刊名: 基础教育课程
主办: 教育部基础教育课程教材发展中心
周期: 月刊
出版地:北京市
语种: 中文;
开本: 大16开
ISSN: 1672-6715
CN: 11-5187/G
邮发代号: 80-447
投稿邮箱:jcjykczz@163.com
历史沿革:
现用刊名:基础教育课程
曾用刊名:中小学图书情报世界
创刊时间:1993
初中物理探究实验中的科学方法
【作者】 张红果
【机构】 山东省昌乐县乔官镇北岩中学
【摘要】【关键词】
【正文】 义务教育物理课程标准中提出:义务教育物理课程旨在提高学生的科学素养,让学生通过学习获取终身发展必须的物理基础知识和方法。这就把科学研究方法的学习提到和物理基础知识同等的要求。初中学生掌握一些探究问题的科学方法是可以帮助学生学好物理,同时形成良好科学素养为今后的发展奠定基础。
研究物理的科学方法有许多,就初中物理探究实验常用的有观察法、控制变量法、等效替代法、转换法、放大法、模型法、科学推理法、归纳法等。
一、观察法
物理是一门注重实验的自然科学基础学科。人们的许多物理知识首先是通过观察,然后总结和思索得来的。牛顿著名的万有引力定律,伽利略发现单摆、奥斯特发现电生磁现象就说明观察的重要作用。在物理实验中,长度、时间、温度、质量、密度、力、电流、电压等物理量的测量,要通过物理现象发现问题都要求我们认真细致的观察,大部分探究实验首先用到观察法。
二、控制变量法
这是在物理探究中最常用的一种物理方法。物理学中对于多因素影响一个物理量的问题,常常采用控制变量的方法:每一次只改变某一个因素,而控制其余几个因素不变,研究被改变的这个因素对这个物理量的影响。分别对每个因素的影响加以研究,最后再综合分析归纳,这就是控制变量法。
在初中物理中,探究声音的响度和音调、探究影响蒸发快慢的因素、探究滑动摩擦力大小与那些因素有关、影响压力的作用效果的因素、影响液体压强大小的因素、影响浮力大小的因素、影响滑轮组的机械效率的因素、影响动能、重力势能大小的因素、探究影响电阻的大小的因素、导体中电流与其两端电压和电阻的关系、影响电流做功多少的因素、电流的热效应与哪些因素有关、探究影响电磁铁磁性强弱的因素、探究电磁感应条件等都应用了这种科学方法。
以欧姆定律的得出为例:由于导体中的电流与导体两端的电压以及导体的电阻都有关系,我们难以同时研究电流与导体两端的电压和导体的电阻的关系,实验中运用控制变量法:先控制导体的电阻不变,改变加在导体两端的电压,得到不同电压下导体中电流的多组数据,通过数据的分析处理得出导体中的电流跟这段导体两端的关系;再保持导体两端的电压不变,改变导体的电阻值,用同样的方法得到电流与电阻的关系。通过学生实验,让学生在动脑与动手,先找到这“两个关系”,再借助数学方法分析归纳最终得出欧姆定律。
利用控制变量法研究物理问题,注重了知识的形成过程和培养学生的科学素养,使学生学会学习。
三、转换法
初中物理科学内容分“物质”“运动和相互作用”“能量”三大部分,对于微观的物质、比较抽象的运动和相互作用的规律的认识,可以转化成学生看得见、摸得着的宏观现象或由于运动产生的效应来认识,这种方法在科学上叫做“转换法”。就像空气,我们可以根据空气流动(风)所产生的现象来认识它。例如研究分子的运动时,由于分子很小,我们是通过研究墨水的扩散现象去认识它的运动规律;对力的认识可以从物体受力发生形变或运动状态改变情况判断受力的情况;判断电路中是否有电流以及电流的大小时,根据电流产生的效应并根据通过导体产生的效应的大小来认识它;磁场看不见、摸不到,我们可以根据它对磁性材料的作用来认识它。
