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摘 要:开展物理科学方法教育就需要我们分析、挖掘出教材中的科学方法因素。那么如何挖掘这些科学方法因素呢?本文就以司南版高中物理必修Ⅰ第六章《力与运动》教学过程为例,介绍如何应用的科学方法做具体的分析。
关键词:物理 力与运动科学方法
【中图分类号】 G633.7【文献标识码】 C 【文章编号】1671-8437(2010)02-0184-01
《普通高中物理课程标准》课程目标中指出:“通过物理概念和规律的学习过程,了解物理的研究方法,认识物理实验、物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用”。新课程标准已经把科学方法教育确定为物理教学内容的一部分,充分体现了新课程标准对科学方法的重视。由于科学方法是隐藏在物理知识的背后,支配着物理知识的获取,而每个物理概念、规律的获取总是离不开某种或几种科学方法。因此,科学方法教育必须以物理知识为载体,以思维过程作为运动空间,在传授知识的同时加以渗透。
物理科学方法隐含在物理学知识形或发展过程中,要开展物理科学方法教育就需要我们分析、挖掘出教材中的科学方法因素。那么科学方法因素在哪里?在物理学知识点的建立、引申和扩展中,知识点以及知识点与知识点之间的连结处一定存在物理科学方法因素。(1)物理概念和规律是物理现象或过程的本质属性的反映,它本身无方法可言,但当我们引入这些概念并加以定义时或研究概念之间的定性和定量关系形成的规律时,就需要借助于一定的工具、一定的手段、通过一定的思维操作去观察去发现,这就体现了科学方法。(2)实验是运用方法的方法,是掌握方法的方法,物理实验中的实验原理设计、实验操作和实验数据处理这三个过程中,其每一过程都蕴涵丰富的科学方法教育因素。本文以司南版高中物理必修Ⅰ第六章《力与运动》教学过程中应用的科学方法做具体分析。
一 理想实验法
理想实验法是人们在真实的实验基础上,以科学实验为依据,运用逻辑推理对实际的物理过程进行深入分析,忽略次要矛盾,抓住主要矛盾,进而在思想中塑造的理想过程和分析方法。在牛顿第一定律教学中,为突破教学难点,教师设计了如下的思维过渡:现实中受阻力情景——所受阻力尽可能小——不受力的理想情景。具体实验是:让一个小球从一个斜面上滚下而又滚到第二个斜面上时,球在第二个斜面上所达到的高度同它在第一个斜面上开始滚下时的高度几乎相等,这个微小差别是由于受摩擦而产生的。再利用气垫导轨(摩擦尽可能小)让滑块在有气源供气的导轨上来来回回运动相当长的一段时间。此时教师向学生提出一个导向性问题:如果导轨无限长,各种阻力足够小以至为零,将滑块轻轻一推,那么将会出现何种情景?给学生一个思维想象空间,实现思想实验。
二 观察法
观察法是人们通过感觉器官或借助科学仪器,有目的、有计划地感知客观对象从而获得科学事实的一种研究方法的知觉活动。观察法主要有重点观察法,对比观察法和归纳观察法。在实际观察中,三种观察法常常是综合使用。观察时要明确观察任务,制定观察方案,记录现象的发生、测量数据,捕捉“意外”现象,观察要与思考相结合。
超重和失重教学中,教师让学生站在台称上做下蹲和站起实验,引导学生重点观察下蹲过程中加速阶段和减速阶段的台称示数变化,站起过程中加速阶段和减速阶段的台称示数变化,这里应用的是重点观察法。
探究加速度与力、质量的关系时,先确定质量这个因素不变条件下,观察加速度与力之间的关系,然后确定力不变的条件下,观察加速度与质量之间的关系,最后归纳得出一般的规律,这里使用的是重点观察法和归纳观察法。
三 控制变量法
当多个因素同时作用、共同影响某一物理量时,就要分别独立地研究其中某一因素的影响,这里就要暂时保持其他因素不变,以便排除其他因素的干扰,更好地研究这一因素与研究量之间的关系,最后再通过综合分析得出规律。牛顿第一定律教学中,每次让小球从同一高度滚下,是控制变量法。在探究加速度与力、质量关系实验中,其設计原理是运用控制变量法,确定加速度与外力和质量的定量关系。
四 图像法
在物理实验时,仅仅记下一些物理量的大小和实验现象是不够的,还需要将测得数据进行归纳整理、运用数学工具,总结出物理规律。其中图像法是一种常用的方法。图像法是通过图像来确定物理量之间的关系,是一种科学探究的基本方法。如在探究“在质量一定的情况下,加速度与合外力的关系”时,利用实验数据描点画出一条直线,得出加速度与合外力成正比关系。
在利用图像法的过程中,要求学生根据实验问题灵活地建立坐标系确定两个合适的物理量来作出图像。如在探究“在合外力一定的情况下,加速度与质量成反比”时,这两个变量不是线性关系,可以通过“倒数线性化”方法来处理实验数据,我们做出了a～1/m的线性关系。
