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一、控制变量法
影响物理研究对象的因素往往是多方面、相互交错、共同起作用的,所以要想把握研究对象的特性,掌握事物变化的原因和规律,必须人为的制造一些条件,便于问题的研究.控制变量法就是控制其他因素不变,只让其中一个因素变化,来研究此因素的影响,是物理实验教学中常用的探究问题的方法.学生在初中物理教材就接触过,例如,导体的电阻大小与哪些因素有关?导体中的电流与导体两端电压和导体的电阻的关系,电热的大小与哪些因素有关等,都用到了控制变量法.物理中的许多实验,往往存在着多种变化的因素,为了研究它们之间的关系可以先控制一些量不变,依次研究某一个因素的影响.
物理学是一门以实验为主的学科,控制变量法是一种常用的、有效的探索物理规律的科学方法,通过控制变量法,我们可以研究出某个物理量与多个因素之间的定性、定量关系,从而得出普遍的规律.
二、图像法
物理学习离不开物理实验,在物理实验中应用图象法进行数据处理,不仅具有简明、直观的特点,而且还可以分析误差的成因,减小误差.
在探究速度随时间的变化规律中,运用图像法处理实验数据、分析实验特点,通过做图,分析图像,寻找规律.
在研究电流与电压、电阻关系的实验,画完图像就很直观反应出正比反比的关系;重力与质量的关系也用到图像;还有水沸腾的图像,很直观地反映出水沸腾时温度不变;晶体、非晶体熔化和凝固图像都增添了直观效果.
三、转换法
转换法就是在保证效果相同的前提下,将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题;将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象;将难以测量或难以测准的物理量转换为能够测量或能够测准的物理量的方法.转换法可以通过转换研究对象、空间角度、思维角度、物理过程、物理状态、时间角度等间接地解决问题.这对于学生的想象设计能力和创造性思维品质的培养是大有益处的.
如,测量摩擦力的大小,就是用弹簧测力计测出木块做匀速直线运动时的拉力,因为是匀速直线运动,根据二力平衡的知识,拉力的大小等于摩擦力的大小;研究声音的产生从纸片的跳动显示桌面或鼓面的振动;研究响度与振幅的关系的实验也用到了转换法从乒乓球被弹起的高度反映音叉振动的幅度等.
四、等效替代法
“等效替代法”是指在效果相同的前提下,把抽象、复杂的物理过程或现象变换成理想、简单的过程或现象来研究处理的方法. 当测量器材无法直接测量某个物理量时,就要设法用可以直接测量的物理量来取代不能直接测量的物理量,但要注意的是直接测量的与不能直接测量的物理量之间要有内在的联系.如做平面镜成像的实验,用两根等大的蜡烛,把没有点燃的蜡烛放在玻璃板后面,与前面点燃的蜡烛的像重合,用这个没点燃的蜡烛代替虚像,就可以把看不见的虚像位置确定下来,把抽象的问题直观化.其实这种方法自古有之——“曹冲称象”中曹冲就是运用了等效替代的方法,巧妙地测出了大象的质量.测量不规则容器的容积时,只需要把该容器装满水,测量水的体积即为该容器的容积等.
等效替代是物理实验成功重要的方法,物理学中的相关定律、定理、原理都是以替代思维为出发点的.
五、理想化法
影响物理现象的因素往往很多;实验中应采用忽略次要因素或假设理想条件的方法,以突出现象的本质因素,便于深入研究,从而取得合理的近似结果.
