探究性實(shí)驗(yàn)中分析論證的思路與方法

1、https:/探究性實(shí)驗(yàn)中分析論證的思路與方法探究性實(shí)驗(yàn)中分析論證的思路與方法摘 要：探究性實(shí)驗(yàn)中的分析論證環(huán)節(jié)既是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)，更是教學(xué)的難點(diǎn).教師要在這一環(huán)節(jié)中做好啟發(fā)引導(dǎo)作用，給學(xué)生提供一些分析論證的思路與方法，即給學(xué)生一個(gè)思維的支撐點(diǎn)，讓學(xué)生通過(guò)自己的思維進(jìn)行分析論證，而不是教師的包辦代替，這樣才能真正達(dá)到探究性實(shí)驗(yàn)的目的.關(guān)鍵詞：探究性實(shí)驗(yàn)；分析論證；思路方法；思維支撐點(diǎn)從科學(xué)方法論角度，我們可以把探究性實(shí)驗(yàn)看作是人們用控制手段向特定的研究對(duì)象輸入明確的問(wèn)題信息，迫使它輸出應(yīng)答信息，然后用觀測(cè)手段收集應(yīng)答信息，最后整理、破譯應(yīng)答信息的過(guò)程.這一過(guò)程一般可解析為兩個(gè)主要要素：一是進(jìn)行

2、實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)；二是分析論證.在這兩個(gè)要素中，通過(guò)一定的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)觀察現(xiàn)象、獲取數(shù)據(jù)只是實(shí)驗(yàn)的一個(gè)初級(jí)階段，要達(dá)到實(shí)驗(yàn)所預(yù)期的目的，還必須通過(guò)分析論證這一高層次的階段，也就是整理、破譯應(yīng)答信息的階段.在該階段中需要對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、綜合、抽象、概括等邏輯思維，也需要數(shù)學(xué)、圖像等一系列科學(xué)方法，才能挖掘出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)含的深刻含義，從而探究出物理規(guī)律.高中物理探究性實(shí)驗(yàn)中的分析論證環(huán)節(jié)，絕大多數(shù)是對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)類(lèi)的分析與論證，用圖像描繪出變化曲線(xiàn)（直線(xiàn)），然后從圖線(xiàn)得出物理規(guī)律.也有一部分是對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象類(lèi)的分析與論證，一般是通過(guò)比較法來(lái)尋找物理規(guī)律.此外也有通過(guò)作圖類(lèi)來(lái)探尋物理量之間的關(guān)

3、系的，等等.一、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)類(lèi)分析論證中的思路與方法在中學(xué)物理的探究性實(shí)驗(yàn)中，大多數(shù)獲得的是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)類(lèi)的分析論證，往往采用圖像法處理.圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有以下一些優(yōu)點(diǎn).一是在探究性實(shí)驗(yàn)中，由于物理規(guī)律和結(jié)果還沒(méi)有完全掌握或者還沒(méi)有找到明確的函數(shù)表達(dá)式時(shí)，采用圖像法作出的圖線(xiàn)，能形象、直觀地顯示出物理量變化的規(guī)律，便于得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.二是圖像法作出的圖線(xiàn)具有取平均的效果.因?yàn)橐话愕膱D線(xiàn)是根據(jù)許多組數(shù)據(jù)擬合出來(lái)的平滑曲線(xiàn)或直線(xiàn)，這樣的圖線(xiàn)就有多次測(cè)量取平均的作用.三是由圖像法得到的規(guī)律具有統(tǒng)計(jì)性，在描繪實(shí)驗(yàn)圖像時(shí)，可以幫助我們發(fā)現(xiàn)某些錯(cuò)誤數(shù)據(jù).如描圖過(guò)程中發(fā)現(xiàn)某個(gè)點(diǎn)偏離得特別遠(yuǎn)，則提示測(cè)量

4、或數(shù)據(jù)計(jì)算中可能有錯(cuò)誤，應(yīng)剔除或進(jìn)行重新測(cè)量，從而減小了實(shí)驗(yàn)誤差，避免了偶然性的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確.四是圖像法具有外推的作用.有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)限于客觀條件，不能直接測(cè)得，但是，我們可以根據(jù)能夠測(cè)得的數(shù)據(jù)變化情況，合理地進(jìn)行外推，以得出實(shí)驗(yàn)不能測(cè)得的結(jié)果.在高中物理實(shí)驗(yàn)中，很多實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出來(lái)的圖像直接是一條直線(xiàn)，如“探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”“探究加速度與力的關(guān)系”等，這樣就可以直接根據(jù)圖線(xiàn)（直線(xiàn)）及其坐標(biāo)所表示的物理量得出物理規(guī)律來(lái).如果描繪出https:/來(lái)的是一條曲線(xiàn)，那么就要根據(jù)曲線(xiàn)的形狀，進(jìn)行合理的猜想，如“探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系”的圖線(xiàn)形狀像一條反比例函數(shù)的圖像，由

