科学探究转换法之感悟与思考

科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式。要培养学生分析和解决问题的能力，初中物理探究实验的设计和实施显得尤为重要。

物理课程标准要求，在突出科学探究内容的同时，重视研究方法的指导，使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中，逐渐拓宽视野，初步领悟到科学研究方法的真谛。科学探究过程中方法有许多，经常用到的有观察法、实验法、比较法、类比法、等效替代法、转换法、控制变量法、理想结构模型法、推理法等。在研究某些物理知识或物理规律时，有可能同时用到几种研究方法，而同一种研究方法在探究不同的物理知识和物理规律时所表现出来的实质却并不相同。笔者根据自己的教学实际情况，结合初中物理教材，对转换法谈谈自己的感受、体会。

1 认识过程中的转换

1）物理教学中经常会提到对物理现象的认识，但有的物理现象不便于直接观察，这时通过转换变为易观察的量。例如，讲声音是由物体振动产生的，往往会取出一正在发声的音叉。但音叉的振动很不容易观察，所以利用小泡沫球靠在正在发声的音叉上，利用小泡沫球被弹开而摆动来说明发声的音叉在振动；又可将发声的音叉放入水中会溅起水花，通过这些手段将音叉振动的现象放大；还可在振动的鼓面上放上小纸团，小纸团跳起将鼓面的振动放大；等等，这些现象都可形象地说明发声的物体在振动。

在进行压力概念的教学时，会和学生明确压力能使物体发生形变，但学生经常会提出受到压力是否一定发生形变，他们会说手用力握一个玻璃瓶，玻璃瓶并没有发生形变；用手掌压课桌，课桌没有发生形变。这时可演示小实验：①将玻璃瓶密闭，装水（可放入一些高锰酸钾颗粒，使其变成红色的水），插上一个小玻璃管，将玻璃瓶的形变引起的液面变化转换成小玻璃管内液柱高低的变化；②在水平桌面上放一平面镜，用镭射激光小电筒照在镜面上后反射光斑落在天花板上，这时用手掌压课桌同时观察光斑，会看到光斑明显移动，将课桌的形变转换成光斑的移动。

2）认识通常分为对宏观现象和微观现象的认识。宏观学生比较容易接受，但一些比较抽象的看不见、摸不着的物质的微观现象，必须通过转换使之成为学生熟知的看得见、摸得着的宏观现象来认识。

如在进行分子动理论教学时，分别会讲到分子间有空隙，分子间有相互作用的引力和斥力，分子在永不停息地作无规则运动，这些学生都不能直接看到、感受到，可以通过以下实验来让学生认识。实验一：通过水和酒精混合后体积的变化来认识分子间有空隙。实验二：让学生体会铁条很难被拉断、铁块很难被压扁来认识分子间有引力和斥力。实验三：演示液体（硫酸铜溶液和水）、气体（氮气和空气）的扩散现象来认识分子的运动。实验四：在进行电流的教学时，电流看不见、摸不到，如何判断电路中是否有电流？可以根据电流产生的效应来认识它：灯泡是否发光，导线是否发热，与导线平行放置的小磁针（南北放置）是否发生偏转等。实验五：在进行磁场是一种物质的教学时，怎样使学生认识这种看不见、摸不到的物质？可以将小磁针放入磁场中，通过磁场对小磁针的作用来认识它。

2 测量过程中的转换

初中物理教学要求学生会对一些物理量进行测量，而在测量过程中经常有一些物理量不容易测量或不能直接测得，这时可以将那些不能直接测量的物理量转换成直接测得的物理量。如在用量筒（量杯）测不规则小石块的体积实验中，将小石块的体积转换成排开水的体积，把不规则的形状转换成规则的。在进行长度的特殊测量教学时，有测地图上曲线的长短例子和测硬币的直径的例子，这时利用转换法将曲线的长度转换成细棉线的长度，利用平行法将硬币的直径转换成刻度尺上的长度。在研究影响滑动摩擦力大小的因素实验中，如何测量滑动摩擦力？这时利用二力平衡的原理，水平匀速直线地拉动木块，将测摩擦力的大小转换成测拉力的大小。在测液体压强时，利用压强计将液体的压强转换成能看到的液柱高度差的变化；在力的测量时将力的大小转换成弹簧的伸长量；等等。