一、观察――分析――总结法。观察物理现象的实验目的是使学生了解现象产生的条件,观察现象发生的过程,从而加深对现象的理解。
1.学生的观察。在教师的指导下,学生通过对物理现象的观察,深入了解物理现象发生、发展、变化的全过程。
2.师生的分析。在学生对物理现象进行全面、系统、具体观察的基础上,在教师的引导下,对物理现象产生的原因和条件进行理论分析,找出物理现象产生的条件,解释现象产生的原因。
3.师生的总结。在学生对物理现象进行观察和分析的基础上,教师和学生一起,对观察实验的方法与技巧、物理现象的本质以及如何利用这个物理现象解释有关物理问题进行归纳和总结,有利于提高学生观察实验的能力。
二、示范――练习――总结法。练习使用物理仪器的实验目的是要求学生掌握物理仪器的使用方法或读数方法。
1.教师的示范。在学生练习使用某种物理仪器之前,教师要对这种仪器的操作方法、读数及使用时应注意的问题等讲清、讲明、讲透并做好示范。如在练习使用天平测物体质量时,可采用实物投影仪,教师将天平的使用方法及读数方法投影到大屏幕上,使全班学生都了解天平的使用方法及读数方法。
2.学生的练习。在教师的指导下,学生自己练习物理仪器的使用方法或读数方法。只有通过学生自己的实际练习,才能更好地掌握物理仪器的使用方法或读数方法。
3.师生的总结。在学生实验练习了某种物理仪器以后,教师要引导学生及时总结使用方法及读数方法,找出其难点问题,师生共同分析,得出解决方法。
三、引导――实验――分析法。测物理量的实验目的是通过物理实验测出某些物理量的数值,有利于学生加深对这些物理量的理解。
1.教师的引导。在学生做实验之前,教师要引导学生分析被测物理量与哪些因素有关,采用什么方法测量最方便、准确,如何去测量等等。
2.学生的实验。在确定实验方法之后,要指导学生按照实验步骤进行具体实验操作,按要求测出有关数据。此时,教师要加强个别指导,对学生中有创造性的好方法及时予以肯定和表扬,对学生中错误的操作方法予以及时纠正。只有让学生进行实验训练,才能提高实验能力。
关键词:实验教学;科学方法;渗透;策略
2011年,教育部在对初中物理课程标准进行修订时,提出了通过物理课程的实施注重提升学生的科学素养以及应对未来社会挑战能力的指导思想。物理学实验是人类认识世界的一种重要活动,是进行科学研究的基础,而实验教学是塑造学生科学素养的重要过程。随着课程改革的不断深入,科学方法的教育越来越受到人们的重视,如何在实验中通过科学方法的渗透让学生建立起清晰的科学探究模型、丰富的解决问题方法、具备一定的科学素养是广大物理教师应该注重研究的方向和课题。
一、实验教学中渗透科学方法存在的普遍性问题
1.思想重视不足
在现行的初中升学选拔的机制下,物理教学的评价仍然以纸笔测验来反应,这一方式是以“知识与技能”这一维度目标的考查占大部分。这样一来物理教师为了保证教学成绩,不得不围绕历年纸笔测验的经验来指导课堂教学,而对繁琐又耗时的分组实验多采用演示、视频实验、课件实验来搪塞,有的甚至以讲授来代替实验,在思想上不重视实验教学,更谈不上在实验教学中对学生科学方法的传授和培养。
2.科学思路不明
物理学史的发展,除了积累了丰富的物理理论知识外,还在科学探索中形成了有效的科学方法,这些方法为世界科技的进步和未来科技的发展奠定了宝贵的实践基础。而目前却有相当部分物理教师在实验教学中未能掌握正确的科学方法,实验时出现实验目的不明确、实验方案不合理、科学方法不明显等问题。
3.方法渗透不准
物理实验中可以渗透使用的科学方法很多,比如,控制变量法、物理模型法、等效替代法、理想实验法、归纳分析、对比法、转换法、放大法、平衡法、积累法等。在实验教学中,有些实验的方法比较明确单一,有些实验中却包含着多种方法的综合运用,有些注重在设计方案环节突出科学方法,有些是在操作过程或是数据分析中运用了科学方法,而教师在实践中往往会过多地突出某一方法的运用,或者一些方法在实验的不同阶段中相互混淆把握
不准。
二、实验教学中渗透科学方法应遵循的原则
“实验不仅是学习和研究物理学的重要方法,还是运用物理学解决其他问题的重要手段。”科学方法不是教出来的,而要遵循一定的原则让学生在实验活动中体验、感悟和内化。
1.渐进性原则
