在探究教学中渗透科学研究方法

　　在探究教学中渗透科学研究方法

　　现代物理学的发展日新月异，科学知识层出不穷，不断更新。单纯的知识学习已经不能满足社会发展和人的终身发展的需要，因此培养学生科学研究方法，提高他们的探究能力是十分必要的。现行物理新课程标准明确要求教师引导学生亲身经历科学探究过程，学习科学研究方法，领悟科学的思维与精神。这其中科学研究方法是科学探究的工具，是连接知识与能力的桥梁，它是提高学生科学探究能力的一个重要方面。在物理教学实践中根据学生的特点，结合新教材内容，在探究教学中渗透了科学研究方法的培养，成为学生探究与学习的有力工具。下面以义务教育课程标准实验教科书《物理》（人教版八年级上、下册）为例，浅谈如何在探究教学中渗透科学研究方法。

　　一、控制变量法

　　控制变量法是在研究多个物理量之间的关系时，使其中一些变量保持不变，只研究剩下的两个变量之间的关系，得到这两个变量之间的关系，然后再综合各次结论得到总结论，从而使问题简化。

　　新教材中有些内容涉及到控制变量法的具体应用，教师在进行探究教学时应及时向学生渗透。如《声音的特性》一节探究音调与频率的关系实验时，教师先让学生拨动伸出桌面的钢尺一端（另一端紧压在桌面上），比较钢尺振动发出的音调的高低。针对有些同学既改变钢尺伸出桌面的长度又改变振动幅度，导致效果不明显的情况，及时向学生介绍控制变量法，点拨学生注意保持钢尺的振动幅度基本相同，再比较钢尺振动快慢与音调的关系，直到收到满意的效果。在做《研究影响电磁铁的磁性强弱因素的实验》时，教师提出问题：电磁铁的磁性强弱跟什么因素有关？学生提出猜想：电磁铁的磁性强弱可能与电流强弱有关，可能与线圈的圈数有关。经过进一步的讨论，学生提出可以通过增加或减少电池节数来改变电路中电流的强弱；通过多绕几圈或少绕几圈来改变线圈圈数。然后教师点拨最关键的问题：实验验证时能否两个因素一起改变？学生讨论：不能，那样做将无法辨别效果。如何做才能得到最佳效果呢？学生思考，有学生回想起在《声音的特性》一节探究音调与频率的关系实验时，曾用到控制变量法，教师予以肯定，然后鼓励学生提出解决方案：应该先控制其中的一个因素不变，观察电磁铁的磁性强弱与另一个因素的关系，这样做效果最好。教师肯定学生的想法是对的，鼓励学生放手去做，最后由学生总结出结论：增大电流强度，增加线圈圈数可以使电磁铁的磁性更强。通过实验探究，学生对影响电磁铁磁性大小的因素有了初步的感性认识，同时也学会运用了控制变量法解决实际问题，可谓一举两得。在引导学生探究《欧姆定律》时，同样也要使用控制变量法分别研究导体中电流与电压、电阻有什么关系，学生进行实验探究时，应先将电阻固定不变，探究电流与电压的关系。再将导体两端的电压保持不变，探究电流与电阻的关系，最后引导学生综合得到总结论即欧姆定律。通过精心组织这几部分内容的探究教学，不仅锻炼了学生的实验技能，而且还渗透了科学研究方法的培养，这对学生的影响是深远而有益的，远比获取的知识重要的多。

　　二、转换法

　　转换法是将看不见、摸不着、不便于研究的问题或因素，转换成看得见、摸得着、便于研究的问题或因素。这也是新教材涉及到的科学研究方法之一。

　　在《声音的特性》一节探究响度与振幅的关系时，向学生渗透转换法的具体运用：音叉的振动幅度大小我们不易观察，但我们可以用系在细绳上的乒乓球轻触正在发音的音叉，观察其被音叉弹开的幅度来探究其中的规律，收到很好的实验效果。还有些物理概念是非常抽象的和难以理解的，这也需要用到转换法。如在《磁场》一节课中磁场是看不见摸不着的，但又是确实存在的。那么，我们怎样来认识磁场呢？在探究过程中，结合学生对磁铁的感性认识：磁铁对铁钉、铁粉有磁力作用，进一步培养学生利用转换法来进行探究。如可以在薄纸板或玻璃板上撒上铁粉，在板下面贴上磁铁观察，通过铁粉的有序排列“看见”磁场。或者，将一个个小磁针放在磁铁的周围，观察小磁针的指针偏转情况来观察和判断磁铁周围的磁场分布情况。这样将磁场这种“无形”的东西转化为“有形”的东西来观察并进行研究。教师继续点拨，使学生对磁场的认识进一步升华：在薄纸板或玻璃板上显示的磁体周围磁场的分布只是平面的，是有局限的，那么，真正的磁场应该是怎样的呢？发挥学生的想象力，学生讨论探究并得出结论：真正的磁场应该是看不见，摸不着的，但又是确实存在的，它分布在磁铁周围的空间，通过引入磁感线，学生在脑海里形成一个立体感的磁场，进而对地球周围的磁场就有了更进一步的认识。在进行《电磁波的海洋》这节课教学时，由于电磁波是非常难以想象的，人们看不到，摸不着，所以教师应引导学生使用转换法来感受电磁波的存在：打开收音机，置于“空台”状态，然后在旁边用导线一端对电池负极（导线另一端接在电池正极上）进行时断时续的摩擦，学生清晰的听到了收音机发出“喀喀”声。这是因为导线与电池组成的电路中产生了迅速变化的电流，并产生电磁波，收音机收到电磁波并把它放大转换成声音。这就是“转换法”在教学实践中的具体运用，学生切身体会到了电磁波在我们周围的存在，这不正是科学研究方法的力量所在吗？