实验中的测量工具、一些实验设计都运用了转换法。如温度计、测力计等实际把物理量测量转化为长度的测量;用弹簧测力计测重力、摩擦力,转换成弹(拉)力的测量;还有大气压强的测量(转换成求被大气压压起的水银柱的压强)。研究物体内能与温度的关系(转换成测出温度的改变来说明内能的变化);在研究电热与电流、电阻的因素时,我们将电热的多少转换成液柱上升的高度;研究动能与什么因素有关时,看小球在平面上滑动的越远则说明它的动能越大。以上列举的这些探究均应用了这种科学方法。
四、放大法
有些实验中,实验的现象不容易观察。可以对实验现象或产生的效果放大后研究。比如音叉的振动很不容易观察,所以我们把振动的音叉接触水面,四溅的水花就把音叉的振动放大。观察压力使物体形变时,将玻璃瓶密闭装水,插上一个细玻璃管,玻璃管中液面的明显变化放大玻璃瓶的微小形变。实验所用仪表的指针做的很长,就是一种机械放大;显微镜、望远镜甚至温度计都用了光学放大。
五、物理模型法:
实验探究的内容往往抽象复杂,采用物理模型法。简化后的模型要表现出原型所反映出的特点、知识。物理中很多知识都应用了这个方法,比如有:液柱、(在推导液体的压强公式的时,用一个液柱作为研究的对象)液片、(在研究连通器的特点、大气压的测量时在某一位置取了一个液面,分析此液面所受到的压力和压强,利用理想化模型法)光线、(在学习光传播时,使用一条带箭头的实线来表示光的传播路径方向)磁感线(为了便于研究磁场,用磁场中铁屑的分布来模拟磁感线,将我们研究的问题简化),再如用太阳系模型代表原子结构,用简单的线条代表杠杆等。
六、科学推理法
有一些物理规律、结论不可能直接验证,我们先在尽量接近实验条件的基础上进行实验,再通过合理推理得出正确结论,即运用实验+推理的方法,这也是一种常用的科学方法。如牛顿第一定律的得出,就是先进行这样的实验:以相同速度到达平面的物体,平面越光滑,运动的就越远。从而我们就推理,如果平面绝对光滑,物体将永远做匀速直线运动。将一只闹钟放在密封的玻璃罩内,随着罩内空气被抽走,空气越来越稀薄时,钟声越来越小,由此推理出:真空不能传声。
以上这些科学方法,只是在初中物理探究实验中使用的一些常见科学方法。还有在研究合力、探究串、并联电路的总电阻时的等效替代法以及用列表、图像处理数据的数学方法等,在此不能一一列举。初中学生掌握一些探究问题的科学方法是学好物理的要求,又是今后发展所必须的。
研究物理的科学方法有许多,就初中物理探究实验常用的有观察法、控制变量法、等效替代法、转换法、放大法、模型法、科学推理法、归纳法等。
一、观察法
物理是一门注重实验的自然科学基础学科。人们的许多物理知识首先是通过观察,然后总结和思索得来的。牛顿著名的万有引力定律,伽利略发现单摆、奥斯特发现电生磁现象就说明观察的重要作用。在物理实验中,长度、时间、温度、质量、密度、力、电流、电压等物理量的测量,要通过物理现象发现问题都要求我们认真细致的观察,大部分探究实验首先用到观察法。
二、控制变量法
这是在物理探究中最常用的一种物理方法。物理学中对于多因素影响一个物理量的问题,常常采用控制变量的方法:每一次只改变某一个因素,而控制其余几个因素不变,研究被改变的这个因素对这个物理量的影响。分别对每个因素的影响加以研究,最后再综合分析归纳,这就是控制变量法。
在初中物理中,探究声音的响度和音调、探究影响蒸发快慢的因素、探究滑动摩擦力大小与那些因素有关、影响压力的作用效果的因素、影响液体压强大小的因素、影响浮力大小的因素、影响滑轮组的机械效率的因素、影响动能、重力势能大小的因素、探究影响电阻的大小的因素、导体中电流与其两端电压和电阻的关系、影响电流做功多少的因素、电流的热效应与哪些因素有关、探究影响电磁铁磁性强弱的因素、探究电磁感应条件等都应用了这种科学方法。
