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浅议物理教学中的科学研究方法传授

课程标准指出,基础物理的教育目的是培养全体学生的科学素养,使学生在科学知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面得到全面的发展。
中学阶段物理包括基本物理概念和基本物理规律的建立，以及基本物理原理和理论的论证与阐述。即使是表面看似简单的道理、概念和规律，也蕴含着极其丰富的思想性、逻辑性和研究方法。
因此，在突出科学探究内容的同时，重视研究方法的指导，使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中，逐渐拓宽视野，初步领悟到科学研究方法的真谛。物理不只是理性的、量化的公式和定律,它负载着方法,蕴含着价值。基础物理的教育目的是培养全体学生的科学素养使学生在科学知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面得到全面的发展。
在教学中贯彻科学研究方法的传授，目的是培养学生初步的科研能力，养成科研习惯。近年来中考命题也加大了对物理研究方法的考查,教学中让学生学习一些中学物理的研究方法,有助于培养学生的思维能力,让学生掌握学习物理的规律,从而形成规律性的学习,达到事半功倍的学习效益。
 一、通过观察和实验传授科学研究方法
物理学是一门注重实验的科学，观察和实验是物理学研究的基本方法，整个物理学的发展史告诉我们，人类的物理知识来源于实践，特别是来源于科学实验的实践。
用温度计测量物体的温度，实验的目的是正确使用温度计，并不要求学生从中发现或验证什么规律，通常不拿其当做一回事，但液体温度计却体现了实验设计的一般原理：平衡原理——温度计与被测液体达到热平衡。温度计的液柱不再变时，示数既被测物体温度。 转化原理——把被测液体温度转化为温度计的高度。是看不见向看得见的转化，微观无规则运动向着宏观有规则运动的转化。放大原理——温度计内径做的细小，以便观察的现象明显，能体现出温度的细小差别。 
在实验中，要求掌握仪器和使用方法的同时，学会如何观察，同时还要挖掘教材的潜在思想性，事实上中学物理中学习的各种仪器，如安培表、伏特表、游标卡尺、螺旋测微器、万用表等涉及到物理研究的基本方法，教学中有意无意向学生渗透，经过重复、深化培养学生观察实验的能力，学生通过学习触类旁通、举一反三。
例如：探究一段导体的电流与导体两端的电压、电阻的关系，具体地说就是———电压一定时，探究导体中的电流与电阻的关系，电阻一定时，探究导体中的电流与电压的关系；学生在科学探究中，从器材的选择，设计电路，设计实验的步骤和实验的表格，进行实验等都是以控制变量法为主线展开的，类似的实验如探究液体的压强与液体密度和深度的关系，探究弦乐器的音调与弦的松紧、长短和粗细的关系，探究电磁铁的磁性与线圈匝数和电流大小的关系等。可以说多数物理实验，都要按照实验目的、原理和方法控制某些条件来研究；物理研究的方法贯穿于科学探究的各个环节。
二、通过物理学史传授科学研究方法 
物理学史中许多重要发明、发现同样是科学家善于观察的结果。比如意大利物理学家伽利略，1853年在比萨教堂注意到一盏悬灯的摆动受到启发，用线悬铜球模拟单摆实验，确证了微小摆动的等时性和摆长对周期的影响；德国物理学家伦琴在进行阴极射线实验时，注意到放在射线管附近氰亚铂酸钡的小屏上发出微光，而发现了X射线（伦琴射线）；早已脍炙人口的牛顿苹果落地的传说，使牛顿从中悟出了地球引力的存在等等，这些事例都说明观察的重要性。培养学生观察能力和观察习惯，可以起到巩固消化，加深理解的重要作用。
十七世纪亚里士多德从生产实践中观察到“用力推车，车就运动；停止用力，车便归于静止。”抽象出“每个运动都需要连续不断的力去维持它，即力是维持物体运动的原因。”差不多两千年内一直被人们看成是天经地义、不证自明的真理加以接受。然而，伽利略设想在一坚硬、光滑的平面上有一块木块。推动这块木块，它便开始运动起来，不一会儿，木块就逐渐变慢，以至最后归于静止不动。但是伽利略的思想并没有到此了结，而是静悄悄地再向前迈出了重大的一步。让我们用较为光滑的平面和较为光滑的木块再次做实验，我们就会观察到，木块滑行距离较先前增加了，如果无止境地提高平面和木块的光滑度，那将会出现什么结果了？这时候，伽利略的思路上突然出现了一个最大胆的飞跃：假想平面和木块都是绝对光滑的，即当所有的摩擦阻力都被我们理想地相除以后，木块就会沿着直线以恒定的速率永远不停地运动下去。终于被人们明白了需要外力的不是运动，而是运动的产生或者运动状态的改变。一句话，力是物体运动状态发生变化的原因。
伽利略这个惊世骇俗的科学论断后来被牛顿采用为他的三条运动定律中的第一条，从而成了经典力学中第一块奠基石。伽利略的思路也成了科学探索和推理的楷模，这中间他运用了观察→实验论证→假设猜想→实验抽象→修正推广的研究方法，也体现了敢于怀疑、善于实践、坚忍不拔的探索精神。