学生刚开始接触物理实验时应以建立兴趣为主,在实验的设计中以渗透单一的科学方法为宜,把重点放在仪器的使用和物理现象的观察上,尝试让学生进行简单的归纳与分析。随着实验活动的不断深入,学生思维水平的提高,学生积累了一定的实践经验,这时应逐步提高对实验的过程性管理和要求,让学生从实验中学会运用科学方法的思维,使学生对科学方法的认识从感性渐进到理性、从经验渐进到理论的层级上来。
2.整体性原则
物理实验绝不是单个科学方法的体现,多数初中物理实验综合应用了各种科学方法,“不同的科学方法共同作用、相互支撑,这就要求教师权衡一个知识点突出了哪种方法,有选择地突出一些科学方法的同时兼顾其他。”因此不管是教师的演示实验还是学生的分组实验,我们都应该从这整体上考虑,把握教材所关注的重点方法进行渗透。
3.教与学统一的原则
科学方法绝不是“教”出来的,皮亚杰的建构主义理论强调的是学生对知识的主动探索、主动发现和主动建构,而不是把知识从教师头脑中传送到学生的笔记本上,学生科学素养的提高主要在于他在实验中获得知识和能力的方式。“教”是一种直接而比较系统的方式,但它容易导致学生机械地记忆而不能正确理解和运用;学生主动实验的过程就是“学”方法的过程,在实验探究中主动发现问题、主动学习科学方法、主动思考解决问题的办法更容易把所体验和学习到的科学方法转化为终身的素养,所以,应该把“教”实验与“学”实验统一起来,取长补短。
三、实验教学中渗透科学方法的教学策略
1.利用问题设计渗透科学方法
初中生的思维正处在一个从直观感性思维渐进到抽象理性思维的初级阶段,这就要求物理教师要善于利用引导式的讲授方法来开启学生的智慧,切忌使用填鸭式的灌输,特别是科学方法的传授。笔者所在地区的教研部门这几年以科学探究中的问题设计开展了丰富的研究,达成了利用问题设计来渗透科学方法是行之有效的策略之一。学生在问题引领下很容易发现实验中所需要解决的问题以及如何解决这些问题,而在解决问题过程中自然形成了要用科学方法的意识,此时教师再将应用到的科学方法进行归纳,让学生在解决问题的过程中将这些方法内化为科学方法。
例如,在进行《牛顿第一定律》实验时进行了这样的问题设计:
演示:用手推动小车在桌面上运动一段距离后停下来。
师问:“小车为什么会停下来?”
生答:“受到桌面对它的摩擦阻力。”
师问:“如何让小车在桌面上运动得更远呢?”
生答:“用更大的力推小车”“用更轻的小车”“减小桌面的摩擦力”等。
老师引导学生分析得出影响小车运动距离的因素有:小车的初速度、小车的质量和小车受到的摩擦力等。
师追问:“我们要怎样证明小车运动距离与受摩擦阻力的关系呢?”
生讨论后回答:“改变桌面的粗糙程度”“要用同一辆小车”、“要用相同的力推小车”…
通过这三个问题,引导学生意识到:小车运动距离受多个因素的影响,而为了探究运动距离与受摩擦阻力的关系必须控制其他的因素保持不变,进而就要解决如何控制小车质量和初始运动速度等这些变量的问题,在解决这些问题过程中教师引出控制变量的概念,渗透控制变量这一科学方法。
2.利用演示实验渗透科学方法
演示实验除了具有引出物理现象、证明物理规律或作为课题导入部分的功能外,笔者认为,有些实验有必要由老师先进行演示,并在演示过程中直接引出科学方法,让学生在老师的示范下理解这些科学方法的运用。比如,在探究影响电流做功的因素这个实验中,学生已经熟练掌握了控制变量的方法,但这个实验的难点之一却是如何应用转换法让学生直观地比较电流做功的多少,为此教师可进行不同电热丝给等质量的两杯煤油加热的演示实验,让学生观察两支温度计的示数来比较电流做功的多少,而在演示过程中通过对温度计作用的分析引出转换法,让学生明白有些实验的现象不容易观察,需要借助一定的材料或现象把它转换成明显能观察到的现象也是物理研究常用的科学方法。
3.利用数据分析渗透科学方法
实验后要对数据进行处理得出结论,而对实验数据的处理也要渗透适合的科学方法,比如,算术平均法、比值归纳法、图像分析法等。对实验要分析的数据可以是预期的数据也可以是实验得到的数据,我们可以利用记录数据的表格设计巧妙地渗透科学
方法。