以欧姆定律的得出为例:由于导体中的电流与导体两端的电压以及导体的电阻都有关系,我们难以同时研究电流与导体两端的电压和导体的电阻的关系,实验中运用控制变量法:先控制导体的电阻不变,改变加在导体两端的电压,得到不同电压下导体中电流的多组数据,通过数据的分析处理得出导体中的电流跟这段导体两端的关系;再保持导体两端的电压不变,改变导体的电阻值,用同样的方法得到电流与电阻的关系。通过学生实验,让学生在动脑与动手,先找到这“两个关系”,再借助数学方法分析归纳最终得出欧姆定律。
利用控制变量法研究物理问题,注重了知识的形成过程和培养学生的科学素养,使学生学会学习。
三、转换法
初中物理科学内容分“物质”“运动和相互作用”“能量”三大部分,对于微观的物质、比较抽象的运动和相互作用的规律的认识,可以转化成学生看得见、摸得着的宏观现象或由于运动产生的效应来认识,这种方法在科学上叫做“转换法”。就像空气,我们可以根据空气流动(风)所产生的现象来认识它。例如研究分子的运动时,由于分子很小,我们是通过研究墨水的扩散现象去认识它的运动规律;对力的认识可以从物体受力发生形变或运动状态改变情况判断受力的情况;判断电路中是否有电流以及电流的大小时,根据电流产生的效应并根据通过导体产生的效应的大小来认识它;磁场看不见、摸不到,我们可以根据它对磁性材料的作用来认识它。
实验中的测量工具、一些实验设计都运用了转换法。如温度计、测力计等实际把物理量测量转化为长度的测量;用弹簧测力计测重力、摩擦力,转换成弹(拉)力的测量;还有大气压强的测量(转换成求被大气压压起的水银柱的压强)。研究物体内能与温度的关系(转换成测出温度的改变来说明内能的变化);在研究电热与电流、电阻的因素时,我们将电热的多少转换成液柱上升的高度;研究动能与什么因素有关时,看小球在平面上滑动的越远则说明它的动能越大。以上列举的这些探究均应用了这种科学方法。
四、放大法
有些实验中,实验的现象不容易观察。可以对实验现象或产生的效果放大后研究。比如音叉的振动很不容易观察,所以我们把振动的音叉接触水面,四溅的水花就把音叉的振动放大。观察压力使物体形变时,将玻璃瓶密闭装水,插上一个细玻璃管,玻璃管中液面的明显变化放大玻璃瓶的微小形变。实验所用仪表的指针做的很长,就是一种机械放大;显微镜、望远镜甚至温度计都用了光学放大。
五、物理模型法:
实验探究的内容往往抽象复杂,采用物理模型法。简化后的模型要表现出原型所反映出的特点、知识。物理中很多知识都应用了这个方法,比如有:液柱、(在推导液体的压强公式的时,用一个液柱作为研究的对象)液片、(在研究连通器的特点、大气压的测量时在某一位置取了一个液面,分析此液面所受到的压力和压强,利用理想化模型法)光线、(在学习光传播时,使用一条带箭头的实线来表示光的传播路径方向)磁感线(为了便于研究磁场,用磁场中铁屑的分布来模拟磁感线,将我们研究的问题简化),再如用太阳系模型代表原子结构,用简单的线条代表杠杆等。
六、科学推理法
有一些物理规律、结论不可能直接验证,我们先在尽量接近实验条件的基础上进行实验,再通过合理推理得出正确结论,即运用实验+推理的方法,这也是一种常用的科学方法。如牛顿第一定律的得出,就是先进行这样的实验:以相同速度到达平面的物体,平面越光滑,运动的就越远。从而我们就推理,如果平面绝对光滑,物体将永远做匀速直线运动。将一只闹钟放在密封的玻璃罩内,随着罩内空气被抽走,空气越来越稀薄时,钟声越来越小,由此推理出:真空不能传声。
以上这些科学方法,只是在初中物理探究实验中使用的一些常见科学方法。还有在研究合力、探究串、并联电路的总电阻时的等效替代法以及用列表、图像处理数据的数学方法等,在此不能一一列举。初中学生掌握一些探究问题的科学方法是学好物理的要求,又是今后发展所必须的。