　　三、类比法

　　类比法是由两种东西的一部分相似之处，推测其他部分也可能相似。这种科学研究方法学生在探究过程中也要经常遇到，教师应注意培养学生应用它解决实际问题。

　　在《电流和电路》一节认识电流时可以引导学生类比水流；在《探究串、并联电路中电流的规律》这节课的探究活动中，要充分发挥学生的想象力：如用水流模型进行类比，如果中途没有渗透、蒸发……？如河流有分叉……？还有学生提出可以与人流类比，教师予以肯定，并找些同学在教室走道内走动演示，可以很形象地总结概括出串、并联电路中电流的规律。在《电磁波的海洋》这节课中认识电磁波时，也要引导学生运用类比法，通过与水波、声波类比，使其形象化，学生也更容易接受。学生的思维过程如下表：

　　项目 振动源 波的形成

　　水波 木棍的上下振动 通过水使振动向外传播，形成水波。

　　声波 发音体的往复振动 通过空气使振动向外传播，形成声波。

　　电磁波 导体中有方向、大小变化 可以在真空中或介质中通过变化的电

　　很快的电流通过 场和磁场互相激发，形成电磁波。

　　科学家富兰克林根据莱顿瓶放电能够击死小鸟或小动物、雷击时可以击死人畜这些现象，进行类比，推测放电火花与天空中的闪电具有相同的性质，并设计了著名的“风筝实验”，破除了雷电是“上帝之火”的神话，证实了雷电与摩擦电具有相同的性质，最终导致了“避雷针”的发明。通过这些阅读材料，让学生了解科学家的探究历程，从中体会类比法的运用，这对学生形成科学的世界观非常有意义，具有丰富的教育内涵。类比法是物理探究教学中常用的方法之一，教师要引导学生用心体会，逐步掌握它的应用。

　　四、逆向思考法

　　逆向思考法又称“反向求索法”和“反向发明法”。它是一种从现有事物原理机制的反面、构成要素的反面或功能结构的反面去思考、去求索以进行发明创造的创造技法。

　　在探究教学活动中，教师要善于引导学生逆向思考，寻求解决物理问题的有效方法。在具体的探究过程中，可按以下程序进行操作：先找到正向的观点，然后寻求与之相反的观点，作为新的研究课题，针对新问题展开探究。例如在《磁生电》这节课的探究教学时，教师可以重新演示奥斯特实验，引导学生逆向思考：奥斯特发现通电导体周围存在着磁场，表明电能生磁。那么反过来，磁能否生电？怎样才能使磁生电呢？学生回答：不确定、可以试试。然后展开讨论，教师在旁点拨引导，探究合适的实验方案，最后由学生根据实验事实，逐步归纳、概括出结论：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁力线运动时，导体中就会产生电流。在学生体会到了成功的乐趣之后，教师还可以向学生介绍“安培坐失良机”“科拉顿跑失良机”这两例趣味小史料[见人教版物理（八年级下册）教师教学用书]，让学生真切体会逆向思考法的重要性。

　　逆向思考法在生产实际当中有许多应用，教师可以向学生介绍一些实例，帮助学生更好地掌握这种方法。如美国上世纪60年代末研制的SR—71“黑鸟”高空高速侦察飞机，在地面停放时，它的油箱会不停地漏油（一种特殊燃油），而且漏的很严重，显然它的油箱有缝隙。是飞机的设计有问题吗？不是的。原来这是设计人员运用逆向思考法，专门将油箱设计成有缝隙的。原因是“黑鸟”在高空以三倍音速飞行时与空气剧烈摩擦产生热膨胀效应，其机身和油箱会不断膨胀，如果没有缝隙，油箱可能会出现其他故障。当“黑鸟”高速飞行时，油箱的缝隙会受热自动封闭起来，所以“黑鸟”在超音速飞行时是不会漏油的。

　　其他科学研究方法还有很多，如模型法、等效法等，在这里不一一列举。有时探究活动中需要同时用到几种科学研究方法，如以上提到《声音特性》一节中用到了控制变量法和转换法，教师要在探究教学过程中，灵活掌握，及时渗透科学研究方法的培养，这就等于交给学生一把科学探究的“金钥匙”，可以大大提高他们的探究能力，提高他们的综合素质。