例如,为了探究滑动摩擦力与压力大小关系,我们可以事先设计这样一张空表(如下),表中空白部分的“接触面”和“压力”两列是这个实验中预期的数据,在实验前可以填写。当我们把这样的空表展示给学生并要求学生讨论思考后填写前两列可能的数据或内容时,学生会推测:“老师究竟要我在这两列中填写什么呢?”在这样的好奇心的驱动下学生自然会思考实验的过程,而表格中的“接触面”一列就已经体现了控制变量的科学思想。
综上所述,虽然初中物理教材中针对科学方法的表达相对比较隐蔽,但却又贯穿着整个初中物理的学习过程;虽然教材中没有明确的科学方法的定义,但教师在教学过程中还是有责任将科学方法的教育渗透到每个实验中,让学生通过实验不仅掌握了物理知识、探索了物理规律,更重要的是培养了他们科学思维的习惯和方法,为下一阶段的学习奠定终身受用的基础。
参考文献:
关键词:初中 物理 实验 教学
如何来加大实验教学力度,改进实验教学、提高教学效果以推进物理素质教育,我认为可以从以下几点入手:
一、切实重视演示实验,提高课堂教学质量
物理演示实验具有形象真实、生动有趣的特点,能为学生在形成物理概念、得出物理规律前营造出活生生的物理情景,使学生感受倍深。心理学研究表明:人的动作记忆效率比语言文字记忆效率要高好几倍。“百闻不如一见,百看不如一做”说的就是这个道理。经验告诉我们:一个成绩优秀的物理尖子对物理现象和物理过程具有很强的“悟性”,这种“悟性”源于对日常生活丰富的感性认识。对物理学习有障碍的人,其最大的障碍不在于智力因素,而在于缺少对日常生活的用心观察,头脑中缺乏感性经验,而这些感性经验恰恰是物理思维的基础。因此,作为一名物理教师,首要任务就是:尽一切可能,在课堂上为学生展现出丰富多采的物理现象和活生生的物理情景。教师不仅要用好课程标准上规定的演示实验,甚至教材上的一段话、一幅插图、一道习题也可以将它搬上“讲台”,进行演示。演示的形式不能仅仅是“教师演,学生看”,还可以是“教师导,学生演” ? 即边学边实验。
例如:利用鸡蛋做实验。鸡蛋很容易找到,若引导学生利用鸡蛋做实验,既可说明物理道理,又可提高学生的学习兴趣。
1.做压强的实验
鸡蛋握在手中,使劲握也难以破碎,但手拿鸡蛋在碗边轻轻一敲即破。说明:鸡蛋紧握在手中时,受力面积大,压强小;而在碗边轻敲时,受力面积小,压强大。可见,压力的作用效果不仅跟压力大小有关,还跟受力面积有关。
2.做大气压实验
将浸湿酒精的棉花放在广口瓶内,点燃棉花,并让它燃烧一会儿,然后将一只剥壳的熟鸡蛋(稍大于瓶口)置于瓶口上,熟鸡蛋在瓶内、外压强差作用下,被压入了瓶里。
3.做物体的浮沉实验
将一只鸡蛋放入浓盐水中,然后缓缓倒入清水稀释、搅拌,随着盐水的不断稀释,鸡蛋排开液体的体积随着增大,由漂浮状态慢慢变成悬浮状态,最终沉入杯底。这说明:浸在液体中物体的上浮和下沉,决定于它所受浮力和重力的合力。
世界上许多发达国家重视演示实验的经验值得我们借鉴。德国物理教育界流传着这样一种说法:“没有演示实验的课,不算是一堂成功的课”德国的物理教师除了极少数纯理论课没有演示实验外,一般每堂课要做2~3个实验。美国物理教师普遍都很重视演示实验。在他们上的每一节课中至少要做一个演示实验。而且这些实验都是他们自己设计,所用器材都是他们自己动手制作的。日本的物理教学也非常活跃,学生课堂上动手活动量较大,有半数以上的课是在实验室渡过的。大量的信息资料显示:国际物理教育界正在流行这样一种趋势,即衡量一堂物理课的好坏,很大程度上取决于这堂课中演示实验的数量和质量。
二、认真上好学生分组实验课,培养学生的创造思维和实验操作技能
分组实验多以测量性、验证性和实用性实验为主。要提高学生分组实验的教学效果,就必须使学生真正进入角色,手、眼、脑并用地进行有目的的探索活动。根据教育心理学的观点,课堂教学的目的不在于教师完成某种过程,而在于通过某种活动促使学生在行为上发生某些重要的变化,如在学生身上引起的认识上、理解上、技能上、态度上的变化。如果学生通过主动参与教学,在教师的积极指导下获得物理知识,则会印象更加深刻,并增强他们的学习动机。
根据这一思想,我进行了一些探索,将初中物理第一册中电学的一节课《电路的连接方法》由原来的验证性实验改为学生的探索性实验,教学中采用启发式教学和有控开放。
引入时通过演示窗帘被自动拉开、合拢的现象,让学生观察并思考:“为什么闭合一个电键,只有一个窗户的窗帘被拉动,而其它窗户的窗帘不受影响?”
