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1、新课程下物理实验教学如何渗透科学方法 新课程改革以后,实验教学也越来越受重视,虽然实验教学比起直接讲述来,确实要花费更多的时间和精力,而且在得到结论方面常常反不如直接讲述来的简洁而明确。但物理科学是一门实验科学,通过实验教学可以加强对学生科学方法的培养,这比单独地传授知识更为重要。而且在实验教学中渗透科学研究方法是科学方法教育的一个重要途径,很多的科学研究方法在实验教学中都有所体现。所以,加强物理实验教学中科学方法的渗透,是当前教学中的一个重要课题,下面我就谈谈我的一些愚见,希有所借鉴。 一、高中物理实验教学渗透科学方法的重要意义 1.科学方法能帮助大家自觉的、科学的进行思维,进而从自发、朴素
2、的思想方式中摆脱出来。 2.通过科学方法教育能使物理教学能达到一个更高的境界。 3.科学方法教育使知识教学和能力培养的结合更具有可操作性。 4.科学方法是人们通向真理,获得真理的认识途径,有助于学生树立辩证唯物主义的世界观。 二、高中物理实验教学中常见的科学方法 观察法侧重观察实验和实验数据处理等;分析和综合方法侧重定性分析、定量分析和因果分析;比较和分类方法侧重异中求同、同中求异的研究;归纳和演绎方法侧重简单枚举归纳和演绎;理想化方法主要包括理想实验和理想模型等;另外,还有“放大法”“替代法”和“近似法”等。 三、高中物理实验教学渗透科学方法的途径 1.在实验教学中培养科学的观察方法 观察在
3、物理学的发展中起到了很重要的作用。从观察实验仪器入手,抓好起步。教学实践中发现,有些学生毕业完以后对各种仪器、仪表都不会读数,最小刻度不会区分等。所以,首先要让学生明白实验过程中观察的重要性,这些可以给学生讲一些中外科学家的故事;如牛顿从苹果的落地中发现重力、瓦特看到开水壶里的水蒸气顶动壶盖,从而发明了蒸气机、伽利略在认真观察吊灯的摆动中,发现了单摆的等时性原理。让学生从这些伟大的科学家们的故事中得到启发,让他们知道科学家们正是从这些最简单的、最微不足道的物理事实观察中,作出了震惊世界的发明和创造。 对学生观察能力的培养包括素质的培养和技巧的训练。对于素质的培养,首先要使学生能根据物理教学要求
4、自行设计实验观察内容,确定观察工具,掌握必备知识。俗话说:“内行看门道,外行看热闹”。其次要培养学生不怕挫折,锲而不舍的精神。最后应培养学生在观察中积极思维的习惯,观察时尽量摆脱已有观念的束缚,使学生的思维有较大的自由度,鼓励学生善疑多问,勤于思索,这样才有可能在将来的观察实践中探索,发现新的物理现象和规律。而对于技巧的训练,首先应做好实验观察设计,明确观察对象,观察步骤和方法。 2.在实验教学中渗透控制变量的科学研究方法 控制变量的方法是指有多个因素同时作用、共同影响某一物理量时,分别独立地研究其中某一因素的影响,这时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
5、间的关系,最后再通过综合分析得出规律。在“验证牛顿第二定律”实验中,在研究a、F、m三者之间的关系时,先控制物体的质量m不变,改变力F的大小,研究a与F的定量关系。得出物体的质量m一定时,物体运动的加速度a与物体所受的合外力F成正比;再控制物体所受的外力F不变,改变物体的质量m,研究a与m的定量关系。得出物体所受的合外力F一定时,物体运动的加速度a与物体的质量m成反比;最后将二者加以归纳综合,得出a、F、m三者之间的定量关系,即物体运动的加速度a与物体所受的合外力F成正比,与物体的质量m成反比。除此之外,例如:欧姆定律、电阻定律、研究影响感应电流的方向因素等,都采用了控制变量法而研究出来的。
6、3.实验数据处理的科学方法图象法 在“牛顿第二定律”实验中,最终要验证的是在物体的质量保持不变的条件下,物体运动的加速度与物体所受合外力成正比;在物体所受的合外力保持不变的条件下,物体运动的加速度与物体的质量成反比。而我们在实验过程中获得的数据有几组m一定时a与F的值和F一定时a与m的值。从这几组数值中较难看出m一定时a与F的正比关系,以及F一定时a与m的反比关系。为了使实验数据较为明显、直观地反映其中蕴含的规律,常常利用图象来处理实验数据,即运用图象法的科学方法来描述它们之间的关系。由数学知识可知,当某一个变量与另一个变量成正比时,分别以这两个变量为纵、横坐标所形成的图象为一过原点的直线;反
7、之,如果以两个变量为坐标所形成的图象为一过原点的直线,则这两个变量必然成正比。为此在对本实验的数据处理上,分别依据所测数据画出了两个图象:当m一定时的a-F图象,因图象为一过原点的直线,所以a与F成正比;当F一定时,a应与m成反比,即a-m图象应为一条双曲线。但如果我们直接作a-m图象,即使我们根据实验数据作出的曲线看上去好像是双曲线,但我们也没有充分的理由可以断定它一定是一条双曲线,从而证明a与m成反比。这里运用了“曲改直”的科学方法,即改画a-m图象为a-1/m图象,因为理论上a-1/m图象是一条过原点的直线,所以我们很容易直观地判断图象是否为直线如果画出的a-1/m图象为过原点的直线,则可说明a与m成反比。像这种将“曲改直”的画图方法在验证反比规律时经常用到。 事实上,物理学经常遵循着实践、理论、再实践的途径来研究和解决问题,而实验教学最能体现这种思想,通过观察实验猜想假设实验验证实践验证理论这样的一个探究过程,使学生的科学思维不断循环上升。学生通过物理实验学到研究问题和解决问题的方法,并且将这些的科学方法迁移到其他领域,促进学生终身发展,使学生终身受益。
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