运用物理研究方法引导学生设计实验

运用物理研究方法引导学生设计实验

聂矿忠

聂矿忠

摘要：在初中物理教学中，科学探究是新课程的精髓。在引导学生进行科学探究的七个步骤中，制定计划和设计实验又是学生感到最难的一步。为此，教师在教学过程中要充分发挥主导作用，运用物理研究的基本方法，巧妙设置递进性问题，逐步引导学生学会设计实验、学会探究，以达到最终完成实验探究的目的。

关键词：物理研究；实验；教师

作者简介：聂矿忠，任教于广东省肇庆市鼎湖区莲花初级中学。

物理研究的常用方法有很多，比如：等效替代法、控制变量法、比值定义法、归纳法、累积法、类比法、图像法、转换法、理想化方法、假设法等等，在教学中注意培养学生学习这些研究方法，有利于他们制定计划和设计实验。

在教学实践中科学探究的七个步骤里，“制定计划与设计实验”是学生最难开展的一步，原因是初中学生的认知水平和操作水平有限，当提出一个问题并进行猜想后，不知道怎样去设计实验，也就较难进行实验探究了。那么应该如何去突破这个难点呢？笔者在教学中通过运用物理研究的基本方法，巧设递进性提问，引导学生进行设计实验，取得了较好的效果。

一、运用等效替代法，引导学生设计实验

等效替代法是指在研究某一个物理现象和规律中，因实验本身的特殊限制或因实验器材等限制，不可以或很难直接揭示物理本质，而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代的方法。这种方法若运用恰当，不仅能顺利得出结论，而且容易被学生理解和接受。

如在探究“平面镜成像规律”的实验中，难点是：怎样比较像与物的大小，像的虚实。教学中，首先拿块较大的平面镜让学生看镜中自己的像，并逐渐远离平面镜，然后问学生，你看到自己的像的大小有没有变化？学生答：有变化，人距镜越远，像就越小（多数学生都会这样回答）。这是学生的感性认识形成的思维定势，在物理学习中，学生的思维定势还有着相当程度的影响作用。笔者并没有马上否定这个结论，而是要求学生用实验来验证这个结论是否正确。该如何设计实验呢？先请学生看课本第57页活动2：“探究平面镜成像的特点”，同时用多媒体展示问题请学生回答。

①如果不用玻璃板而用平面镜又将怎样？②为什么蜡烛A和B要等长？③如果玻璃板未放竖直又会怎样？通过以上问题让学生进行操作并回答后，学生就可顺利完成实验并得出正确结论。

二、运用控制变量法，引导学生设计实验

所谓控制变量法，就是物理学中对于多因素（多变量）的题，常常采用控制因素（变量）的办法，把多因素的问题变成多个单因素的问题，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。

如在“探究电磁铁的磁性强弱”活动中，学生猜想：

①跟电流大小有关；②可能跟线圈匝数多少有关；③可能跟铁钉的大小有关。要验证上述猜想是否正确，如何设计实验呢？这是一个难点。先让学生讨论，然后教师引导提问：怎样判断电磁铁磁性强弱？要验证猜想①跟电流大小有关，该怎样做？要验证猜想②可能跟线圈匝数多少有关，又如何设计？引导：就要用两个电磁铁，只改变匝数多少，而控制其它量均不变；要验证猜想③可能跟铁钉的大小有关，就要控制电流和线圈匝数多少不变，只改变铁钉的大小做实验。引导学生分析后选择器材：两个干电池、一个滑动变阻器、几根导线、三根铁钉（两根相同、一根稍小）、两根漆包线，接着设计用什么电路来完成实验呢？笔者设计了下表实验方案：

制作两根1m左右的漆包线分别做成20匝和40匝的电磁铁各一个设计分别将两个电磁铁接在同一个电源上，设计简单、思路明朗记录线圈匝数（匝）少（20匝）多（40匝）用较小铁钉制作的电磁铁（20匝）电流小时吸引大头针数电流大时吸引大头针数结论通过以上问题的提出和分析讨论，学生对整个设计实验的过程和方法都有了一个清醒的认识，接下来的实验和收集证据就相对容易完成了，难点的突破为科学探究过程以下各步的开展奠定了基础。