通过学习,学生们基本能较好的达到教学所预期的目标,但是,要取得这样的效果,就要求教师在每次实验前必须做好大量的准备工作(包括知识和实验方面的准备)。对于实验中学生初次接触的仪器、实验操作中的难点和关键之处,实验开始前教师必须给予适当的指点。在学生实验的过程中,必须注意培养学生养成良好的实验习惯,如正确使用仪器,谨慎操作;尊重客观事实,不拼凑数据;实验完毕后自觉整理并爱护仪器等等。实验后,还必须及时反馈,发现问题及时补救。
三、充分发挥教材中“小实验”的作用,训练学生动手制作的能力
当前在物理教学过程中,有不少教师认为教材中的“小实验”是课外知识,与考试无关,因此常被视为可有可无,或被弃之不理。然而这些小实验却往往具有取材容易、贴近生活、直观明了、便于操作的特点,不仅能加深学生对所学知识的理解,而且能极大地提高学生学习物理的兴趣,锻炼学生的动手制作能力和独立操作能力,发展智力。
四、不定期地开放实验室,给学生创造更多的动手机会
《标准》中明确指出:“设计实验与制定计划”环节,要尝试考虑影响问题的主要因素,有控制变量的意识。由此可见,在该环节中首先有必要渗透的就是控制变量法。物理学中对于多因素(多变量)的问题,常常采用控制因素(变量)的方法,把多因素的问题变成多个单因素的问题,而只改变其中的某一个因素,从而研究这个因素对事物的影响,分别加以研究,最后再综合解决,这种方法叫控制变量法。
现实情境中的物理问题往往多种因素共同作用,如果能使用控制变量法简化为研究对象与单一因素分别研究,就能简化问题,降低难度。下面以“液体内部压强与哪些因素有关”为例来谈控制变量法在“设计实验与制定计划”环节中的具体应用。猜想1:液体内部的压强,可能与液体的深度有关;猜想2:液体内部的压强,可能与液体的密度有关;猜想3:液体内部的压强,可能与方向有关.由于已经猜想液体内部压强与三个因素有关,故而在实验设计时就必须使用控制变量法。第一个阶段由教师直接告知部分实验设计方案,进行隐性教育:在研究与液体深度的关系时,应该保证液体密度、方向相同,比如都在水(同种液体)中且朝同一方向,并多次改变所处深度进行实验,再观察实验现象。第二个阶段由教师和同学共同探讨、交流,进行显性教育。得出在研究液体内部压强与液体密度关系时,则应该使得每次所处深度及方向相同,并多次选择密度不同的液体进行实验,再观察实验现象。第三个阶段:把研究液体内部的压强与方向的关系完全交给学生,让学生主动进入方法应用阶段。第四个阶段:研究方法的内化。引导学生总结出多因素的问题需要用到控制变量法,要研究的因素必须多次改变,暂时不研究的因素要保持不变,然后观察研究对象。
控制变量的研究方法渗透进去了,但“液体内部压强与哪些因素有关”的实验设计并没有完成。在研究与液体深度的关系时,可以直接观察同种液体、同一方向的不同深度时,并不能直接观察到压强这个量,就更无法判断压强的大小是否有发生变化。所以,还需要重点渗透转换法。转换法主要是指在保证效果相同的前提下,将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象;将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题;将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法。仍然以“液体内部压强与哪些因素有关”为例来谈转换法如何在“设计实验与制定计划”环节中进行渗透。第一个阶段可由教师直接告知“研究发声体是否在振动”时的实验设计方案,进行隐性教育:将纸屑置于鼓面,观察纸屑是否发生跳动。第二个阶段由教师和同学共同探讨、交流,进行显性教育。