初中研究方法物理实验论文

1“设计实验与制定计划”要素中如何进行研究方法的渗透

《标准》中明确指出:“设计实验与制定计划”环节，要尝试考虑影响问题的主要因素，有控制变量的意识。由此可见，在该环节中首先有必要渗透的就是控制变量法。物理学中对于多因素(多变量)的问题，常常采用控制因素(变量)的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题，而只改变其中的某一个因素，从而研究这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。

现实情境中的物理问题往往多种因素共同作用，如果能使用控制变量法简化为研究对象与单一因素分别研究，就能简化问题，降低难度。下面以“液体内部压强与哪些因素有关”为例来谈控制变量法在“设计实验与制定计划”环节中的具体应用。猜想1:液体内部的压强，可能与液体的深度有关;猜想2:液体内部的压强，可能与液体的密度有关;猜想3:液体内部的压强，可能与方向有关．由于已经猜想液体内部压强与三个因素有关，故而在实验设计时就必须使用控制变量法。第一个阶段由教师直接告知部分实验设计方案，进行隐性教育:在研究与液体深度的关系时，应该保证液体密度、方向相同，比如都在水(同种液体)中且朝同一方向，并多次改变所处深度进行实验，再观察实验现象。第二个阶段由教师和同学共同探讨、交流，进行显性教育。得出在研究液体内部压强与液体密度关系时，则应该使得每次所处深度及方向相同，并多次选择密度不同的液体进行实验，再观察实验现象。第三个阶段:把研究液体内部的压强与方向的关系完全交给学生，让学生主动进入方法应用阶段。第四个阶段:研究方法的内化。引导学生总结出多因素的问题需要用到控制变量法，要研究的因素必须多次改变，暂时不研究的因素要保持不变，然后观察研究对象。

控制变量的研究方法渗透进去了，但“液体内部压强与哪些因素有关”的实验设计并没有完成。在研究与液体深度的关系时，可以直接观察同种液体、同一方向的不同深度时，并不能直接观察到压强这个量，就更无法判断压强的大小是否有发生变化。所以，还需要重点渗透转换法。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。仍然以“液体内部压强与哪些因素有关”为例来谈转换法如何在“设计实验与制定计划”环节中进行渗透。第一个阶段可由教师直接告知“研究发声体是否在振动”时的实验设计方案，进行隐性教育:将纸屑置于鼓面，观察纸屑是否发生跳动。第二个阶段由教师和同学共同探讨、交流，进行显性教育。探究固体压强的大小与什么因素有关，固体压强大小是否可以直接观测，不能直接观测时是如何解决这个问题的。第三个阶段:把液体压强大小如何观测这个问题直接交给学生。让学生自行得出液体压强无法直接观察，而液体压强的作用效果却是可以直接观察的。引导学生得出液体压强有使得物体发生形变的作用效果，进而引导学生选择体积易于形变的物体放入液体中，如空心气球。并进一步得出气球浸没后，若液体压强变大，则气球体积会变小，容器内的液面高度也会随之降低。即液面降低则液体压强增大，液面升高则液体压强减小，液面不变则液体压强不变。当实验的设计完成后可以提供相应的器材让学生自行完成实验。也可以给出液体压强计让学生通过迁移的方法来说出液体压强计的原理和使用方法，让学生学会使用液体压强计，并用该仪器设计一个较好的实验方案。第四个阶段:研究方法的内化。引导学生得出，在实验中遇到不可见、不易见的物理现象时可以转换成可见、易见的现象;遇到陌生、复杂的问题时可以转换成熟悉、简单的问题;遇到难以测量或测准的物理量时可以转换成能够测量或测准的物理量。控制变量法和转换法在探究实验的“设计实验与制定计划”要素中有很高的复现率，如果按所述四个阶段反复应用、渗透会有利于形成稳定的心理特征，从而提高学生使用这两种方法的能力。

2“进行实验与收集证据”要素中有必要进行研究方法的渗透

进行实验与收集证据要素在整个科学探究中非常重要。设计的实验与制定的计划必须通过这一要素来实施。关于“进行实验与收集证据”要素，标准中指出:“能通过观察、实验和公共信息资源收集证据”、“会阅读简单仪器的说明书，能按要求进行操作”。可见这个科学探究要素中能检验学生对理论知识和基本技能的掌握与运用，能培养学生的观察能力和信息收集能力。部分教师错误地认为该要素只需要按设计好的方案按部就班即可，不再需要研究方法的渗透。而笔者认为，该要素中不仅需要渗透相关研究方法，而且要求学生对研究方法的理解很深刻。下面笔者通过两个实例来说明。

在“探究液体蒸发快慢与液体表面空气流动速度”时，使得液体表面积、液体温度及液体质量相同，并用电吹风对着左边玻璃板吹风，然后记录两边液体各自蒸发完的时间。可以发现在“设计实验与制定计划”要素中学生很好地应用了控制变量法和转换法。但是在进行实验时，学生对着左边玻璃板吹风，就会出现如图1所示的现象。在这个过程中，可以观察到左边玻璃板上的水滴表面积明显增大。

在“探究弦乐器的音调与松紧的关系”时，选用了三根长度、粗细相同的尼龙线，并使得尼龙线的松紧分别不同。在进行实验时，学生一旦改变尼龙线的松紧，尼龙线的粗细就会随之发生变化。于是该组实验将有弦的粗细、弦的松紧两个因素不同。所以该实验有必要更换成不易被拉伸的钢丝来完成实验。该实验同样要求在进行实验时学生要有控制变量的意识。由以上两个例子可以知道，在进行实验与收集证据环节不仅仅是对知识与技能有要求，同时对研究方法也有高要求。这就说明在“进行实验与收集证据”要素中有必要进行研究方法的渗透。

