初中物理常用的科学研究方法

杨新宇

[摘 要]文章结合实例介绍初中物理常用的科学研究方法，充分挖掘教材中蕴含的科学研究素材，方便教师在以后的教学中运用，有效解决问题，提高课堂教学质量。

[关键词]初中物理；科学研究方法；常用

[中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）14-0048-02

物理科学研究方法是连接知识和能力的纽带，物理课程标准要求在物理教学过程中，在突出科学探究内容的同时，重视对学生进行物理科学研究方法的指导，让学生在科学探究、学习物理知识的过程中，领悟科学研究的真谛。

本文结合物理教学案例，说明物理研究方法，以便学生理解把握相关物理问题的解决思路，进而培养学生应用物理知识和方法解决实际问题的能力。

一、理想化方法

理想化方法是一种重要的研究物理问题的方法，它是对某一具体事物的科学抽象，是结合所研究实际问题的具体需求，确定哪些因素是主要的和次要的，而后保留主要因素，忽略次要因素，排除次要因素的干扰，简明扼要地揭示问题的本质。 主要包括理想模型的构建和理想实验的设计。

初中物理中常见的理想模型有：匀速直线运动模型；“理想机械”模型，研究定滑轮、动滑轮和滑轮组的问题时，不考虑轴上的摩擦和滑轮自身的重力；“磁感线”模型，依照铁屑在磁场中的排列情况，画出一些有方向的曲线，这些曲线的方向跟放在该点的小磁针静止时北极所指的方向一致，这样的曲线叫磁感线，利用磁感线可以方便、形象地描述磁场；光现象中的“光线模型”“点光源”“平面镜”，分别把它们抽象成“一条带箭头的直线”“一个点”“一条线段”。

初中物理经典的理想实验是伽利略理想实验，伽利略在《关于两种科学的对话》一书中写道：“我们可以进而提出任何速度一旦施加给一个运动的物体，只要除去加速或减速的外因，此速度就可以保持不变，不过这只能是在水平面上发生的一种情形，因为在向下倾斜的平面上已经存在一种加速因素，而在向上倾斜的平面上则有一减速因素。由此可见，在水平面上的运动是永久的，因为，如果运动是匀速的，它就不能减小或者缓慢下来，更不会停止。”

理想化的模型和实验可以促进人们想象能力的提高，活跃人的思维，有助于培养人们的创造性思维和想象能力；可以让我们将实际事实外推，去完成实际中不可能完成的实验，从而使复杂的问题简单化，它在一定程度上为科学研究提供了一个新的方向。

二、类比法

类比法是指根据某些事物或某些物理现象所具有的物理特性，从而推测其他类似的事物、问题、物理现象也具有相同的物理特性。类比法的特点是对两种事物、两类问题、两类物理现象进行比较，然后进行合理的推理，从而得出物理规律。要求进行比较的事物、问题、现象具有相同点。

初中物理常见的类比有：（1）“声波”和“水波”的类比，“水波”在日常生活中可以直接观测，而“声波”看不见也摸不着。往平静的水面扔一石子，水面在石子的撞击下发生振动，水面上会形成一圈一圈的水波，向四面八方传播出去。当发声体振动时，会使附近的空气发生振动，由近及远地传播，因此，声音以“波”的形式传播。（2）“电流”和“水流”的类比，当存在水压差的时候，水就会沿着管道从高处往低处流动，在水管中就会形成“水流”。电荷在导线中发生定向移动，于是就形成了“电流”。形成水流，需要有“水压”，那么，形成电流，电路中就需要有“电压”。水在水管中流动时，会遇到障碍物的阻碍，采用类比的思维，电荷在导线中发生定向移动的时候，也会受到阻碍作用，我们把这种阻碍称为“电阻”。