探究固体压强的大小与什么因素有关,固体压强大小是否可以直接观测,不能直接观测时是如何解决这个问题的。第三个阶段:把液体压强大小如何观测这个问题直接交给学生。让学生自行得出液体压强无法直接观察,而液体压强的作用效果却是可以直接观察的。引导学生得出液体压强有使得物体发生形变的作用效果,进而引导学生选择体积易于形变的物体放入液体中,如空心气球。并进一步得出气球浸没后,若液体压强变大,则气球体积会变小,容器内的液面高度也会随之降低。即液面降低则液体压强增大,液面升高则液体压强减小,液面不变则液体压强不变。当实验的设计完成后可以提供相应的器材让学生自行完成实验。也可以给出液体压强计让学生通过迁移的方法来说出液体压强计的原理和使用方法,让学生学会使用液体压强计,并用该仪器设计一个较好的实验方案。第四个阶段:研究方法的内化。引导学生得出,在实验中遇到不可见、不易见的物理现象时可以转换成可见、易见的现象;遇到陌生、复杂的问题时可以转换成熟悉、简单的问题;遇到难以测量或测准的物理量时可以转换成能够测量或测准的物理量。控制变量法和转换法在探究实验的“设计实验与制定计划”要素中有很高的复现率,如果按所述四个阶段反复应用、渗透会有利于形成稳定的心理特征,从而提高学生使用这两种方法的能力。
2“进行实验与收集证据”要素中有必要进行研究方法的渗透
进行实验与收集证据要素在整个科学探究中非常重要。设计的实验与制定的计划必须通过这一要素来实施。关于“进行实验与收集证据”要素,标准中指出:“能通过观察、实验和公共信息资源收集证据”、“会阅读简单仪器的说明书,能按要求进行操作”。可见这个科学探究要素中能检验学生对理论知识和基本技能的掌握与运用,能培养学生的观察能力和信息收集能力。部分教师错误地认为该要素只需要按设计好的方案按部就班即可,不再需要研究方法的渗透。而笔者认为,该要素中不仅需要渗透相关研究方法,而且要求学生对研究方法的理解很深刻。下面笔者通过两个实例来说明。
在“探究液体蒸发快慢与液体表面空气流动速度”时,使得液体表面积、液体温度及液体质量相同,并用电吹风对着左边玻璃板吹风,然后记录两边液体各自蒸发完的时间。可以发现在“设计实验与制定计划”要素中学生很好地应用了控制变量法和转换法。但是在进行实验时,学生对着左边玻璃板吹风,就会出现如图1所示的现象。在这个过程中,可以观察到左边玻璃板上的水滴表面积明显增大。
在“探究弦乐器的音调与松紧的关系”时,选用了三根长度、粗细相同的尼龙线,并使得尼龙线的松紧分别不同。在进行实验时,学生一旦改变尼龙线的松紧,尼龙线的粗细就会随之发生变化。于是该组实验将有弦的粗细、弦的松紧两个因素不同。所以该实验有必要更换成不易被拉伸的钢丝来完成实验。该实验同样要求在进行实验时学生要有控制变量的意识。由以上两个例子可以知道,在进行实验与收集证据环节不仅仅是对知识与技能有要求,同时对研究方法也有高要求。这就说明在“进行实验与收集证据”要素中有必要进行研究方法的渗透。
3“分析与论证”要素中如何进行研究方法的渗透
关于“分析与论证”要素,在《标准》中明确提出:“经历从物理现象和实验中归纳科学规律的过程”、“能对收集的信息进行简单归类及比较”、“能进行简单的因果推理”。可见在“分析与论证”要素中最重要的就是:会使用归纳推理这种研究方法。对初中生进行归纳推理能力的培养,还可以使得学生理解其他研究方法运用的一般规律。因此,归纳推理方法也可看作是许多研究方法的应用基础。中学阶段很多物理概念也是通过物理现象和实验归纳推理得到的,所以说归纳推理能力运用不仅存在于科学探究过程中,它还贯穿于整个初中物理学习过程。
