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物理是一门以实验为基础的学科,实验教学是重点。在全日制义务教育《物理课程标准》(实验稿)中明确指出:“科学探究既是学生的学习目标,又是重要的教学方式之一。将科学探究列入内容标准,旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化,从学生被动接受知识向主动获取知识转化。从而培养学生的科学探究能力,实事求是的科学态度和勇于创新的探索精神。”可见,科学探究过程和方法有多么重要。初中物理实验的探究方法是多种多样的,正确地掌握物理实验的探究方法,有助于揭示要研究的物理现象、物理规律的本质属性和内部规律。以下是我在物理实验教学中常用的探究方法。
一、控制变量法
方法特点:控制变量法是指一个物理量与多个物理量有关, 把多因素的问题变成多个单因素的问题, 分别加以研究, 最后再综合解决。利用控制变量法研究物理问题, 有利于扭转“重结论、轻过程”的倾向, 有利于培养学生的科学素养, 使学生学会学习。如导体中的电流与导体两端的电压和导体的电阻都有关系, 研究导体中的电流跟这段导体两端的电压时, 控制导体的电阻不变, 改变导体两端电压, 看导体中电流的变化, 通过学生实验, 得出欧姆定律I=U/R。另外,研究导体的电阻大小、滑动摩擦力的大小、液体压强的大小、浮力大小、动能和重力势能大小、电流的热量的大小、压力的作用效果、滑轮组的机械效率、电磁铁的磁性强弱、产生感应电流方向等也都用到了控制变量法。
二、观察法
方法特点:观察是学习物理最基本的方法,是科学归纳的必要条件, 学生对学习活动的外部表现进行有目的、有计划的观察、记录, 能够为物理概念的形成、物理知识的理解、物理规律的探究提供信息和依据。常用观察方法有:
1.观察重点, 排除无关因素的干扰。如做气体膨胀对外做功的实验时,学生只听到“嘭”的一声, 看到瓶塞跳得很高, 对真正需要看的现象———塑料瓶口出现的酒精烟雾却视而不见, 这就需要教师及时交待, 提醒学生, 然后再进行分析。
2.前后对比观察, 抓住因果关系。如学习密度一节时, 我首先让学生区分铜块、铁块、铝块、石块、酒精、水等物体, 通过观察它们的颜色、状态、软硬来辨认。然后出示用纸包住的相同体积的铜块、铁块、铝块, 怎样区分它们? 学生通过实验发现, 它们的质量不同, 因而得出相同体积的物体质量不同, 也是物质的一种特性, 从而引入密度概念。
3.正、反对比观察, 深化认识。在指导学生观察时, 多采用一些正反对比的方法, 可以加深学生理解知识, 拓宽思路。如探究声音的产生, 既无声又有声; 探究沸点与气压的关系时, 既增大气压, 沸点升高,又减小气压, 沸点降低。
三、等效替代法
方法特点:等效是一种抓住两个看来不同的物理过程,寻求其相同的效果之处。如用合力替代物体所受几个力时, 合力与原来几个力的作用效果相同; 研究串、并联电路的总电阻时, 用总电阻大小代替分电阻大小; 在平面镜成像的实验中,由于我们无法真正的测出物与像的大小, 所以利用了一个完全相同的另一根蜡烛来等效替代像的大小, 从而验证物与像的大小相同。还有“等质量”、“等压强”、“等浮力”的探究题型来测物质的密度,学生的创新能力得到了培养。
四、转换法
方法特点:物理学中对于一些抽象、空洞、看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量,通常用一些非常直观的现象去认识,或用易测量的物理量间接测量,这种通过转换研究对象、空间角度、物理规律、物理模型、思维角度、物理过程、物理状态、时间角度等达到化繁为简,化难为易,间接获取问题解决的一种解题方法叫转换法。如将测不规则小石块的体积转换成测石块排开水的体积;测曲线的长短时转换成测细棉线的长度, 测硬币的直径转换成测刻度尺的长度; 测量滑动摩擦力大小转换成测拉力的大小;测量大气压强值转换成求被大气压压起的水银柱的压强等。
五、类比法
