探究式物理教学中渗透探究方法应用之研究

林军

摘要：在探究式的物理教学过程中，学生是探究的主体，教师做为探究的引导者，需要解决的是如何让学生通过自己的分析挑选某种方法进行科学探究.“授人以鱼，不如授之以渔，授人以鱼只救一时之急，授人以渔则可解一生之需.”让学生在探究式的学习过程中拥有自己的想法和尝试解决问题的方法，是激发学生学习兴趣和学习主动性的关键.

关键词：探究式物理教学；渗透；探究方法

物理学是一门研究自然界最普遍的物质运动及其形态，物质组成以及各层次的结构，相互作用和运动的基础性学科，是自然学科和技术进步的基础.物理学发展的过程中积累了一定的知识体系和一系列的探究方法和手段.中学物理教育的目的就是让学生了解这样的知识体系，体会到物理学对于科学技术发展的重要性，在生活中处处感受到物理学的存在.高尔基说过： “如果学习只在模仿，那么我们就不会有科学，就不会有技术.”所以我们进行中学物理教育更重要的是通过物理探究过程，掌握物理探究的方法，培养科学严谨的态度与作风.运用科学的思维方法敏锐的发现问题，提出验证猜想的方法并尝试与验证，促进物理学的再发展，并在这个过程中培养继续学习和创新思维，提高自身的终身学习能力.

当我们通过一些生活的现象或者实验现象提出各种各样的猜想后，需要设计或者模拟实验来获取一定的比较形象的实验数据来判断猜想的正确与否，而获取实验的数据是需要一定的手段的，有些数据或现象不能直接测量或观察，需要我们通过一些巧妙的手段来解决，这就是物理学探究过程中采用的科学手段.美国教育家杜威说：“如果学生不能筹划他自己解决问题的方法，自己寻找出路，他就学不到什么；即使他能背出一些正确的答案，百分之百正确，他还是学不到什么.”科学方法犹如行动纲领一样，科学知识伴随着它应蕴而生，所以学习物理最重要的莫过于掌握科学的探究方法.下面浅谈一下笔者在教学过程中渗透科学探究方法的一些认识和做法.

一、精确定位，逐个检查，感受控制变量法

控制变量法是基于学生对于某个要探究的问题提出若干猜想后，为了逐个确定每个猜想是否对所要研究的物理量是否有影响，采用控制其他物理量不改变，只改变所要研究的猜想，将改变前后的实验现象或数据进行对比得出结论的方法.控制变量法在物理探究过程中最常见，是最为基本的物理探究方法之一.在当前的物理教学中存在着将探究性实验变味为验证性实验的现象，很多时候很多教师在教学过程中为了省时间只要求甚至只允许学生进行和所要研究的物理量有关联的因素进行猜想，而将在教师看来不合理的猜想因素直接否定.常此以往的结果是造成学生不敢进行大胆的猜测，极大地挫伤了学生的积极性和发散性思维.学生在进行猜想的时候往往根据直觉，其中有科学性的猜想，当然也有不科学的猜想.如何使学生在一系列的探究过程中提出有针对性的猜想是需要教师的引导和学生自己通过整个过程慢慢领悟的，只要学生能够有自己的方法对猜想进行有效验证就达到了“授之以渔”的目的，对于后续性学习和将来的自我探究性学习在能力上就有了基础.如，在初中教材中“研究液体内部的压强与哪些因素有关”的实验过程中，学生提出的猜想非常多：可能与深度、密度、方向、液体的多少、容器的形状、温度等因素有关.在教学过程中不能直接将液体的多少、容器的形状这两个因素直接去除，否则学生没有经过自己的验证往往没有比较深刻的理解而导致“死记硬背”.教师可以引导学生控制其他所有提出的猜想相同，分别只让液体的多少和容器的形状两个猜想不同，利用压强计进行实验验证，而温度因素可以引导学生分析将其归入密度因素，原因是温度变化将导致液体的密度的变化.将提出的猜想进行合理的归类后再让学生自己挑选实验器材并经历控制变量逐个探究的过程从而得出液体内部压强的规律和影响因素.学生在整个过程中经历了提出猜想、如何甄别猜想的合理性、将猜想分类再利用控制变量的方法探究，培养了学生的发散性思维、理性分析和科学探究等一系列的能力，所得收获远非最后的实验结论.初中阶段许多知识点都需要通过这一科学探究的方法得出，教师应该多创造实验条件，不限制学生的思维，通过反复多次的猜想、讨论、交流和实验，这一科学研究方法会在学生心中生根.

二、由表及里，感受转化法的应用

物理学的原理相对于其他原理在实际生活中的表象是比较抽象的，在研究一些看不见、摸不着的现象或者测量一些不易直接测量的物理量的时候，通常用一些直观的现象去认识物理本质或用一些易测量的物理量来间接测量，这就是探究式教学中的又一种重要方法——转化法.物理学中的质量、长度、时间、温度等物理量是比较直观且容易测量的，我们在日常生活中经常接触.而对于热量、功、电能等物理量在生活中却几乎不接触，将这些比较抽象的物理量通过前面的直观的物理量反应不失为一种化繁为简、化抽象为具体的方法，不仅降低了理解的难度，也为我们将抽象现象逐步转化成具体的存在形式提供了一种有效的方法.如，在“研究影响动能大小因素”的实验中，如何才能测量从斜面上滚下的小球的动能的时候，通过小球对木块做功将小球的动能转化成木块克服摩擦所做的功，比较木块克服摩擦所做的功的时候通过比较相同木块（摩擦力相同）在水平面上滑行距离的远近来比较.不仅通过所测物理量在物体间的转换，还通过直观的距离这个物理量来表现功这个抽象物理量，巧妙的实现了化抽象为形象，化复杂为简单.转化法在声、光、力、能量、电学中无处不在，教师在教学过程中应该给予学生利用转化法设计并进行实验的机会，学生可以通过不同的手段来达到同样的目的，学生在交流的过程中能够逐渐体会到物理实验的方法和手段的丰富多样，并能够在多种实验手段的优劣比较过程中提高实验设计及操作能力和多样性思维，真正利用好实验这一科学手段学习物理学.