3“分析与论证”要素中如何进行研究方法的渗透

关于“分析与论证”要素，在《标准》中明确提出:“经历从物理现象和实验中归纳科学规律的过程”、“能对收集的信息进行简单归类及比较”、“能进行简单的因果推理”。可见在“分析与论证”要素中最重要的就是:会使用归纳推理这种研究方法。对初中生进行归纳推理能力的培养，还可以使得学生理解其他研究方法运用的一般规律。因此，归纳推理方法也可看作是许多研究方法的应用基础。中学阶段很多物理概念也是通过物理现象和实验归纳推理得到的，所以说归纳推理能力运用不仅存在于科学探究过程中，它还贯穿于整个初中物理学习过程。

归纳推理(inductiveinference)，从个别性或特殊性知识的前提推出一般性知识结论的推理。物理归纳推理:由个别性的物理判断推断出一般性的物理判断。归纳推理又分为完全归纳推理和不完全归纳推理。完全归纳推理的特点是:在前提中考察了一类事物的全部对象，结论没有超出前提所断定的知识范围。因此，其前提和结论之间的联系是必然的，运用完全归纳推理获得正确的结论，必须满足两条要求:(1)在前提中考察了一类事物的全部对象;(2)前提中对该类事物每一对象所作的断定都是真的。例如:通过实验得到固体中可以传播声音，液体中可以传播声音，气体中可以传播声音，实验结论:声音可以在介质中传播。在得完实验结论后，应该引导让学生体会完全归纳推理的逻辑形式:S1是PS2是P……Sn是PS1，S2，…，Sn是S类的全部对象所以，所有S都是P。

完全归纳推理通常适用于数量不多的事物，当所要考察的事物数量极多，甚至是无限的时候，完全归纳推理就不适用了，而需要运用另一种归纳推理形式，即不完全归纳推理。这里以“探究液体内部压强与哪些因素有关”为例，就如何通过四个阶段来渗透“不完全归纳”进行示例。在收集到相关数据后，就可以进入“分析与论证”要素。第一个阶段由教师直接告知，进行隐性教育:选取①、②、③三组数据，可以看到液体种类和深度是保持不变的(运用了控制变量法)，橡皮膜的方向有三种:朝上、朝下、某一个侧面，但是研究对象液体压强(表中观察的是压强计左右液面高度差，运用了转换法)并没有发生改变。得出实验结论:液体内部压强与方向无关。第二个阶段由教师和学生共同探讨、交流，进行显性教育。选取⑤、⑥、⑦三组数据，可以看到深度保持不变，在密度最大的盐水中液体压强最大，在密度较小的水中液体压强压强较小，在密度最小的酒精中液体压强最小。虽然只研究了三种液体，但是可以根据研究目的合理地扩大研究对象的范围，进一步推理出一般结论。即:在深度相同时，液体压强随液体密度的增大而增大。第三个阶段:把“探究液体压强与深度的关系”完全交给学生，让学生主动的进入方法应用阶段。第四个阶段:方法的内化，让学生一起体会不完全归纳推理的逻辑形式如下:S1是PS2是P……Sn是PS1，S2，…，Sn是S类的部分对象，并且其中没有S不是P所以，所有S是(或不是)P。

在分析与论证要素中，要将归纳推理和其他研究方法结合在一起进行渗透，才能达到较好的教学效果。如正确表述实验结论一直是学生的弱项。先来看一个错误的实验结论表述:深度越大，压强计两边液面高度差就越大。该表述的第一个错误就是没有控制变量。修改后的表述应该是:当液体密度相同时，深度越大压强计两边液面高度差就越大。该表述的第二个错误就是没有很好地理解转换法且忘记了实验目的，再次修改后的表述应该是:当液体密度相同时，深度越大液体压强越大。

4“评估”要素中有必要进行研究方法的渗透

《标准》明确指出:“有评估探究过程和结果的意识”、“能关注探究活动中出现的新问题”、“有从评估中吸取经验教训的意识”、“尝试改进探究方案”、“了解评估在科学探究中的意义。”由此可见，评估是对整个探究过程的科学性、合理性的反思，可以及时发现各探究环节存在的不足，进而改进探究方案。评估可以从很多角度出发，比如实验的合理性、安全性、节能环保等等。多因素影响的实验是否合理，其中一个非常重要的角度就是:是否准确地应用了控制变量法。由此可见，评估环节也需要研究方法的渗透。从控制变量的角度评估，主要有以下三个方面的内容:一是实验器材的选择是否合理。如“研究电阻大小与长度的关系”时，是否选择了粗细、材料相同而长度不同的电阻丝。二是探究过程中，是否按要求控制了其它因素保持不变，并使得研究的因素发生改变。如:“探究物体的动能与质量的关系”时，是否在多次改变小车质量的同时，有做到将小车放在同一斜面、同一高度自由滑下。三是实验结论的表述是否有注意到控制变量。如当压力相同时，接触面越粗糙物体所受滑动摩擦力越大。

在整个实验探究过程中，所要应用到的研究方法除这里所提到的控制变量法、转换法和归纳推理外，还有等效替代法、科学推理、放大法等等。在一次完整的实验探究过程中有时是结合其中一种有时是多种，这需要学生对各种研究方法有较深的理解。教师应该在课堂教学中不断地对各种研究方法进行渗透，让学生建立主动的应用意识，从而提高学生具体问题具体分析的能力。

作者：黄荣胜 单位：南昌市外国语学校