三、转换法

转换法是在保证最终效果相同的情况下，将较为复杂的事件或条件转换为较簡便的事件或条件，进而简化问题。

初中物理典型的转换实验有：（1）在研究“声音”的性质时，为了说明“声音是由发声体振动产生的”，及显示物体在振动，在鼓面上抛洒碎纸屑，敲击鼓面，鼓发声。通过纸屑的上下跳动说明鼓面在振动。为了说明“响度与振幅的关系”，如图1所示，用正在发声的音叉轻触系在细绳上的小铁球，通过观察小铁球被弹开的幅度来显示音叉振动的幅度，用不同的力敲击音叉，让音叉发出不同大小的声音，比较小球弹开的高度，从而得到“振幅越大，响度越大”的结论。（2）在“研究平面镜成像特点”的实验中，为了能将实际蜡烛与镜中的蜡烛完全重叠，用“薄玻璃”替代“平面镜”，从而让学生直接确定像的位置、像的虚实、像的大小。（3）在研究“分子在永不停息地做无规则热运动”时，由于分子很小，不可能用肉眼直接观察到分子的运动，也不能在光学显微镜下观察到。在水中滴入一滴墨水，在显微镜下观察水中碳颗粒的运动，通过转换法，观察扩散现象，从宏观现象间接反映出分子运动，通过推理感知“分子不停地做无规则运动，温度越高，运动越剧烈”。

四、控制变量法

控制变量法，就是当研究的物理量与多个因素有关时，为了研究该物理量与某一因素的关系时，为了不让其他因素干扰研究过程，对其他因素加以人为控制，使其中的一些因素按照实验的要求发生变化或不发生变化，最终得出实验结论。

初中物理典型的控制变量实验有：（1）探究“电流与电压、电阻的关系”实验，实验时根据学生的猜想，导体中的电流可能与导体两端的电压、电阻有关，而目前的初中物理实验条件，难以同时研究导体中的电流与导体两端的电压、电阻的关系，于是采用控制变量法，先控制导体的电阻不变，探究电流与电压的关系，再控制导体两端的电压不变，探究电流与导体电阻的关系，最终得出欧姆定律I=U/R。（2）探究“浮力大小与什么因素有关”时，学生猜想影响浮力大小的因素有：物体的体积、物体的密度、物体浸入液体中的深度、液体的密度等，根据学生的猜想，将铁块、铝块、大铁块分别浸没在清水、浓盐水中，测量在不同实验条件下物块受到的浮力，验证猜想。以下初中物理实验用到了控制变量法：探究影响滑动摩擦力大小的因素、探究影响液体压强大小的因素、探究影响电流热效应的因素、探究影响电磁铁磁性强弱的因素等。

控制变量法是中学物理最常见的研究方法，我们在用控制变量法研究物理问题时，要注意组织好学生的猜想环节，要重视实验探究的环节，必须让实验落到实处，不能有“重结论、轻过程”的思想。只有这样，才能培养学生的实验素养和思维能力，用物理思想解决实际问题。

五、科学推理法

科学推理法就是在实际实验条件下，不能达到研究需要的条件，于是开展合理的想象，将实验想象为在理想情况下来达到我们的目的，在实验结论的基础上经过概括、抽象、推理得出物理规律。

例如，在探究“声音的传播需要介质”时（如图2所示），我们利用抽气机把玻璃罩内的空气缓慢抽出，玻璃罩内的空气越来越稀薄，我们会发现听到的闹铃声越来越微弱，但是在实际实验条件下，我们无法将玻璃罩内的空气全部抽出，玻璃罩内无法产生真空。于是我们根据“玻璃罩内的空气越来越稀薄，听到的闹铃声越来越微弱”的现象推理得出：如果玻璃罩内的空气全部抽掉，形成真空，我们将听不到铃声。由此可以得到结论：真空不可能传播声音，声音的传播需要介质。

六、图像法

图像法就是将两个物理量赋值在坐标系中，构建物理图像，表示物理现象对应的过程，展示对应的物理规律。应用图像可以直观地将某一物理过程呈现出来，并且其中所遵循的物理规律也清晰地展现出来。

我们在研究“晶体和非晶体的熔化过程的特点”时，在实验基础上，构建“温度—时间”坐标系，将实验数据赋值在坐标系中，用一条平滑的曲线将赋值点连接起来（如图3所示），这样就可以直观地把晶体、非晶体的熔化过程呈现出来，直观准确地描述在加热过程中的变化规律。

初中物理其他常见的图像有：路程—时间图像、速度—时间图像、质量—体积图像、电流—电压图像、电流—电阻图像等。

教科书中蕴藏着物理学的研究方法，所以我们应当重视对物理研究方法的教学，通过科学研究方法的学习，让学生养成良好的思维习惯，不断提高科学素养。

（责任编辑 易志毅）