5、此提出“加速度與質(zhì)量可能成反比關(guān)系”的猜想，然后根據(jù)猜想，采用坐標(biāo)軸變換的方法進(jìn)一步作圖，直至得到一條直線(xiàn)為止.因?yàn)檫@種變換不僅是由于直線(xiàn)容易描繪，更重要的是直線(xiàn)的斜率和截距所包含的內(nèi)容正是我們所需要的.但是，對(duì)一些比較復(fù)雜的曲線(xiàn)（猜想不出物理量之間的關(guān)系），這就需要教師做一個(gè)合理的引導(dǎo).引導(dǎo)并不是給學(xué)生一個(gè)結(jié)論式的嘗試，而是給學(xué)生一個(gè)思維上的支撐點(diǎn).例如，“探究功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 1，作出功與速度的關(guān)系圖像如圖 1 所示.得到的圖線(xiàn)是一條曲線(xiàn)，如果猜想不出曲線(xiàn)滿(mǎn)足的功與速度變化的關(guān)系，一次次地嘗試化曲為直，那么既費(fèi)時(shí)又毫無(wú)意義.這時(shí)，可以提示學(xué)生嘗試先取對(duì)數(shù)后作圖像的方法

6、.設(shè)功與速度變化之間的關(guān)系滿(mǎn)足 W=kvx，如何尋找 x 的值，從而化曲為直呢？因?yàn)樘幚碇笖?shù)函數(shù)的方法往往是取對(duì)數(shù)，所以，我們通過(guò)取對(duì)數(shù)的方法進(jìn)行分析與論證.啟發(fā)：從圖線(xiàn)可以看出，當(dāng)入射角和折射角都較小時(shí)，兩者成正比，當(dāng)入射角和折射角都較大時(shí)，兩者不成正比了，也就是說(shuō)，當(dāng)角度較小時(shí)，兩者接近相等，但是當(dāng)角度較大時(shí)，兩者不相等，這跟我們學(xué)過(guò)的什么函數(shù)相似呢？這樣，學(xué)生就會(huì)很自然地想到角度與正弦函數(shù)（或角度與正切函數(shù)）的關(guān)系，然后通過(guò)進(jìn)一步檢驗(yàn)，就可以得出光的折射定律了.二、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象類(lèi)分析論證的方法與策略一些物理實(shí)驗(yàn)得到的是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象而不是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象通過(guò)分析論證試圖得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的

7、分析論證難度更大，這就更需要教師在分析論證這一環(huán)節(jié)中做好啟發(fā)引導(dǎo)作用，教給學(xué)生一些分析論證的科學(xué)方法，讓學(xué)生通過(guò)自己的思維進(jìn)行分析論證，從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，而不是教師包辦代替.例如，在“楞次定律”的探究過(guò)程中，通過(guò)磁鐵插入與拔出螺線(xiàn)管的實(shí)驗(yàn)裝置，可以得出如表 3 所示的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1.從表 3 的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中，很難通過(guò)分析與論證探究出感應(yīng)電流方向的規(guī)律.我們可以通過(guò)以下的思路來(lái)啟發(fā)學(xué)生思考與討論.啟發(fā) 1：如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一些數(shù)據(jù)的話(huà)，我們通常是怎樣找規(guī)律的？現(xiàn)在是一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，所以我們只能通過(guò)比較的方法來(lái)尋找規(guī)律.而且要控制變量，兩兩比較.看一、二兩行，磁通量都增加，感應(yīng)電流方向怎樣？再比較一

8、、三兩行，穿過(guò)線(xiàn)圈的原磁場(chǎng)方向相同，感應(yīng)電流方向又怎樣？好像是沒(méi)規(guī)律，沒(méi)找到規(guī)律怎么辦？https:/此時(shí)，學(xué)生有這樣的一個(gè)感覺(jué)，規(guī)律好像不在身邊而是在河的對(duì)岸，作榻淌就必須為學(xué)生鋪路架橋，這個(gè)“路”“橋”就是給學(xué)生一個(gè)思維的支撐點(diǎn)，讓學(xué)生的思維通過(guò)教師鋪的“路”、架的“橋”到河的對(duì)岸去探究規(guī)律. 啟發(fā) 2：我們知道，比較是有前提的，必須在同一前提之下才能對(duì)事物做比較，失去了前提，比較也就失去了意義.在這里，磁通量（的變化）和磁場(chǎng)（的方向）是描述磁場(chǎng)類(lèi)的物理量，感應(yīng)電流（的方向）是描述電流類(lèi)的物理量，它們不是同一類(lèi)物理量，不能直接比較.怎么辦？是否可以引入一個(gè)“中介”物理量 感應(yīng)電流的磁場(chǎng)？啟