五 比较法
比较法是确定研究对象之间差异和共同点的思维过程和方法。各种物理现象和过程都可以比较确定它们的差异点和共同点。比较是抽象与概括的前提,通过比较可以建立物理概念,总结物理规律。如超重和失重的概念是通过比较“视重”和“实重”而建立起来的。
利用比较方法罗列两类不同物理量对各自的产生方式、性质和作用等,可以消除学生理解上的含混。如正确区分一对作用与反作用力与一对平衡力是牛顿第三定律教学的一个难点,为使学生能清楚区分辩认,教学中采取如下列表比较。
六 近似法
近似法是在观察物理现象、进行物理实验、建立物理模型、推导物理规律和求解物理问题时,为了分析认识所研究问题的本质属性,往往突出实际问题的主要方面,忽略某些次要因素,进行近似处理。近似法是研究物理问题的基本思想方法之一。如在探究加速度与力、质量的关系实验中使钩码质量远小于小车的质量,把钩码所受的重力当作小车受到合外力,采用的就是近似法。
七 平衡法
物理学中常常利用一个量的作用与另一个(或几个)量的作用相同、相当或相反来设计实验、制作仪器,进行测量,在探究加速度与力、质量关系实验中,为了减少误差,使小车运动的轨道微倾斜以平衡摩擦力,就是利用平衡思想。在研究作用与反作用力大小关系实验中,观察静止时两弹测力计的示数相同,也是利用平衡法。
八 转换法
转换法是用某些容易直接测量(或显示)的量(或现象)代替不容易直接测量(或显示)的量(或现象),或者根据研究对象在一定条件下可以有相同的效果作间接观察、测量。转换法是一种较高层次的思维方法,是对事物本质深刻认识的基础上才产生的一种飞跃。如在探究加速度与力、质量的关系实验中,加速度不能直接测量出来,但可以利用打点计时器在纸带上打出的点,通过计算得出物理运动的加速度。
再如惯性是物体的固有属性,力的作用是不能改变物体惯性大小,惯性是由质量大小决定的。因此判断物体惯性大小转换为判断物体的质量大小,质量越大、惯性越大。这也是转换的方法。
此外,在研究超重失重的教学中,人在下蹲过程中,形状发生了改变,复杂,我们可以用重心来表示人的运动过程,这里采用的是等效方法。
高中物理新教材中蕴涵着丰富的物理思想方法,为渗透科学方法教育打下坚实的基础。教师只要增强渗透科学方法教育意识,挖掘教材中的科学方法教育因素,明确科学方法教学的内容、目标,按照学生认识规律组织教材,设计教法,把科学方法教育融进教学之中,学生一定能够在学习物理知识的过程中受到方法教育,形成科学的世界观。
关键词:物理 力与运动科学方法
【中图分类号】 G633.7【文献标识码】 C 【文章编号】1671-8437(2010)02-0184-01
《普通高中物理课程标准》课程目标中指出:“通过物理概念和规律的学习过程,了解物理的研究方法,认识物理实验、物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用”。新课程标准已经把科学方法教育确定为物理教学内容的一部分,充分体现了新课程标准对科学方法的重视。由于科学方法是隐藏在物理知识的背后,支配着物理知识的获取,而每个物理概念、规律的获取总是离不开某种或几种科学方法。因此,科学方法教育必须以物理知识为载体,以思维过程作为运动空间,在传授知识的同时加以渗透。
物理科学方法隐含在物理学知识形或发展过程中,要开展物理科学方法教育就需要我们分析、挖掘出教材中的科学方法因素。那么科学方法因素在哪里?在物理学知识点的建立、引申和扩展中,知识点以及知识点与知识点之间的连结处一定存在物理科学方法因素。(1)物理概念和规律是物理现象或过程的本质属性的反映,它本身无方法可言,但当我们引入这些概念并加以定义时或研究概念之间的定性和定量关系形成的规律时,就需要借助于一定的工具、一定的手段、通过一定的思维操作去观察去发现,这就体现了科学方法。(2)实验是运用方法的方法,是掌握方法的方法,物理实验中的实验原理设计、实验操作和实验数据处理这三个过程中,其每一过程都蕴涵丰富的科学方法教育因素。本文以司南版高中物理必修Ⅰ第六章《力与运动》教学过程中应用的科学方法做具体分析。
一 理想实验法
理想实验法是人们在真实的实验基础上,以科学实验为依据,运用逻辑推理对实际的物理过程进行深入分析,忽略次要矛盾,抓住主要矛盾,进而在思想中塑造的理想过程和分析方法。在牛顿第一定律教学中,为突破教学难点,教师设计了如下的思维过渡:现实中受阻力情景——所受阻力尽可能小——不受力的理想情景。具体实验是:让一个小球从一个斜面上滚下而又滚到第二个斜面上时,球在第二个斜面上所达到的高度同它在第一个斜面上开始滚下时的高度几乎相等,这个微小差别是由于受摩擦而产生的。再利用气垫导轨(摩擦尽可能小)让滑块在有气源供气的导轨上来来回回运动相当长的一段时间。此时教师向学生提出一个导向性问题:如果导轨无限长,各种阻力足够小以至为零,将滑块轻轻一推,那么将会出现何种情景?给学生一个思维想象空间,实现思想实验。
