初中物理常见科学研究方法浅析

陈锐祥

随着时代的发展，对学生的学习要求和能力进一步的提高，新课程理念要求教学过程中关注物理概念的建立过程和物理规律的形成过程，引导学生从中感悟科学方法的应用，注重提高学生科学素养，发展科学思维。所以在教学过程中更加注重物理研究方法的理解和应用，不仅帮助学生学到物理知识，提升学生创新能力，也使掌握科学研究方法。使学生在之后的学习生活中，能独立的提出和解决问题。本文通过结合物理教学中的实例探讨几种常用的物理研究方法。

一、控制变量法上

控制变量法在物理规律的研究中意义重大。世界是复杂多样的，一个物体、规律的影响因素也是多样的，在确定规律与某个因素关系时应当排除其他因素的影响，此时只改变其中的某一个因素，保持其他因素不变，就能研究该因素对事物、规律的影响，最后再综合解决。控制变量法的优势在于将复杂多变的研究转化为单一变量的研究，将研究过程简单化同时也排除了其他因素的影响。

在应用控制变量法研究的过程中关键在于如何找出变量并控制不变量进行研究。例如在研究浮力的大小与哪些因素有关时，可能的影响因素有固体密度、液体密度、固体浸入液体体积、固体浸入液体深度等。在研究浮力大小与固体浸入液体深度的关系时，个别同学将小物块放入水中，发现在小物块未完全浸没在液体的情况下，浸入液体深度越深，浮力越大，从而得出浮力大小和固体浸入液体深度的错误关系。错误结论的得出主要是在应用控制变量法时，不仅改变了固体浸入液体深度这一变量，也改变了固体浸入液体体积这一变量。实验中存在两个变量，所以得出的结论是不够准确的。所以在实验中为了使固体浸入液体体积保持不变，应该在小物块完全浸没在水中的前提下，研究浮力大小与固体浸入液体深度的关系。再如在研究物体下落快慢与哪些因素有关时，将硬币和纸片从同一高度同时下落，发现硬币下落时间更短，所以得出重的物体下落快的结论。本实验中控制了高度、下落时间两个变量保持不变，但是存在质量和阻力两个变量，由于忽略的阻力这一变量对实验的影响，所以造成了实验结论的不准确，在没有阻力也就是真空条件下两者下落的快慢是一样的。控制变量法的应用还有很多，例如在研究蒸发的快慢、滑动摩擦力的大小、液体压强、动能、势能、欧姆定律等均有涉及。控制变量法是物理研究中的一个重要方法，学生了解并对控制变量法的应用并不是一步到位的，应该是教学过程中通过具体例子来引导学生从中感悟科学方法的应用，加深对控制变量法的理解并且在之后的学习生活中学以致用。

二、转换法

人通过感官感知世界，在物理研究中对于实验的研究结果多数用感官记录，但是人能听到声音的频率范围只是从20赫兹～20000赫兹，在电磁波谱中人眼可以感知的部分也有限，所以导致很多现象难以观察到位，例如分子的运动看不见也摸不着，磁场的强弱也难以直接观察。但俗话说“窥一斑而知全豹”，对于感官无法感知或者不易研究的可以通过观察其现象或者产生的作用效果间接的进行研究，将微观、不可见的转换为宏观、易研究的。例如可以通过扩散现象来反应分子的热运动，通过观察吸引铁钉的多少来判断磁场的强弱。教学中应用转换法时关键在于引导学生将不易观察、不易测量的现象精确的转换为易观察、易测量的现象进行研究。

轉换法是通过表现出来的现象、性质进行转换的，理解其中的原理，可以更好的帮助学生掌握转换法。所以转换的过程中除了教师的引导，还应利用好学生的知识正迁移。例如在研究“电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关”时，热量的多少不易测量，但是将其转换为温度的就更加直观。而在引导学生转换的过程中回顾之前所学知识Q=cm△t，就使学生明白要将产生热量的多少转换为液体温度的比较，前提是保持液体的种类、质量、初温一致。再如在研究“影响摩擦力大小的因素”的实验中，摩擦力的大小不易直接测量，要将其转换为拉力大小的测量，这主要是应用了之前学习的二力平衡的内容，所以在实验时要确保测力计拉着物体做匀速直线运动。转换法应用在教学中还有很多，例如利用液柱的高低来比较液体压强、利用小物块运动的距离来反应动能的大小、利用海绵的形变来比较压力的作用效果。罗马不是一天建成的，学生对于转换法的认识也是由浅深，通过教师不断引导学生经历利用转换法的探究过程，在学习过程中应用并熟悉转换法，在喝汤享受美味的过程中就把人体所需的盐吃了。

三、科学推理法

哥白尼在长久观察和演算的基础上提出日心说，麦克斯韦在长期研究的基础上预言的电磁波的存在。物理学习研究很多时候由于科技水平和者其他条件的限制，很多实验条件无法满足。根据现有实验结论并且在理论计算的基础上进行逻辑推理分析，做出合理推测得出物理规律是一种物理研究的重要方法，我们称之为科学推理法

科学推理法重点在于对实验现象的分析，突出实验中的主要影响因素忽略次要因素，将条件理想化，做出合理的推测。例如在研究“阻力对物体运动的影响”实验中，去掉棉布之后，从斜面同一高度下滑的小车滑行距离变大。主要影响因素是阻力变小。要进一步研究应在无阻力的条件下再次进行实验，目前的实验条件下难以进行。所以根据科学推理法做出合理推测，如果小车不受阻力，物体将永远运动下去。再如在研究声音的传播条件时，在针筒内部放置一个正在发声的蜂鸣器，把针管活塞推到某一位置，用橡皮塞将注射孔密封。往下拉活塞，听见蜂鸣器传出来的声音会越来越小，主要影响因素是由于针管拉出、空气密度变小，所以假设针筒足够长，继续往下拉活塞，可以推测达到真空的条件下最后将听不到声音。科学推理法是物理研究的重要方法，对于学生的知识和能力要求比较高。所以教师在引导时应该多注重对于现有结论的分析，并且让学生大胆尝试，让学生在做中学，在学习中进步，只有让学生经历科学探究过程，才能学习科学研究方法。

在物理规律的研究中还有很多科学方法，比如说利用放大法将微小的现象放大、利用等效替代法将复杂、不易操作的过程转化为等效的、简单的操作，利用图像法将复杂的数据直观化。科学的研究方法是研究物理规律必不可少的条件。学生要掌握这些科学方法，应该在日常的物理规律教学中渗透科学方法的应用。在不断的学习积累中最终可以熟悉的应用科学方法进行物理规律的探究。