3 实验过程中反映物理量大小的转换

在这一实验过程中，影响因素由学生猜想得出，然后利用控制变量法逐个进行研究。但是在实验过程中控制变量法学生往往都能想到并在设计实验时考虑到具体的方法，而对于最终如何来反映要研究物理量的大小时，学生往往束手无策、一筹莫展。这就要求教师正确引导和启发学生如何利用转换法来反映该物理量的大小。笔者认为这个转换可分为两类：一类是学生通过生活常识、经验就能想到的转换；另一类是必须结合该物理量的定义进行转换。下面就通过结合书本实例及教学实践谈谈这两类转换。

学生通过生活常识、经验就能想到的转换 如在进行研究影响电磁铁磁性强弱与哪些因素有关的实验时，对如何反映电磁铁的磁性强弱，学生很容易想到可通过电磁铁吸引大头钉数目来实现，还有学生提出可以通过比较吸引钩码的重力来反映磁性的强弱。这些方法都简易、方便、有效，实践表明效果非常好。在研究比热容的概念时，如何比较水和沙子吸收热量的多少？教师可给予适当的提醒，比如为何要用完全相同的加热方式，引导学生，学生经讨论后可想到通过加热的时间反映水和沙子吸收的热量的多少。在研究电流通过导体时导体产生热量与哪些因素有关的实验时，如何反映产生热量的多少？学生根据物体吸热后温度会升高的知识，能够想到给水加热通过水升高的温度来反映导体放出热量的多少（实际操作时可对煤油进行加热）。

结合物理量的定义进行转换 如在研究影响动能大小的因素实验时，如何体现动能的大小？书本上直接给出了通过判断小车推动木块的距离来反映动能的大小。笔者在进行这一实验探究时，给学生充分的时间讨论为何木块移动的距离可反映动能的大小，在学生讨论时适时地给予点拨提问，如是否有力作用在木块上？木块有没有在力的方向上通过一段距离？小车是否对木块做功？很自然的学生可得出木块被推得越远，小车对木块做的功就越多的结论。得出这一结论后又提出为何小车做的功越多，小车动能就越大？学生通过讨论最终会想到能量的定义是物体具有做功的本领，能量越大的物体做功的本领就越强，能做的功也就越多。笔者认为这一转换法体现了转换的精髓，在还没有掌握影响这一物理量的因素时，如何体现这一物理量的大小？通过物理量本身的定义来转换，是科学的转换法，学生如果掌握了这一方法将受益匪浅。

如在研究电流做功的大小（电功）与哪些因素有关的实验中，学生在猜想这一环节基本没有问题，都能想到与电流（I）、电压（U）、电阻（R）、通电时间（t）等因素有关。但在涉及到怎样反映电功的大小时，不少学生没有具体的方法。有部分学生利用前一节讲到的电能表可以测量电功的知识，提出在电路中接入电能表这一想法。笔者首先肯定了这一方法，同时指出在具体实验时由于电功较小，无法通过电能表测得，得另想办法。这时结合在研究影响动能大小实验时用到的方法提示学生，给学生充足的时间讨论，但不再像研究动能时进行逐步引导。最终学生都统一了用一种方法：比较有多少电能转化为其他形式的能的大小来反映电功的大小，如比较接入电路中灯泡的亮度。

以上是笔者在多年的教学过程中结合8、9年级物理教材对科学转换法的一些归纳和想法。在初中物理教学过程中蕴含着许多科学方法，既不能忽视，又不能就方法讲方法，而应把握各种物理研究方法的本质和精髓，把科学方法渗透到教学活动中，从而不断提高学生的科学探究能力。