二 观察法
观察法是人们通过感觉器官或借助科学仪器,有目的、有计划地感知客观对象从而获得科学事实的一种研究方法的知觉活动。观察法主要有重点观察法,对比观察法和归纳观察法。在实际观察中,三种观察法常常是综合使用。观察时要明确观察任务,制定观察方案,记录现象的发生、测量数据,捕捉“意外”现象,观察要与思考相结合。
超重和失重教学中,教师让学生站在台称上做下蹲和站起实验,引导学生重点观察下蹲过程中加速阶段和减速阶段的台称示数变化,站起过程中加速阶段和减速阶段的台称示数变化,这里应用的是重点观察法。
探究加速度与力、质量的关系时,先确定质量这个因素不变条件下,观察加速度与力之间的关系,然后确定力不变的条件下,观察加速度与质量之间的关系,最后归纳得出一般的规律,这里使用的是重点观察法和归纳观察法。
三 控制变量法
当多个因素同时作用、共同影响某一物理量时,就要分别独立地研究其中某一因素的影响,这里就要暂时保持其他因素不变,以便排除其他因素的干扰,更好地研究这一因素与研究量之间的关系,最后再通过综合分析得出规律。牛顿第一定律教学中,每次让小球从同一高度滚下,是控制变量法。在探究加速度与力、质量关系实验中,其設计原理是运用控制变量法,确定加速度与外力和质量的定量关系。
四 图像法
在物理实验时,仅仅记下一些物理量的大小和实验现象是不够的,还需要将测得数据进行归纳整理、运用数学工具,总结出物理规律。其中图像法是一种常用的方法。图像法是通过图像来确定物理量之间的关系,是一种科学探究的基本方法。如在探究“在质量一定的情况下,加速度与合外力的关系”时,利用实验数据描点画出一条直线,得出加速度与合外力成正比关系。
在利用图像法的过程中,要求学生根据实验问题灵活地建立坐标系确定两个合适的物理量来作出图像。如在探究“在合外力一定的情况下,加速度与质量成反比”时,这两个变量不是线性关系,可以通过“倒数线性化”方法来处理实验数据,我们做出了a～1/m的线性关系。
五 比较法
比较法是确定研究对象之间差异和共同点的思维过程和方法。各种物理现象和过程都可以比较确定它们的差异点和共同点。比较是抽象与概括的前提,通过比较可以建立物理概念,总结物理规律。如超重和失重的概念是通过比较“视重”和“实重”而建立起来的。
利用比较方法罗列两类不同物理量对各自的产生方式、性质和作用等,可以消除学生理解上的含混。如正确区分一对作用与反作用力与一对平衡力是牛顿第三定律教学的一个难点,为使学生能清楚区分辩认,教学中采取如下列表比较。
六 近似法
近似法是在观察物理现象、进行物理实验、建立物理模型、推导物理规律和求解物理问题时,为了分析认识所研究问题的本质属性,往往突出实际问题的主要方面,忽略某些次要因素,进行近似处理。近似法是研究物理问题的基本思想方法之一。如在探究加速度与力、质量的关系实验中使钩码质量远小于小车的质量,把钩码所受的重力当作小车受到合外力,采用的就是近似法。
七 平衡法
物理学中常常利用一个量的作用与另一个(或几个)量的作用相同、相当或相反来设计实验、制作仪器,进行测量,在探究加速度与力、质量关系实验中,为了减少误差,使小车运动的轨道微倾斜以平衡摩擦力,就是利用平衡思想。在研究作用与反作用力大小关系实验中,观察静止时两弹测力计的示数相同,也是利用平衡法。
八 转换法
转换法是用某些容易直接测量(或显示)的量(或现象)代替不容易直接测量(或显示)的量(或现象),或者根据研究对象在一定条件下可以有相同的效果作间接观察、测量。转换法是一种较高层次的思维方法,是对事物本质深刻认识的基础上才产生的一种飞跃。如在探究加速度与力、质量的关系实验中,加速度不能直接测量出来,但可以利用打点计时器在纸带上打出的点,通过计算得出物理运动的加速度。
再如惯性是物体的固有属性,力的作用是不能改变物体惯性大小,惯性是由质量大小决定的。因此判断物体惯性大小转换为判断物体的质量大小,质量越大、惯性越大。这也是转换的方法。
此外,在研究超重失重的教学中,人在下蹲过程中,形状发生了改变,复杂,我们可以用重心来表示人的运动过程,这里采用的是等效方法。
高中物理新教材中蕴涵着丰富的物理思想方法,为渗透科学方法教育打下坚实的基础。教师只要增强渗透科学方法教育意识,挖掘教材中的科学方法教育因素,明确科学方法教学的内容、目标,按照学生认识规律组织教材,设计教法,把科学方法教育融进教学之中,学生一定能够在学习物理知识的过程中受到方法教育,形成科学的世界观。