学生从中受到启发，激发了学生致力于科学研究的精神。只有抓住机会，反复向学生揭示这种物理研究的观点和方法，才能逐步做到使学生从物理的，而不是日常生活的角度去看问题，学会从事研究的方法。 
三、通过物理知识的讲解渗透科学研究方法 
物理课程以知识为主要内容，物理研究的方法应渗透到物理教学之中，研究需要潜移默化的熏陶和刻意训练，脱离物理知识而大讲研究物理的方法如同空中楼阁；埋头只讲知识不注意方法教育，学生得到知识是零散不系统的，植根于物理知识沃土中的研究方法才会结出丰硕的果实。 
在物理科学的研究中，建立合理的物理模型具有十分重要的意义。物理模型可使抽象的假说理论加以形象化，便于想象和思考研究问题。物理学的发展过程，可以说就是一个不断建立物理模型和用新的物理模型代替旧的或不完善的物理模型的过程。例如：研究肉眼看不到的原子核式结构模型；研究液体压强采用的液柱模型；研究光现象用到的光线模型；研究磁现象时用到的磁感线模型等。其主要目的是忽略次要因素，抓住主要矛盾，便于发掘事物的内在规律。我们所遇到的物理问题，均包含着许多因素和矛盾，具有多面性的特性。这就要求我们具体分析。区分主、次要因素。正确运用科学抽象的方法，进行合理的简化。如研究太阳系中某个行星绕日运动时，太阳对该行星的引力是主要的，其他行星的引力是次要的，可以暂时不考虑；同时，由于太阳与行星本身的半径比他们之间的距离小得多，所以可以把太阳和行星看成“质点”，而不考虑它们的大小，这样进行研究当然是近似的，但是因为抓住了主要矛盾，所以这种近似是科学的抽象，其研究结果基本上是符合客观实际的。 
由于每一物理模型的建立均闪烁着科学方法灵光，因此，使学生了解建立合理模型对学习和研究物理问题的重要性，增强学生学习这种方法的自觉性，侧重于培养这种建立模型的能力并理解模型的适用条件将起到积极作用。
 四、通过知识的应用加深科学研究方法。
理解研究某些物理知识或物理规律，往往要同时用到几种研究方法。如在研究电阻的大小与哪些因素有关时，我们同时用到了观察法（观察电流表的示数）、转换法（把电阻的大小转换成电流的大小、通过研究电流的大小来得到电阻的大小）、归纳法（将分别得出的电阻与材料、长度、横截面积、温度有关的信息归纳在一起）、和控制变量法（在研究电阻与长度有关时控制了材料、横截面积）等方法；类似的实验如牛顿第一定律、平面镜成像等。能力与方法是密切相关的，因此，教师要培养学生科学探究能力，就要强调学生在获取知识的过程中体会和内化科学方法，学以致用。 
五、解决物理问题过程中的数学方法 
物理教学之所以成为科学技术的基础，重要原因之一就是物理学在研究物质世界运动规律时，不仅仅满足于定性的描述，更重要的是找出了各物理量之间的定量关系，也正因为这样，规律才使人信服，并可以用实验精准验证。因此，在物理学的研究和学习中，不论是观察实验还是理论探讨时，不论是从感性认识上升到理性认识，还是运用物理理论指导实践，数学方法的运用都是很为重要的环节。 
1、培养学生把物理问题转化为数学问题的能力。主要是指用数学的语言和方法表述物理概念和规律的能力。学生往往只会背公式却不理解它的物理意义。教学时要注意把概念、规律的物理意义与数学表达式结合起来，使学生了解数学公式的来源并正确理解其物理意义。 
物理学许多定律往往首先是在实验基础上，提出经验公式，然后才得到严格的理论论证，这样的例子很多，如：牛顿第二定律、欧姆定律、光的反射和折射定律等都是在分析与综合实验数据的基础上建立起来的，培养学生在实验基础上建立物理公式的能力，有助于加深对物理公式的建立过程和公式意义的理解，并且能使学生了解物理科学研究的一般方法。另外，图片和函数式一样，也是表示物理定律常用的方法。而且，图线更具有形象直观、动态过程清楚的特点。在对某些物理现象、过程进行研究时，往往先把由实验测得的数据用图线表示出来，而后再由图线的分析求的定律的表述。所以培养学生运用图线来表达物理定律，也是运用数学解决物理问题的能力的一个重要方面。 
2、培养学生运用数学知识对物理问题进行分析计算的能力 
数学只是作为研究物理的工具使用，而不要把物理问题“数学化”，例如R=U/I等，采用这种定义的方法，只是为了把抽象概念具体化、数量化，使得抽象的推理与具体的实验联系起来，使定性的描述与定量的计算结合起来，对抽象概念赋以具体的数值，然后把数学方法引进到物理研究中来，这种定义方法只是给出了物理概念之间的量的关系，没有进一步确定这些概念中哪些有因果关系，哪些没有因果关系，不应理解为电阻与电压成正比、与电流成反比等等。不把握好这一点就容易把因果关系不恰当地搬到所有物理量上。

物理教学必须在新课程理念的引领下,重视方法的研究,培养学生的科学素质、创新意识和实践能力。只要学生逐渐掌握了这些物理研究的方法，才能运用学得知识去解决实际问题，去探索新的知识；只要对这些方法的不断了解、积累和熟练，才能尽快地获取知识，并通过一定的网络结构深刻地体会和掌握知识。从而帮助学生逐步树立起科学的世界观和科学态度以及科学的研究方法，使科学思想扎根于头脑之中。
教师应转变观念,更新知识,不断提高自身的综合素养,创造性地理解和使用课本,灵活运用多种研究方法,引导学生在探究中学会学习,真正成为学习的主人,为学生的终身学习奠基。