x——淺議物理教學中的科學研究方法傳授

1、淺議物理教學中的科學研究方法傳授課程標準指出,基礎物理的教育目的是培養(yǎng)全體學生的科學素養(yǎng),使學生在科學知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀等方面得到全面的發(fā)展。中學階段物理包括基本物理概念和基本物理規(guī)律的建立，以及基本物理原理和理論的論證與闡述。即使是表面看似簡單的道理、概念和規(guī)律，也蘊含著極其豐富的思想性、邏輯性和研究方法。因此，在突出科學探究內(nèi)容的同時，重視研究方法的指導，使學生在進行科學探究、學習物理知識的過程中，逐漸拓寬視野，初步領悟到科學研究方法的真諦。物理不只是理性的、量化的公式和定律,它負載著方法,蘊含著價值?；A物理的教育目的是培養(yǎng)全體學生的科學素養(yǎng),使學生在科學知識與技能

2、、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀等方面得到全面的發(fā)展。在教學中貫徹科學研究方法的傳授，目的是培養(yǎng)學生初步的科研能力，養(yǎng)成科研習慣。近年來中考命題也加大了對物理研究方法的考查,教學中讓學生學習一些中學物理的研究方法,有助于培養(yǎng)學生的思維能力,讓學生掌握學習物理的規(guī)律,從而形成規(guī)律性的學習,達到事半功倍的學習效益。一、通過觀察和實驗傳授科學研究方法物理學是一門注重實驗的科學，觀察和實驗是物理學研究的基本方法，整個物理學的發(fā)展史告訴我們，人類的物理知識來源于實踐，特別是來源于科學實驗的實踐。用溫度計測量物體的溫度，實驗的目的是正確使用溫度計，并不要求學生從中發(fā)現(xiàn)或驗證什么規(guī)律，通常不拿其當做一回事，但

3、液體溫度計卻體現(xiàn)了實驗設計的一般原理：平衡原理溫度計與被測液體達到熱平衡。溫度計的液柱不再變時，示數(shù)既被測物體溫度。轉(zhuǎn)化原理把被測液體溫度轉(zhuǎn)化為溫度計的高度。是看不見向看得見的轉(zhuǎn)化，微觀無規(guī)則運動向著宏觀有規(guī)則運動的轉(zhuǎn)化。放大原理溫度計內(nèi)徑做的細小，以便觀察的現(xiàn)象明顯，能體現(xiàn)出溫度的細小差別。在實驗中，要求掌握儀器和使用方法的同時，學會如何觀察，同時還要挖掘教材的潛在思想性，事實上中學物理中學習的各種儀器，如安培表、伏特表、游標卡尺、螺旋測微器、萬用表等涉及到物理研究的基本方法，教學中有意無意向?qū)W生滲透，經(jīng)過重復、深化培養(yǎng)學生觀察實驗的能力，學生通過學習觸類旁通、舉一反三。例如：探究一段導體的

4、電流與導體兩端的電壓、電阻的關系，具體地說就是電壓一定時，探究導體中的電流與電阻的關系，電阻一定時，探究導體中的電流與電壓的關系；學生在科學探究中，從器材的選擇，設計電路，設計實驗的步驟和實驗的表格，進行實驗等都是以控制變量法為主線展開的，類似的實驗如探究液體的壓強與液體密度和深度的關系，探究弦樂器的音調(diào)與弦的松緊、長短和粗細的關系，探究電磁鐵的磁性與線圈匝數(shù)和電流大小的關系等?？梢哉f多數(shù)物理實驗，都要按照實驗目的、原理和方法控制某些條件來研究；物理研究的方法貫穿于科學探究的各個環(huán)節(jié)。二、通過物理學史傳授科學研究方法物理學史中許多重要發(fā)明、發(fā)現(xiàn)同樣是科學家善于觀察的結(jié)果。比如意大利物理學家伽利

