物理教学中几种科学方法的探讨

摘 要：科学方法是连接知识和能力的纽带。物理教学过程中应把科学方法渗透到教学活动中，恰当点拨，才能不断提高学生的科学探究能力，提高他们的科学素质。本文探讨了物理教学中的几种常见科学方法，分别为控制变量法、等效替代法、转换法、理想模型法。

关键词：科学方法，控制变量法，等效替代法，转换法，理想模型法

科学方法是连接知识和能力的纽带。"掌握一种科学方法胜过解答十个问题。"对研究方法的学习和考查体现着一种新的教学理念，学生只有真正掌握了研究方法，才能有效解决实际问题，真正提高自己的创新意识和能力。

下面就来探讨物理教学中常用的一些科学方法。

一、控制变量法

所谓控制变量法，就是在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的因素和条件加以人为控制，只改变某个变量的大小，而保证其它的变量不变，最终解决所研究的问题。

这种方法在实验数据的表格上的反映为：某两次实验只有一个条件不相同，若两次实验结果不同，则与该条件有关，否则无关。反过来，若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关，则应只使该因素不同，而其他因素均应相同。

在物理教学中有许多概念或规律的探索过程，都要用到控制变量法。例如，在探究"影响滑动摩擦力大小的因素有哪些？"的实验中。

学生首先通过生活经验猜想：

1、可能与压力大小有关，

2、可能与接触面的粗糙程度有关。

在实施科学探究的过程中，为了验证猜想1是否正确，要使小木块始终在同一水平面上做匀速直线运动，只是改变小木块对水平面压力的大小；为了验证猜想2是否正确，就要使小木块对水平面的压力不变，只是改变水平面的粗糙程度，依然让小木块做匀速直线运动。这样就较好地控制了变量，从而能够得出正确的结论。

在这里，老师一定要强调实验中需要控制的变量就是压力或接触面的粗糙程度，使学生体验到控制变量的思想，为以后的探究实验作好方法上的准备。

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。通过控制变量法，可以让我们很方便的研究出某个物理量与多个因素之间的定性或定量关系，从而能得出普遍的规律。

二、等效替代法

在物理实验中有许多物理特征、过程和物理量要想直接观察和测量很困难，这时往往把所需观测的变量换成其它间接的可观察和测量的变量进行研究，这种研究方法就是等效替代法。

等效替代法是常用的科学思维方法。等效是指不同的物理现象、模型、过程等在物理意义、作用效果或物理规律方面是相同的。它们之间可以相互替代，而保证结论不变。运用这样的方法可以使所要研究的问题简单化，直观化。

有一个广为人知的历史故事──曹冲称象。他运用的就是一种等效替代的思想，他是用石头替代了大象，效果相同，巧妙地测出了大象的重量。

很多伟人也经常会用等效法来使研究问题简化，例如，爱迪生用围成一圈的平面镜的反射光等效多个太阳造成了无影灯，他的助手阿普顿在苦苦计算灯泡的容积时，爱迪生却告诉他只需要把灯泡装满水，测量水的体积即为灯泡的容积。还有阿基米德在洗澡时发现了鉴别王冠真假的方法，从而也导致了一个重要的原理──阿基米德原理的发现。

这样看来，当测量器材无法直接测量某个物理量时，就要设法用可以直接测量的物理量来取代不能直接测量的物理量，这就是"等效替代法"。采用此方法时，要注意的是直接测量的与不能直接测量的物理量之间要有内在的联系，找到这种内在的联系，也就完成了实验的设计。等效替代法还可以用在一些器材的等效上，如果在研究某一个物理现象和规律中，因实验本身的特殊限制或因实验器材等限制，不可以或很难直接揭示物理本质，而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代，这样不仅能顺利得出结论，而且容易被学生接受和理解。

三、转换法

所谓"转换法"，主要是指在保证效果相同的前提下，将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象；将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题；将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法。

例如，在探究电流热效应与电阻关系的实验中，电流通过阻值不等的两根电阻丝产生的热量无法直接观测和比较，而我们通过转换为让煤油吸热，观察煤油温度变化情况，从而推导出哪个电阻放热多。

物理中有很多地方都用到了转换法的原理。探究物体升温吸热的多少与哪些因素有关时，可通过观察放入其中的相同电热器加热时间的长短来判断吸热多少。探究力、电流、磁场时，由于它们都是看不见摸不着的东西，我们可以利用力所产生的效果、电流产生的各种效应、磁场的基本性质来研究它们。比如可以通过泡沫塑料凹陷的程度来知道压力的作用效果大小，用电灯是否发光来感知电流的有无、用电磁铁吸引大头针的个数来判断其磁性强弱。再如，把发声体的微小振动用泡沫塑料球的振动来进行放大，把物体热胀冷缩的微小变化用细管中液柱的高度变化来放大。

转换法可以通过转换研究对象、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，间接地解决问题。这对于学生的想象设计能力和创造性思维品质的培养是大有益处的。

四、建立理想模型法

纵观物理学发展史，许多重大的发现与结论，都是由于科学家们经过大胆的猜想构思，创建出科学的理想化的物理模型，并通过实验检验或实践验证，在模型与事实基础很好吻合的前堤下获得的。

实际现象和过程一般都十分复杂，涉及到众多因素，采用模型方法可起到简化和纯化的作用。忽略次要因素，从复杂事物中抽象出理想模型，合理近似的反应所研究事物的本质特征，这种研究问题的方法叫理想模型法。

伽利略和牛顿构建了光滑这一理想化的模型，才有惯性定律的重大发现。法拉第在1852年，对带电体、磁体周围空间存在的物质，设想出电场线、磁场线一类力线的模型，并用铁粉显示了磁铁周围的磁力线分布形状，从而建立了场的概念，对当前的传统观念是一个重大的突破。卢瑟福也在1911年构思出肉眼观察不到的原子的核式结构模型。

例如，我们在研究真空能否传声的时候，将一只小电铃放在密闭的玻璃罩内，接通电路，可清楚的听到铃声，用抽气机逐渐抽去玻璃罩内的空气，听到铃声越来越弱，这说明空气越稀薄，空气的传声能力越弱。实验中无法达到绝对的真空，但可以通过铃声的变化趋势，推测出真空不能传声，这与牛顿第一定律的建立过程是非常类似的，这属于理想实验法。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。

我们熟悉的理想化模型还有：光线（光线是看不见的，我们使用一条看得见的实线来表示，就将问题简化利用了理想化模型）、杠杆（只要能绕着固定点转动的物体都可以看作是杠杆，实际上杠杆在使用时，由于受到力的作用，都会引起或大或小的变形，但我们忽略不计）、力的示意图是实际物体和作用力的模型、磁感应线等等。正是引入了这些理想化的物理模型，才得以使我们面对许多复杂的现实问题，通过简化处理能够比较顺利地予以解决。

我们也常常运用理想化方法，对于某些问题可以通过寻找和建立合适的理想化模型来处理，即将研究对象、条件等理想化，以达到化繁为简的目的。

另外常用的科学方法还有猜想法、观察法、实验法、类比法、图像法、表格法、归纳法、比较法、演绎法、推理法、假设法、隔离法、整体法、逆向思维法、累积法等等。

总之，在物理教学中，蕴含着许多科学方法，我们既不能视而不见的忽视它，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，让学生领悟科学的本质，培养他们的科学思想以及创新思维，提高他们的科学素质。