归纳推理(inductiveinference),从个别性或特殊性知识的前提推出一般性知识结论的推理。物理归纳推理:由个别性的物理判断推断出一般性的物理判断。归纳推理又分为完全归纳推理和不完全归纳推理。完全归纳推理的特点是:在前提中考察了一类事物的全部对象,结论没有超出前提所断定的知识范围。因此,其前提和结论之间的联系是必然的,运用完全归纳推理获得正确的结论,必须满足两条要求:(1)在前提中考察了一类事物的全部对象;(2)前提中对该类事物每一对象所作的断定都是真的。例如:通过实验得到固体中可以传播声音,液体中可以传播声音,气体中可以传播声音,实验结论:声音可以在介质中传播。在得完实验结论后,应该引导让学生体会完全归纳推理的逻辑形式:S1是PS2是P……Sn是PS1,S2,…,Sn是S类的全部对象所以,所有S都是P。
完全归纳推理通常适用于数量不多的事物,当所要考察的事物数量极多,甚至是无限的时候,完全归纳推理就不适用了,而需要运用另一种归纳推理形式,即不完全归纳推理。这里以“探究液体内部压强与哪些因素有关”为例,就如何通过四个阶段来渗透“不完全归纳”进行示例。在收集到相关数据后,就可以进入“分析与论证”要素。第一个阶段由教师直接告知,进行隐性教育:选取①、②、③三组数据,可以看到液体种类和深度是保持不变的(运用了控制变量法),橡皮膜的方向有三种:朝上、朝下、某一个侧面,但是研究对象液体压强(表中观察的是压强计左右液面高度差,运用了转换法)并没有发生改变。得出实验结论:液体内部压强与方向无关。第二个阶段由教师和学生共同探讨、交流,进行显性教育。选取⑤、⑥、⑦三组数据,可以看到深度保持不变,在密度最大的盐水中液体压强最大,在密度较小的水中液体压强压强较小,在密度最小的酒精中液体压强最小。虽然只研究了三种液体,但是可以根据研究目的合理地扩大研究对象的范围,进一步推理出一般结论。即:在深度相同时,液体压强随液体密度的增大而增大。第三个阶段:把“探究液体压强与深度的关系”完全交给学生,让学生主动的进入方法应用阶段。第四个阶段:方法的内化,让学生一起体会不完全归纳推理的逻辑形式如下:S1是PS2是P……Sn是PS1,S2,…,Sn是S类的部分对象,并且其中没有S不是P所以,所有S是(或不是)P。
在分析与论证要素中,要将归纳推理和其他研究方法结合在一起进行渗透,才能达到较好的教学效果。如正确表述实验结论一直是学生的弱项。先来看一个错误的实验结论表述:深度越大,压强计两边液面高度差就越大。该表述的第一个错误就是没有控制变量。修改后的表述应该是:当液体密度相同时,深度越大压强计两边液面高度差就越大。该表述的第二个错误就是没有很好地理解转换法且忘记了实验目的,再次修改后的表述应该是:当液体密度相同时,深度越大液体压强越大。
4“评估”要素中有必要进行研究方法的渗透
《标准》明确指出:“有评估探究过程和结果的意识”、“能关注探究活动中出现的新问题”、“有从评估中吸取经验教训的意识”、“尝试改进探究方案”、“了解评估在科学探究中的意义。”由此可见,评估是对整个探究过程的科学性、合理性的反思,可以及时发现各探究环节存在的不足,进而改进探究方案。评估可以从很多角度出发,比如实验的合理性、安全性、节能环保等等。多因素影响的实验是否合理,其中一个非常重要的角度就是:是否准确地应用了控制变量法。由此可见,评估环节也需要研究方法的渗透。从控制变量的角度评估,主要有以下三个方面的内容:一是实验器材的选择是否合理。如“研究电阻大小与长度的关系”时,是否选择了粗细、材料相同而长度不同的电阻丝。二是探究过程中,是否按要求控制了其它因素保持不变,并使得研究的因素发生改变。如:“探究物体的动能与质量的关系”时,是否在多次改变小车质量的同时,有做到将小车放在同一斜面、同一高度自由滑下。三是实验结论的表述是否有注意到控制变量。如当压力相同时,接触面越粗糙物体所受滑动摩擦力越大。