三、顺势而为，理想实验法（推理法）

物理学有时候需要研究一些我们生活空间范围内无法完成的实验，而采用通常情况下能够完成的实验来观察所要研究对象变化的趋势，在此基础上经过概括、抽象、推理得出规律的方法.这种方法就是物理学中常用的理想实验法，它是在原有实验事实基础上思维的延伸，并不是主观的臆断.这种探究的方法无疑是走在技术手段之前的一种略显无奈的实验探究的手段，但是利用它得到的物理规律往往又会促进科技的发展.“牛顿大炮”的设想基于扔出的石块速度越大落地点就越远的事实基础之上，大胆设想速度足够大的时候将围绕地球运转.这个推理结论在当时是多么“天方夜谭”，但是现在我们利用当初的结论享受着卫星给我们的生活带来的巨大变化，体会着科学探究方法带来的成果.科学需要我们尊重事实，又需要我们大胆设想，理想实验法就是两者的结合.“声音无法在真空中传播”，牛顿第一运动定律的得出，都需要理想实验法，在平时的教学过程中，教师应该提供并创造条件让学生经历并体验理想实验的整个过程，对学生的创新思维和发散性思维是非常好的锻炼.

四、异曲同工，等效替代法

等效法是在效果相等的前提下将实际复杂的物理过程转化为简单的、易于研究和处理的方案来处理的方法.这种方法的优点在于能够将实际不能测量的物理量经过替代之后进行测量，将抽象复杂的问题简单化、实际化，在物理学中有着广泛的应用.如，在研究“平面镜成像特点”的实验过程中，如何比较物与像到平面镜的距离关系的时候，实际蜡烛到平面镜的距离可以用刻度尺直接测量，但是虚像到平面镜的距离是不可能直接测量的，因为这个虚像不是实际存在的物体.如何在效果相同的情况下找到虚像的位置并能够使之可以测量呢？利用一根等长的蜡烛，采用 “视差法”使实际的蜡烛和虚像完全重合，在这里需要比较的是物与像的大小关系以及物与像到平面镜的距离关系，利用实际蜡烛替代蜡烛的虚像只改变了虚实，对于大小关系和距离关系并无影响，就所要测量的物理量来讲效果是一样的，经过这样的“等效替换”，原来看似不可能的测量变得实际而易操作，有“柳暗花明又一村”的感觉.这种方法在初中物理中许多地方应用，如，研究串并联电路电阻特点的过程中引入“总电阻”的等效物理量，力学中引入“合力”的概念等.教师在引导学生尝试使用这种方法的过程中最为关键的是如何做到“等效”，必须做到需要研究或测量的物理量在利用所选的物理量替代之后是没有影响的.

五、触类旁通的类比法

类比是一种物理学中常用的推理方法.它通常用于将一类具有相似之处的物理现象归纳相同的地方，达到触类旁通的效果；或者利用人们熟知的、形象的现象去说明那些无形的、陌生的现象.初中物理中有许多用比值定义的物理量，最先接触的是速度的定义，在熟悉这一定义后再接触到“密度”、“压强”、“功率”等物理概念的时候就可以利用类比的方法轻易掌握这些物理知识，在这里类比法起到归纳的作用，降低了学生对新的物理知识的认知难度.在学习声波的时候将生活中的水波与之类比，在学习电压电流的时候将水压水流与之类比，很好地让学生理解这些抽象的物理现象，很好地利用了学生熟知的有形的物理现象去理解无形的物理现象.在让学生了解宇宙起源过程中，用气球类比宇宙、用粘在气球上的小塑料颗粒类比天体，突破了时间上的限制，很好的显示了宇宙的起源以及演化过程.在向学生渗透这种物理研究方法的时候需要让学生明确类比的两种物理现象大多在表象上有相似之处，在本质原因上是有区别的.

六、化虚为实，建立模型法

初中物理中有许多客观存在但是在日常生活中又难以直接观察到的物理现象，如，光现象和磁现象中的光和磁难以直接观测.我们通常是利用转化的方法将光传播的规律和磁体的特点研究出来之后提出如何将光的传播规律和磁体周围的“特殊物质”的特点表示出来，引导学生利用带箭头的直线来表示光的传播规律、利用带箭头的曲线和疏密来表示“特殊物质”的分布特点.利用这种建立实实在在的模型的方法方便学生对于抽象物理规律的理解，有利于学生从形象思维到抽象思维的转化，也帮助学生如何利用假想的模型来理解抽象的物理规律，为学生在形象与抽象之间建立了一座桥梁.建立模型的方法在初中物理中很多，如，研究物质的构成时，卢塞福建立了原子行星模型，很好地解释了生活中关于物质构成的一系列现象.建立模型这种方法的目的是将抽象的事物具体化，复杂的事物简单化，便于人们了解各种复杂抽象事物的内在规律和本质，在初中物理教学中教师也应该注意渗透这种方法，使学生遇新不惧，培养良好的解决问题的能力.