方法特点:类比在物理学中有着广泛的应用。所谓类比,实际上是一种从特殊到特殊或从一般到一般的推理。它是根据两个(或两类)对象之间在某些方面的相同或相似而推出它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维。在物理教学中,类比方法可以帮助理解较复杂的实验和较难的物理知识,有效地揭示自然界的各种秘密,促进学生创造性思维发展,达到“他山之石,可以攻玉”的效果。
(1)原子结构的模型,与太阳系比较,确定结构最接近的事物是太阳系。这里原子核可以类比于太阳,核外电子类比于行星,它们在空间结构和运动方式上都是相似的。
(2)电压”这个概念也可以用“水压”进行类比。
(3)在研究通电螺线管的磁场的实验中,为准确记忆通电螺线管的北极与电流方向的关系,以紧握的右拳头类比为螺线管,四指为线圈并指向电流的方向,则大拇指所指的一端为北极。这样形象直观很容易被学生理解记忆牢固。
六、演绎法
方法特点:从一般到个别进行推理的思维方法。应用时,往往是把一般判断作为推理的出发点(大前提),把叙述的中介判断称为小前提,由大前提和小前提推断出结果(结论)。如探究自然界中有两种电荷,“且只有两种电荷”的实验中,通过如下的实验事实:
1.绸子摩擦过的两根玻璃棒互相排斥——它们带同种电荷。
2.毛皮摩擦过的两根橡胶棒互相排斥——同种电荷互相排斥。
3.绸子摩擦过的玻璃棒与毛皮摩擦过的橡胶棒互相吸引——它们带的电荷不同,所以电荷有两种。
4.各种各样的物质互相摩擦后,凡是跟绸子摩擦过的玻璃棒相吸引的就会跟毛皮摩擦过的橡胶棒相排斥;凡是跟毛皮摩擦过的橡胶棒想吸引的就会跟绸子摩擦过的玻璃棒相排斥。由此得出结论:自然界中存在两种电荷,且只有两种电荷。如果教师只给出上述结论,不重视探究过程,就错过了研究方法教育的机会。 七、理想化方法
方法特点:理想化方法是指在物理教学中通过想象建立模型和进行实验的一种科学方法。可分为理想化模型和理想化实验。
理想化模型就是指把复杂的问题简单化,把研究对象的一些次要因素舍去,抓住主要因素,对实际问题进行理想化处理去再现原形的本质的东西,构成理想化的物理模型。这是一种重要的物理研究方法。例如探究杠杆平衡条件的实验,杠杆就是一种理想化的模型。杠杆在使用时,由于受到力的作用,都会引起或多或少的形变,然而在研究中把此时的形变忽略不计,这里我们就把杠杆经过理想化的处理,认为它无形变,视为一个硬棒,从而使学生在研究时不被细枝末节的因素影响,顺利地得出杠杆平衡原理。
理想化实验是一种科学的抽象方法。它既要以实验事实作基础,但又不能直接由实验得到结论。比如,我们在探究空气能传声的实验中,逐渐将真空罩内的空气抽出,听到罩内的闹钟的声音逐渐变弱,于是我们推理得出将真空罩内的空气抽完(即真空),就听不到闹钟的声音了,从而得出空气能传声而真空不能传声的结论。这里采用的方法就是理想化,因为无论怎样抽气是不可能将真空罩内的空气抽完的。又如牛顿第一定律就是理想化实验得出的一条重要物理规律。如果教师在教学中注意很好地渗透这一方法,有利于培养学生的科学思想,提高学生的创新能力。
八、积累法
方法特点:积累法是指在测量微小量的时候,常常将微小的量, 积累成一个比较大的量。如测量铜丝的直径先把细铜丝在铅笔上紧密排绕N圈( N数根据情况确定) , 再用刻度尺测量细铜丝直径长度,然后用线圈直径的总长度再除以N, 这样测量结果更接近真实值。相似的实验还有: 测一个大头针、一张邮票的质量;测量一张纸的厚度; 测量出心跳一下的时间。
九、对比法
方法特点:“比较”是人们常用的探究方法,是找出事物之间的差异点和共同点的研究方法,通过事物间相同特征或相异特征的比较,这样的研究方法就是对比法。“研究物体浮沉条件”时,用同一支铅牙膏壳,先做成盒状放入水中,漂浮于水面,然后把牙膏壳挤成一团放入水中,结果沉底。通过对比得出物体浮沉的条件;对不同物质在单位体积内的质量不同做比较得出密度概念等。这样不但学习掌握起来十分容易,而且使学生印象更加深刻。
十、图表法
方法特点:图象是一个数学概念,用来表示一个量随另一个量的变化关系,很直观。由于物理学中经常要研究一个物理量随另一个物理量的变化情况,因此图象在物理中有着广泛的应用。在实验中,运用图象来处理实验数据,探究内在的物理规律,具有独特之处。如:在探究固体熔化时温度的变化规律和水的沸腾情况的实验中,就是运用图象法来处理数据的。它形象直观地表示了物质温度的变化情况,学生在亲历实验自主得出数据的基础上,通过描点、连线绘出图象就能准确地把握住晶体和非晶体的熔化特点、液体的沸腾特点了。