5、略，1853年在比薩教堂注意到一盞懸燈的擺動受到啟發(fā)，用線懸銅球模擬單擺實驗，確證了微小擺動的等時性和擺長對周期的影響；德國物理學家倫琴在進行陰極射線實驗時，注意到放在射線管附近氰亞鉑酸鋇的小屏上發(fā)出微光，而發(fā)現(xiàn)了X射線（倫琴射線）；早已膾炙人口的牛頓蘋果落地的傳說，使牛頓從中悟出了地球引力的存在等等，這些事例都說明觀察的重要性。培養(yǎng)學生觀察能力和觀察習慣，可以起到鞏固消化，加深理解的重要作用。十七世紀亞里士多德從生產(chǎn)實踐中觀察到“用力推車，車就運動；停止用力，車便歸于靜止。”抽象出“每個運動都需要連續(xù)不斷的力去維持它，即力是維持物體運動的原因?！辈畈欢鄡汕陜?nèi)一直被人們看成是天經(jīng)地義、不證自

6、明的真理加以接受。然而，伽利略設想在一堅硬、光滑的平面上有一塊木塊。推動這塊木塊，它便開始運動起來，不一會兒，木塊就逐漸變慢，以至最后歸于靜止不動。但是伽利略的思想并沒有到此了結(jié)，而是靜悄悄地再向前邁出了重大的一步。讓我們用較為光滑的平面和較為光滑的木塊再次做實驗，我們就會觀察到，木塊滑行距離較先前增加了，如果無止境地提高平面和木塊的光滑度，那將會出現(xiàn)什么結(jié)果了？這時候，伽利略的思路上突然出現(xiàn)了一個最大膽的飛躍：假想平面和木塊都是絕對光滑的，即當所有的摩擦阻力都被我們理想地相除以后，木塊就會沿著直線以恒定的速率永遠不停地運動下去。終于被人們明白了需要外力的不是運動，而是運動的產(chǎn)生或者運動狀態(tài)的

7、改變。一句話，力是物體運動狀態(tài)發(fā)生變化的原因。伽利略這個驚世駭俗的科學論斷后來被牛頓采用為他的三條運動定律中的第一條，從而成了經(jīng)典力學中第一塊奠基石。伽利略的思路也成了科學探索和推理的楷模，這中間他運用了觀察實驗論證假設猜想實驗抽象修正推廣的研究方法，也體現(xiàn)了敢于懷疑、善于實踐、堅忍不拔的探索精神。學生從中受到啟發(fā)，激發(fā)了學生致力于科學研究的精神。只有抓住機會，反復向?qū)W生揭示這種物理研究的觀點和方法，才能逐步做到使學生從物理的，而不是日常生活的角度去看問題，學會從事研究的方法。三、通過物理知識的講解滲透科學研究方法物理課程以知識為主要內(nèi)容，物理研究的方法應滲透到物理教學之中，研究需要潛移默化的

8、熏陶和刻意訓練，脫離物理知識而大講研究物理的方法如同空中樓閣；埋頭只講知識不注意方法教育，學生得到知識是零散不系統(tǒng)的，植根于物理知識沃土中的研究方法才會結(jié)出豐碩的果實。在物理科學的研究中，建立合理的物理模型具有十分重要的意義。物理模型可使抽象的假說理論加以形象化，便于想象和思考研究問題。物理學的發(fā)展過程，可以說就是一個不斷建立物理模型和用新的物理模型代替舊的或不完善的物理模型的過程。例如：研究肉眼看不到的原子核式結(jié)構(gòu)模型；研究液體壓強采用的液柱模型；研究光現(xiàn)象用到的光線模型；研究磁現(xiàn)象時用到的磁感線模型等。其主要目的是忽略次要因素，抓住主要矛盾，便于發(fā)掘事物的內(nèi)在規(guī)律。我們所遇到的物理問題，均

9、包含著許多因素和矛盾，具有多面性的特性。這就要求我們具體分析。區(qū)分主、次要因素。正確運用科學抽象的方法，進行合理的簡化。如研究太陽系中某個行星繞日運動時，太陽對該行星的引力是主要的，其他行星的引力是次要的，可以暫時不考慮；同時，由于太陽與行星本身的半徑比他們之間的距離小得多，所以可以把太陽和行星看成“質(zhì)點”，而不考慮它們的大小，這樣進行研究當然是近似的，但是因為抓住了主要矛盾，所以這種近似是科學的抽象，其研究結(jié)果基本上是符合客觀實際的。由于每一物理模型的建立均閃爍著科學方法靈光，因此，使學生了解建立合理模型對學習和研究物理問題的重要性，增強學生學習這種方法的自覺性，側(cè)重于培養(yǎng)這種建立模型的能力

