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科学方法在初中物理教学中的应用           ★★★★
科学方法在初中物理教学中的应用
作者:1 文章来源:网络 点击数: 更新时间:2012/11/19 16:17:12

摘要近几年中小学教育逐渐由应试教育向素质教育转变,新课程标准也强调要培养学生的探究能力,重要的是在探究过程中逐步培养学生用科学的方法去探究。比较法是通过事物间相同特征或相异特征的比较,提示事物的本质和区别。假设法的利用可以方便地对问题进行分析推理判断。控制变量法是一种最常用的、非常有效的探索客观物理规律的科学方法。逐步让学生掌握科学方法可以使他们学会学习。
  

从这几年新课程改革来看,现在已改变了过去那种只注重知识传授的倾向,强调形成主动的学习态度,使获得知识与基本技能的过程同时成为学会学习和形成正确价值观的过程。教师从单纯注重传授知识转变为引导学生学会学习,学会交流合作。当然要达到这一目标,必须更新教育理念。新课程标准强调要培养学生的探究能力,重要的是在探究过程中逐步培养学生用科学的方法去探究,那么研究物理问题的科学方法有很多,比较法、转换法控制变量法、等效替换法、模型法、假设法、类比法、理想化法、图象法、演绎法、归纳法、推理法等等。本文结合笔者在教学中的体验简单总结比较法、假设法、控制变量法三种科学研究方法在初中物理教学中的应用。

一、 比较法

“比较”是人们常用的思维方法,是找出事物之间的差异点和共同点的思维方法,通过事物间相同特征或相异特征的比较,提示事物的本质和区别。人们认识事物往往是从区别事物的本质特征开始的。而要区别就要有比较,有比较才有鉴别。事物之间在现象上和本质上都存在着同一性和差异性。现象上的同一和差异一般来说是容易识别的,而本质上的同一和差异就不那么容易识别。物理学中有许多物理思维和物理规律具有可比性,运用比较法可帮助学生接受新概念并加深对概念的理解,尤其在复习课上运用,能使知识融会贯通,开拓学生的思维,并培养学生的知识迁移能力。在物理教学中,既要求学生找出差异性极大的物理现象或物理概念之间本质上的共同点,又要求学生找出表面上极为相似的物理现象和物理概念之间本质上的差异。

运用比较法可以深化和区分概念。例如:平衡力和相互作用力(作用力与反作用力)。

 

平衡力

相互作用力

不同点

作用的物体(主要的)

二力作用在同一物体上

二力作用在不同物体上

力的性质

不一定相同

一定相同

存在性

不一定同时消失

同时消失

语言特征

涉及三个物体

涉及两个物体(甲受乙……,乙受甲……;甲给乙……,乙给甲……)

相同点

大小相等,方向相反,作用在同一直线上

通过这样的比较和思索,学生豁然开朗,较快的接受了新概念。可见运用“比较法教学”对解决教学难点是很有益处的。
    再如,由于物理问题大多来自实际生活有时会让人感到很困难,这时我们应该寻找与实际相近的物理模型,使问题的物理情景或物理过程相对简化,例: 如图1,小华拉着放有一盛水器具的小车,器具内盛有水,在水平桌面上运动时,即:图甲中盛水器具内的水向左泼出,图乙中盛水器具内的水向右泼出,对此现象下列判断正确的是 (    )

A.图甲、乙所示的现象都是在小车突然停止时发生

B.图甲、乙所示的现象都是在小车突然启动时发生

C.图甲所示的现象是在小车突然停止或在运动中突然加速时发生

D.图乙所示的现象是在小车突然停止或在运动中突然减速时发生

解析:这是一个比较复杂的问题,如果我们将其简化,即将图1甲中的小车上容器里的水向左泼出的过程,看作是一个向左运动的小球,这样就可以认为在某一瞬间向右运动的小车上有一个小球往左运动如图2(甲);将图1(乙)中向右泼出的水,看作是向右运动的小车上有一个小球往右运动,如图2(乙);这样就将问题简化了,也就很容易得出结论了。根据牛顿第一定律可判断出,图1(甲)中是小车向右加速运动;图1(乙)中小车是突然停止或在运动中突然减速。这样可以化简对象明问题,比较状态得结论。

比较法教学对于学生的概念学习有所帮助,比较实验可以加强直观教学,有助于学生建立概念,理解规律,突破难点。例如,为了证明大气压的存在,可用一只底部开有小圆孔的塑料杯子,用右手手指按住小圆孔,在杯口向上时将塑料杯里盛满水,用纸片把杯口盖严,左手按住纸片把杯子倒过来使杯口向下,放开左手后,纸片不会掉下来,杯子里的水也不会流出来。这时,有学生认为“纸片是被水粘住了”,然老师拿掉按住小圆孔的右手指,结果纸片掉下来了,水也流出来了。这样通过手指按住小圆孔和不按住小圆孔两次实验的比较,使学生观察到两次实验中纸片都与水接触,所不同的是后一次实验是杯底与大气相通。从而解除了“纸片是被粘住了”的误解。提高了“大气压存在”这个结论的可信度。

二、假设法

物理解题中的假设,从内容要素看有参量假设、现象假设和过程假设等,从运用策略看有极端假设、反面假设和等效假设等.利用假设,我们可以方便地对问题进行分析、推理、判断,恰当地运用假设,可以起到化拙为巧、化难为易的效果。

