【初中研究方法物理实验论文】物理实验初中

初中研究方法物理实验论文

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。

在整个实验探究过程中，所要应用到的研究方法除这里 所提到的控制变量法、转换法和归纳推理外，还有等效替代 法、科学推理、放大法等等。在一次完整的实验探究过程中 有时是结合其中一种有时是多种，这需要学生对各种研究方 法有较深的理解。教师应该在课堂教学中不断地对各种研究 方法进行渗透，让学生建立主动的应用意识，从而提高学生 具体问题具体分析的能力。