三、运用比值定义法，巧设递进性提问，引导学生设计实验

所谓比值定义法，就是用两个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法。

例如：在“探究物质的密度”中，这节的难点是：运用科学探究的方法设计并操作实验。在学生猜想出物体的质量跟它的体积之间可能有一定的关系后，怎样设计实验？该从何入手呢？教师应首先让学生明确，我们现在要研究物体的质量跟它的体积之间可能存在的关系，就要测量物体的质量和体积；要选用不同的物体，并且相同物体的数量最好是两个或以上，这样得出的结论才有说服力。设计了以下提问：

1.你准备选取哪些物质作为研究对象？（木块和铁块），选取的物质多些好，还是少些好？（多些好）；

2.你在实验中应当选择哪些测量工具？

首先要学生明白我们要测量哪些量？（质量和体积）；测量质量用什么工具？（天平），测量长方体木块的体积用什么工具？（用刻度尺测长、宽、高），测圆柱体铁块的体积用什么工具？（可用直尺、三角板测圆柱体的高和直径，利用公式V=ПR2?H可算出；测不规则铁块的体积用什么工具？（量筒、水和细线，排水法）。

3.你的实验步骤有哪些？要收集哪些证据？（引导学生第一步应该做什么？第二步做什么？等等）。

通过循序渐进的问题引导，使学生明白首先要根据猜想中的相关物理量来进行制定计划与设计实验，测量什么物理量就要用相应的实验器材；要清楚先测哪些量、后测哪些量，使学生对设计实验的过程有一个完整的认识。最后大多数学生在老师的引导下都能按照计划顺利完成实验设计。

四、综合运用多种研究方法，引导学生设计实验

有些比较复杂的物理问题，不能用一种方法来解决，而要用到多种物理研究方法，这时就要学生明白哪一步用到什么方法，对设计实验有什么作用。

比如，在“探究滑动摩擦力的大小”的教学中，本节的难点是：滑动摩擦力是发生在两个物体之间的，不能直接测量出，怎么办？而另一难点是怎样判断木块做匀速直线运动？学生猜想出滑动摩擦力的大小可能跟接触面的粗糙程度和压力大小有关后，引导学生思考：

1.怎样测量摩擦力的大小？先让学生看课本第18页“制定计划”部分以及“金钥匙”，让学生明白在这个实验中要用到两种探究方法：控制变量法和等效替代法。当研究滑动摩擦力跟压力的关系时，要控制接触面的粗糙程度不变；当研究滑动摩擦力跟接触面的粗糙程度的关系时，要控制压力不变；而滑动摩擦力的大小不能直接测出，要用弹簧测力计拉着物体匀速滑动时，摩擦力的大小等于弹簧测力计的拉力大小。提醒学生注意：怎样才能判断弹簧测力计拉着物体做匀速直线运动呢？当拉着物体运动时，要看弹簧测力计的示数基本不变时的读数即为拉力大小。

2.要选用哪些实验器材？引导学生思考：实验时，怎样保持接触面的粗糙程度改变？（用两块粗糙程度明显不同的木板），而改变压力时又如何保持压力不变（改变压力可增加砝码），学生就容易正确的选择实验器材。让学生掌握物理研究方法，就容易明白制定计划与设计实验的整个过程，学生在做实验时就能顺利完成。

参考文献：

[1]韩立福.新课程有效课堂教学行动策略[M].北京：首都师范大学出版社，2006.

[2]王少非.新课程背景下的教师专业发展[J].上海：华东师范大学出版社，2005.

[3]张行涛，周卫勇.新课程教学法[M].北京：中国轻工业出版社，2004.

作者单位：广东省肇庆市鼎湖区莲花初级中学

邮政编码：526070

ApplyingPhysicsResearchMethodsandGuidingStudentsExperimentDesigns

NIEKuangzhong

Abstract:Injuniorhighschoolphysicsteaching,scientificinquiryistheessenceofnewcurriculum.Makingplananddesigningexperimentisthemostdifficultstepinthesevenstepsofleadingstudentstoimplementscientificinquiry.Therefore,teachersshouldbringtheirleadingroleintofullplayandapplybasicmethodsofphysicsresearch,wittilydesignproblemsandleadstudentstolearnhowtodesignexperimentsandhowtoexplore,thustoachievetheobjectiveofexperimentinquiry.

Keywords:physicsresearch;experiments;teachers