9、發(fā) 3：引導(dǎo)學(xué)生在表 3 的末項(xiàng)再添加對(duì)應(yīng)的“感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向”一項(xiàng).然后比較一、二兩行和三、四兩行，看看有什么規(guī)律可循.通過(guò)教師為學(xué)生的鋪路架橋，學(xué)生的思路就暢通了，從一、二兩行就容易探究出“當(dāng)原磁場(chǎng)的磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)的方向相反”，從三、四兩行就容易探究出“當(dāng)原磁場(chǎng)的磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)的方向相同”的規(guī)律來(lái).在“楞次定律”的前一節(jié)“探究電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件”，也是從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象通過(guò)分析論證探究出電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件的，分析論證的方法與楞次定律有異曲同工之妙，限于篇幅，在此不再一一贅述.三、作圖類(lèi)分析論證的方法與策略高中物理探究實(shí)驗(yàn)中的分析與論證環(huán)節(jié)，除了

10、對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)類(lèi)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象類(lèi)的分析論證外，還有通過(guò)作圖的方法進(jìn)行分析與論證.這類(lèi)的分析與論證相對(duì)來(lái)說(shuō)思維的層次要求更高，難度更大.教師的啟發(fā)引導(dǎo)就顯得尤為重要.通過(guò)作圖的方法進(jìn)行分析與論證往往有這樣的特點(diǎn)，教師對(duì)給予學(xué)生的思維支撐點(diǎn)的把握很難落實(shí).低一點(diǎn)，支撐的效果不大，高一點(diǎn)，就會(huì)失去讓學(xué)生通過(guò)自己的思維去分析論證的意義.這就要求教師要拿捏好思維進(jìn)度和難度的分寸.例如，在“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)中，在白紙上作出了兩個(gè)分力 F1、F2 和合力 F 的大小與方向后，怎樣表述合力的大小、方向與兩個(gè)分力的大小、方向的關(guān)系？教材中“建議用虛線(xiàn)把合力的箭頭端分別與兩個(gè)分力的箭頭端連接，也許能夠得到啟示.”其

11、實(shí)，這個(gè)“啟示”啟得太大了，這不是給學(xué)生一個(gè)思維上的支撐點(diǎn)，而是給了學(xué)生一個(gè)明確的結(jié)論式的指向，從而失去了在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生通過(guò)自己的思維去分析論證探究求合力方法的意義.誠(chéng)然，作出了兩個(gè)分力F1、F2 和合力 F 的大小與方向的圖示后，如果不給學(xué)生提供思維的支撐點(diǎn)，要探究出求合力的方法，難度也實(shí)在太大了.要較好地解決這個(gè)問(wèn)題，我們認(rèn)為應(yīng)該注重實(shí)驗(yàn)的過(guò)程與方法，中間應(yīng)該有一個(gè)過(guò)渡，從特殊到一般，這樣比較符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，也解決了“啟示”難的問(wèn)題.我們?cè)谧寣W(xué)生“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)時(shí)，增加了兩個(gè)步驟.步驟一：兩個(gè)細(xì)繩套之間的夾角為 90，兩支彈簧秤的示數(shù)分別控制為 3 Nhttps:/和 4

12、N，用一支彈簧秤拉（合力）的大小約為 5 N，合力與兩個(gè)分力之間可能存在怎樣的關(guān)系？步驟二：兩個(gè)細(xì)繩套之間的夾角為 120，兩支彈簧秤的示數(shù)均控制為 3N，用一支彈簧秤拉（合力）的大小約為 3 N，合力與兩個(gè)分力之間可能存在怎樣的關(guān)系？啟發(fā) 1：對(duì)于步驟一，3N、4N 和 5N 的關(guān)系，聯(lián)想到合力與兩個(gè)分力可能滿(mǎn)足直角三角形三條邊之間的關(guān)系，試用力的圖示方法作圖探究之.啟發(fā) 2：對(duì)于步驟二，在步驟一作圖的基礎(chǔ)上，再作出一個(gè)等邊三角形，其中一邊在豎直方向.等邊三角形的豎直邊的長(zhǎng)度，其實(shí)也是夾角為 120的等長(zhǎng)的兩條邊為鄰邊的平行四邊形對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度.啟發(fā) 3：結(jié)合步驟一和二，你怎樣用圖示法作出合力與兩個(gè)分力關(guān)系的圖示？有了合力與兩個(gè)分力可能滿(mǎn)足平行四邊形鄰邊與對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度關(guān)系的猜想的思維支撐點(diǎn)，學(xué)生就會(huì)從這個(gè)角度出發(fā)，嘗試作出合力與兩個(gè)分力關(guān)系的圖示，這個(gè)難度也就不大了.啟發(fā) 4：在探究性實(shí)驗(yàn)中，如果只從一個(gè)（或幾個(gè)）特殊的實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是否在一般情況下也成立？需要我們通過(guò)怎樣的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證？需要改變 F1 和 F2 的大小與方向，重做上述實(shí)驗(yàn)，看看結(jié)論是否相同.增加了一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟，就給學(xué)生搭了一座思維的橋梁，有了思維的鋪墊，降低了思維的難度，也為教師的啟發(fā)起到了點(diǎn)到為止、恰到好處的作用.通過(guò)以上幾個(gè)案例說(shuō)明，探究性實(shí)驗(yàn)中的分析論證環(huán)節(jié)既是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)（它是更高層次的實(shí)驗(yàn)）