10、并理解模型的適用條件將起到積極作用。四、通過知識的應用加深科學研究方法。理解研究某些物理知識或物理規(guī)律，往往要同時用到幾種研究方法。如在研究電阻的大小與哪些因素有關時，我們同時用到了觀察法（觀察電流表的示數(shù)）、轉(zhuǎn)換法（把電阻的大小轉(zhuǎn)換成電流的大小、通過研究電流的大小來得到電阻的大?。?、歸納法（將分別得出的電阻與材料、長度、橫截面積、溫度有關的信息歸納在一起）、和控制變量法（在研究電阻與長度有關時控制了材料、橫截面積）等方法；類似的實驗如牛頓第一定律、平面鏡成像等。能力與方法是密切相關的，因此，教師要培養(yǎng)學生科學探究能力，就要強調(diào)學生在獲取知識的過程中體會和內(nèi)化科學方法，學以致用。五、解決物理問

11、題過程中的數(shù)學方法物理教學之所以成為科學技術的基礎，重要原因之一就是物理學在研究物質(zhì)世界運動規(guī)律時，不僅僅滿足于定性的描述，更重要的是找出了各物理量之間的定量關系，也正因為這樣，規(guī)律才使人信服，并可以用實驗精準驗證。因此，在物理學的研究和學習中，不論是觀察實驗還是理論探討時，不論是從感性認識上升到理性認識，還是運用物理理論指導實踐，數(shù)學方法的運用都是很為重要的環(huán)節(jié)。1、培養(yǎng)學生把物理問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學問題的能力。主要是指用數(shù)學的語言和方法表述物理概念和規(guī)律的能力。學生往往只會背公式卻不理解它的物理意義。教學時要注意把概念、規(guī)律的物理意義與數(shù)學表達式結(jié)合起來，使學生了解數(shù)學公式的來源并正確理解其物理

12、意義。物理學許多定律往往首先是在實驗基礎上，提出經(jīng)驗公式，然后才得到嚴格的理論論證，這樣的例子很多，如：牛頓第二定律、歐姆定律、光的反射和折射定律等都是在分析與綜合實驗數(shù)據(jù)的基礎上建立起來的，培養(yǎng)學生在實驗基礎上建立物理公式的能力，有助于加深對物理公式的建立過程和公式意義的理解，并且能使學生了解物理科學研究的一般方法。另外，圖片和函數(shù)式一樣，也是表示物理定律常用的方法。而且，圖線更具有形象直觀、動態(tài)過程清楚的特點。在對某些物理現(xiàn)象、過程進行研究時，往往先把由實驗測得的數(shù)據(jù)用圖線表示出來，而后再由圖線的分析求的定律的表述。所以培養(yǎng)學生運用圖線來表達物理定律，也是運用數(shù)學解決物理問題的能力的一個重

13、要方面。2、培養(yǎng)學生運用數(shù)學知識對物理問題進行分析計算的能力數(shù)學只是作為研究物理的工具使用，而不要把物理問題“數(shù)學化”，例如R=U/I等，采用這種定義的方法，只是為了把抽象概念具體化、數(shù)量化，使得抽象的推理與具體的實驗聯(lián)系起來，使定性的描述與定量的計算結(jié)合起來，對抽象概念賦以具體的數(shù)值，然后把數(shù)學方法引進到物理研究中來，這種定義方法只是給出了物理概念之間的量的關系，沒有進一步確定這些概念中哪些有因果關系，哪些沒有因果關系，不應理解為電阻與電壓成正比、與電流成反比等等。不把握好這一點就容易把因果關系不恰當?shù)匕岬剿形锢砹可?。物理教學必須在新課程理念的引領下,重視方法的研究,培養(yǎng)學生的科學素質(zhì)、創(chuàng)新意識和實踐能力。只要學生逐漸掌握了這些物理研