假设法的运用,不仅为快捷解题提供了便利,更为培养创新能力开辟了途径。但是,要正确恰当地运用假设法,必须深刻把握其“设而不假”的关键要领,即假设的内涵与问题本身并不矛盾。否则,就会造成“失之毫厘,谬以千里”的后果。

三、控制变量法

控制变量法是物理中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一。自然界中发生的各种物理现象往往是错综复杂的,因此影响物理学研究对象的因素在许多情况下并不是单一的,而是多种因素相互交错、共同起作用的。譬如说某段导体中通过电流的大小不仅和其两端电压有关,还和这段导体的长度、横截面积的大小及材料种类等因素有关。所以要想精确地把握研究对象的各种特性,弄清事物变化的原因和规律,单靠自然条件下整体观察研究对象是远远不够的,还必须对研究对象施加人为的影响,造成特定的便于观察的条件,这就是控制变量的方法。例如为了研究某物理量同影响它的三个因素中的一个因素之间的关系,可将另外两个因素人为地控制起来,使它们保持不变,以便观察和研究该物理量与这一因素之间的关系。
 首先,在物理实验过程中,控制变量法是一种最常用的、非常有效的探索客观物理规律的科学方法。具体做法是根据研究目的,运用一定的手段(控制实验仪器设备等)主动干预或控制自然事物、自然现象发生发展的过程,在特定的观察条件下去探索客观规律。例如,在引导学生探索、研究导电体的电阻的大小同导电体的哪些特性有关时,可先故意将横截面积、长度都不同的一根镍铬合金丝和一根铜丝分别串入接有小灯泡的直流电路中,让学生分别观察灯泡发光的亮度,并问学生:刚才的实验现象能否说明电阻大小与导电体的某个特性有关?学生经过思考与讨论,得到的结论当然是否定的。再用横截面积和长度都不同的两根镍铬合金丝分别串入上述电路中,观察小灯泡的亮度,并让学生思考这个实验能否说明电阻大小同导电体的某种特性有关,结论同样是不能。这时就可不失时机地问学生:那么,我们应该取怎样的两根金属丝串入上述电路来做这个实验,以研究导电体的电阻大小到底与哪些因素有关呢?同时向学生出示课前准备好的几根金属丝让他们选择。学生经过思考并相互讨论后,有的回答:应取两根横截面积相同、但长度不同的镍铬合金丝进行上述实验;有的同学说:应取两根长度相同、但横截面积不同的镍铬合金丝进行上述实验;还有的说应取长度、横截面积均相同的一根铜丝和一根镍铬合金丝进行实验比较。这时,教师可适时指出上述几种方法都可以,同时指出要研究电阻的大小同导电物质的长度、横截面积、材料种类这三个因素任何一个因素间的关系,就要人为地控制另外两个因素,使它们相等,并指出这种实验的方法就是控制变量法,再让学生运用这一方法系统地进行上述实验,使学生在实际操作过程中去体验这一科学方法。
 在物理教学中还有许多概念或规律之探索和推导的实验过程中,都运用了控制变量法这一科学方法,如在引导学生探索导电体中电流大小同其两端电压大小和其电阻大小之间的定性关系,最终得出欧姆定律和探索力的作用效果同力的哪些因素有关,最终得出力的三要素等实验过程中都用到了这一科学方法,使学生对控制变量法不断加深理解,并逐步达到有意识地去应用的目的。
 其次,在利用物理知识去分析和解决一些实际问题时,如能灵活运用控制变量法进行分析,有时可起到事半功倍的效果。例如,有这样一道题:已知甲导体的电阻比乙导体的电阻大,把它们并联在电路中,比较甲的电功率和乙的电功率。
        简析:求解电功率的公式比较多:P=UIP=U2/RP=I2R,学生分析起来常常感到无从下手。电功率与两个因素有关,我引导学生用控制变量法的思路解决这类问题。关键在于首先根据题目已知找到相同的因素,只让一个因素发生变化,再分析电功率与另一个变量之间的关系。具体分析如下:并联时,各支路两端电压相等,所以我们可以选择PU2/RPUI。已知RR,可根据P=U2/R直接得出PP。也可用另一方法:已知RR,并联电路可知II,可根据PUI也能够得出PP可见,在解决物理问题时,如能恰当运用科学方法进行分析,确实能起到提高解题速度与准确率的良好效果。在物理(如在力学、电学、热学)学习中,可用控制变量这一科学方法去分析解决的实际问题还很多,这为学生灵活应用这一科学方法解决问题提供了保证。

近几年我们看到中小学教育逐渐由应试教育向素质教育转变。物理作为一门自然科学,在教学中应侧重培养学生的物理科学素质。而物理科学素质则由物理科学知识、物理科学能力、物理科学方法,物理科学意识和物理科学品质等诸要素构成。其中物理科学方法是科学素质的翅膀,是获取科学知识的手段。学生只有掌握了科学方法,才能更深入地理解和牢固掌握科学知识,提高学习效率,起到事半功倍的作用。而且,科学方法对人一生的学习和工作起着重要的作用。教师在教学中一定要打破以往授之以鱼的填鸭式教育,培养学生探究,启发学生思维,让每个学生都得到充分的发展。培养学生学会学习,掌握学习知识的科学方法,提高学生终身学习的能力,所以从这个意义上讲,掌握科学方法比掌握知识更重要。




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