总之,在初中物理实验中,蕴含着许多科学方法,我们既不能视而不见忽视它,又不能唯方法讲方法,要时时做有心人,把握时机,把科学方法渗透到教学活动中,恰当点拨,就能不断提高学生的科学探究能力。
一、控制变量法
方法特点:控制变量法是指一个物理量与多个物理量有关, 把多因素的问题变成多个单因素的问题, 分别加以研究, 最后再综合解决。利用控制变量法研究物理问题, 有利于扭转“重结论、轻过程”的倾向, 有利于培养学生的科学素养, 使学生学会学习。如导体中的电流与导体两端的电压和导体的电阻都有关系, 研究导体中的电流跟这段导体两端的电压时, 控制导体的电阻不变, 改变导体两端电压, 看导体中电流的变化, 通过学生实验, 得出欧姆定律I=U/R。另外,研究导体的电阻大小、滑动摩擦力的大小、液体压强的大小、浮力大小、动能和重力势能大小、电流的热量的大小、压力的作用效果、滑轮组的机械效率、电磁铁的磁性强弱、产生感应电流方向等也都用到了控制变量法。
二、观察法
方法特点:观察是学习物理最基本的方法,是科学归纳的必要条件, 学生对学习活动的外部表现进行有目的、有计划的观察、记录, 能够为物理概念的形成、物理知识的理解、物理规律的探究提供信息和依据。常用观察方法有:
1.观察重点, 排除无关因素的干扰。如做气体膨胀对外做功的实验时,学生只听到“嘭”的一声, 看到瓶塞跳得很高, 对真正需要看的现象———塑料瓶口出现的酒精烟雾却视而不见, 这就需要教师及时交待, 提醒学生, 然后再进行分析。
2.前后对比观察, 抓住因果关系。如学习密度一节时, 我首先让学生区分铜块、铁块、铝块、石块、酒精、水等物体, 通过观察它们的颜色、状态、软硬来辨认。然后出示用纸包住的相同体积的铜块、铁块、铝块, 怎样区分它们? 学生通过实验发现, 它们的质量不同, 因而得出相同体积的物体质量不同, 也是物质的一种特性, 从而引入密度概念。
3.正、反对比观察, 深化认识。在指导学生观察时, 多采用一些正反对比的方法, 可以加深学生理解知识, 拓宽思路。如探究声音的产生, 既无声又有声; 探究沸点与气压的关系时, 既增大气压, 沸点升高,又减小气压, 沸点降低。
三、等效替代法
方法特点:等效是一种抓住两个看来不同的物理过程,寻求其相同的效果之处。如用合力替代物体所受几个力时, 合力与原来几个力的作用效果相同; 研究串、并联电路的总电阻时, 用总电阻大小代替分电阻大小; 在平面镜成像的实验中,由于我们无法真正的测出物与像的大小, 所以利用了一个完全相同的另一根蜡烛来等效替代像的大小, 从而验证物与像的大小相同。还有“等质量”、“等压强”、“等浮力”的探究题型来测物质的密度,学生的创新能力得到了培养。
四、转换法
方法特点:物理学中对于一些抽象、空洞、看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量,通常用一些非常直观的现象去认识,或用易测量的物理量间接测量,这种通过转换研究对象、空间角度、物理规律、物理模型、思维角度、物理过程、物理状态、时间角度等达到化繁为简,化难为易,间接获取问题解决的一种解题方法叫转换法。如将测不规则小石块的体积转换成测石块排开水的体积;测曲线的长短时转换成测细棉线的长度, 测硬币的直径转换成测刻度尺的长度; 测量滑动摩擦力大小转换成测拉力的大小;测量大气压强值转换成求被大气压压起的水银柱的压强等。
五、类比法
方法特点:类比在物理学中有着广泛的应用。所谓类比,实际上是一种从特殊到特殊或从一般到一般的推理。它是根据两个(或两类)对象之间在某些方面的相同或相似而推出它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维。在物理教学中,类比方法可以帮助理解较复杂的实验和较难的物理知识,有效地揭示自然界的各种秘密,促进学生创造性思维发展,达到“他山之石,可以攻玉”的效果。
(1)原子结构的模型,与太阳系比较,确定结构最接近的事物是太阳系。这里原子核可以类比于太阳,核外电子类比于行星,它们在空间结构和运动方式上都是相似的。
