更加直观、简单明了；数学定义法比较常用有比值定义法和乘积定义法。初中物理应用比值定义法的物理量就有：①速度②密度③压强④功率。乘积定义法有：①机械功②电流做功。

2 结语

在教学的过程中同一种方法可能会被多次用到，同一节课中可能会运用到多种方法，甚至有时候多种方法运用到同一个物理探究过程中，所以应潜移默化地分层次逐步展开。教师要注意不能孤立地讲授科学方法，而是要将物理知识教学与科学方法有机结合，对于物理实验，物理规律，物理感念进行全面深入的讲解，充分挖掘教材潜在的科学方法，在平时教学中进行隐性渗透和显性提升，从而塑造学生良好的思维方式。