(2)电压”这个概念也可以用“水压”进行类比。
(3)在研究通电螺线管的磁场的实验中,为准确记忆通电螺线管的北极与电流方向的关系,以紧握的右拳头类比为螺线管,四指为线圈并指向电流的方向,则大拇指所指的一端为北极。这样形象直观很容易被学生理解记忆牢固。
六、演绎法
方法特点:从一般到个别进行推理的思维方法。应用时,往往是把一般判断作为推理的出发点(大前提),把叙述的中介判断称为小前提,由大前提和小前提推断出结果(结论)。如探究自然界中有两种电荷,“且只有两种电荷”的实验中,通过如下的实验事实:
1.绸子摩擦过的两根玻璃棒互相排斥——它们带同种电荷。
2.毛皮摩擦过的两根橡胶棒互相排斥——同种电荷互相排斥。
3.绸子摩擦过的玻璃棒与毛皮摩擦过的橡胶棒互相吸引——它们带的电荷不同,所以电荷有两种。
4.各种各样的物质互相摩擦后,凡是跟绸子摩擦过的玻璃棒相吸引的就会跟毛皮摩擦过的橡胶棒相排斥;凡是跟毛皮摩擦过的橡胶棒想吸引的就会跟绸子摩擦过的玻璃棒相排斥。由此得出结论:自然界中存在两种电荷,且只有两种电荷。如果教师只给出上述结论,不重视探究过程,就错过了研究方法教育的机会。 七、理想化方法
方法特点:理想化方法是指在物理教学中通过想象建立模型和进行实验的一种科学方法。可分为理想化模型和理想化实验。
理想化模型就是指把复杂的问题简单化,把研究对象的一些次要因素舍去,抓住主要因素,对实际问题进行理想化处理去再现原形的本质的东西,构成理想化的物理模型。这是一种重要的物理研究方法。例如探究杠杆平衡条件的实验,杠杆就是一种理想化的模型。杠杆在使用时,由于受到力的作用,都会引起或多或少的形变,然而在研究中把此时的形变忽略不计,这里我们就把杠杆经过理想化的处理,认为它无形变,视为一个硬棒,从而使学生在研究时不被细枝末节的因素影响,顺利地得出杠杆平衡原理。
理想化实验是一种科学的抽象方法。它既要以实验事实作基础,但又不能直接由实验得到结论。比如,我们在探究空气能传声的实验中,逐渐将真空罩内的空气抽出,听到罩内的闹钟的声音逐渐变弱,于是我们推理得出将真空罩内的空气抽完(即真空),就听不到闹钟的声音了,从而得出空气能传声而真空不能传声的结论。这里采用的方法就是理想化,因为无论怎样抽气是不可能将真空罩内的空气抽完的。又如牛顿第一定律就是理想化实验得出的一条重要物理规律。如果教师在教学中注意很好地渗透这一方法,有利于培养学生的科学思想,提高学生的创新能力。
八、积累法
方法特点:积累法是指在测量微小量的时候,常常将微小的量, 积累成一个比较大的量。如测量铜丝的直径先把细铜丝在铅笔上紧密排绕N圈( N数根据情况确定) , 再用刻度尺测量细铜丝直径长度,然后用线圈直径的总长度再除以N, 这样测量结果更接近真实值。相似的实验还有: 测一个大头针、一张邮票的质量;测量一张纸的厚度; 测量出心跳一下的时间。
九、对比法
方法特点:“比较”是人们常用的探究方法,是找出事物之间的差异点和共同点的研究方法,通过事物间相同特征或相异特征的比较,这样的研究方法就是对比法。“研究物体浮沉条件”时,用同一支铅牙膏壳,先做成盒状放入水中,漂浮于水面,然后把牙膏壳挤成一团放入水中,结果沉底。通过对比得出物体浮沉的条件;对不同物质在单位体积内的质量不同做比较得出密度概念等。这样不但学习掌握起来十分容易,而且使学生印象更加深刻。
十、图表法
方法特点:图象是一个数学概念,用来表示一个量随另一个量的变化关系,很直观。由于物理学中经常要研究一个物理量随另一个物理量的变化情况,因此图象在物理中有着广泛的应用。在实验中,运用图象来处理实验数据,探究内在的物理规律,具有独特之处。如:在探究固体熔化时温度的变化规律和水的沸腾情况的实验中,就是运用图象法来处理数据的。它形象直观地表示了物质温度的变化情况,学生在亲历实验自主得出数据的基础上,通过描点、连线绘出图象就能准确地把握住晶体和非晶体的熔化特点、液体的沸腾特点了。
总之,在初中物理实验中,蕴含着许多科学方法,我们既不能视而不见忽视它,又不能唯方法讲方法,要时时做有心人,把握时机,把科学方法渗透到教学活动中,恰当点拨,就能不断提高学生的科学探究能力。