張景志

2011版《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》關(guān)于過(guò)程和方法部分，提到學(xué)生不僅應(yīng)學(xué)到物理知識(shí)，而且應(yīng)學(xué)到科學(xué)方法.

強(qiáng)調(diào)要“通過(guò)學(xué)習(xí)物理知識(shí)，提高分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力，養(yǎng)成自學(xué)能力，學(xué)習(xí)物理學(xué)家在科學(xué)探索中的研究方法，并能在解決問(wèn)題中，嘗試應(yīng)用科學(xué)研究方法.”

“工欲善其事，必先利其器”，科學(xué)的研究方法是破解教學(xué)難題的利器.本文以“電流的熱效應(yīng)”一節(jié)課為例，談?wù)勅绾卫每茖W(xué)合理的方法來(lái)解決問(wèn)題.

1 逆推法

本節(jié)課是這樣引入的：上周六，小明的爸爸出門前囑咐他好好寫作業(yè)，不要看電視.爸爸回來(lái)時(shí)看到他在認(rèn)真寫作業(yè)，電視機(jī)也沒(méi)打開，很高興.可是用手一摸電視機(jī)后蓋后發(fā)現(xiàn)，小明剛看過(guò)電視.

小明爸爸運(yùn)用的方法就是逆向推理法，簡(jiǎn)稱逆推法.電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體都會(huì)發(fā)熱，這種現(xiàn)象叫電流的熱效應(yīng)；反過(guò)來(lái)，如果導(dǎo)體發(fā)熱，排除了加熱等其他可能，就說(shuō)明導(dǎo)體中有電流通過(guò).

2 控制變量法

電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟哪些因數(shù)有關(guān)呢？

可能與電流、電阻、時(shí)間或其他因素有關(guān)（學(xué)生猜想）.

當(dāng)研究一個(gè)量可能跟多個(gè)量有關(guān)時(shí)，一般要用到控制變量的思想方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).由此，我們?cè)O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示，其中，R1=R2=20Ω， R3=10Ω.

當(dāng)研究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量Q跟R的關(guān)系時(shí)，我們可以比較R2、R3產(chǎn)生的熱量，因?yàn)檫@時(shí)I和t都相同.

當(dāng)研究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量Q跟I的關(guān)系時(shí)，我們可以比較R2、R3產(chǎn)生的熱量，因?yàn)檫@時(shí)R和t都相同.

當(dāng)研究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量Q跟t的關(guān)系時(shí)，我們可以比較任一電阻先后產(chǎn)生的熱量，因?yàn)檫@時(shí)只有t不同.

像這樣，把一個(gè)多因素影響某一物理量的問(wèn)題，通過(guò)控制某幾個(gè)因素不變，只讓其中一個(gè)因素改變，從而轉(zhuǎn)化為多個(gè)單一因素影響某一物理量的問(wèn)題的研究方法就是控制變量法.這種方法在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格上的反映為：某兩次試驗(yàn)只有一個(gè)條件不相同，若兩次試驗(yàn)結(jié)果不同，則與該條件有關(guān)，否則無(wú)關(guān)；反過(guò)來(lái)，若要研究的問(wèn)題是物理量與某一因素是否有關(guān)，則應(yīng)只使該因素不同，而其他因素均應(yīng)相同.

3 轉(zhuǎn)換法

電流通過(guò)三個(gè)電阻放出的熱量的多少如何比較呢？如圖2所示，我們用相同的燒瓶，里面裝相同的煤油，閉合開關(guān)后一段時(shí)間，比較液柱上升的高低.由于電流通過(guò)電阻絲產(chǎn)生的熱量無(wú)法直接觀測(cè)和比較，“將電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量多少轉(zhuǎn)化為液柱上升高低”，這一轉(zhuǎn)化舉措順利破解了難題.

有的物理量不便于直接測(cè)量，有的物理現(xiàn)象不便于直接觀察，通過(guò)轉(zhuǎn)換為容易測(cè)量、與之相等或與之相關(guān)聯(lián)的物理現(xiàn)象，從而獲得結(jié)論的方法稱為“轉(zhuǎn)換法”.這里說(shuō)的轉(zhuǎn)換是從等效思想出發(fā)進(jìn)行的轉(zhuǎn)換.運(yùn)用“轉(zhuǎn)化法”實(shí)施教學(xué)，可以很好地突破教學(xué)中的難點(diǎn)，使學(xué)生更容易接受物理知識(shí).

4 放大法

事實(shí)上，上面的實(shí)驗(yàn)，用玻璃管中的細(xì)液柱顯示熱量高低的方法就是運(yùn)用的放大法.物理實(shí)驗(yàn)中常遇到一些微小物理量的測(cè)量，為提高測(cè)量精度，常需要采用合適的放大方法，選用相應(yīng)的測(cè)量裝置將被測(cè)量進(jìn)行放大后再進(jìn)行測(cè)量.

5 比較法

在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，很容易填寫表1的數(shù)據(jù)，采用比較法，

不難得出正確的結(jié)論：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻和通電時(shí)間有關(guān)（表1）.

6 歸納法

上述結(jié)論是從特殊（個(gè)案）案例得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，還需要?dú)w納概括上升到一般規(guī)律：其實(shí)早在很多年前，物理學(xué)家焦耳就按照剛才大家的研究方法，研究了很多年、經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)才得出了我們剛才得出的結(jié)論.

歸納是從個(gè)別到一般的抽象概括，即從具體的個(gè)別事物的認(rèn)識(shí)中概括出抽象的一般認(rèn)識(shí)的思維方法和推理形式.它的本質(zhì)在于人類認(rèn)識(shí)過(guò)程中由觀察到概括，由感性到理性、由部分到全體、由個(gè)別到一般、由個(gè)性到共性的升華.

7 物理-數(shù)學(xué)方法

前面，我們只是得出的定性結(jié)論，焦耳通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)于1840年最終發(fā)現(xiàn)：

電流流過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比，這一規(guī)律被稱為焦耳定律.

焦耳定律可以用數(shù)學(xué)公式表示為：

Q=I2Rt

焦耳定律用數(shù)學(xué)公式表達(dá)后，既簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，應(yīng)用起來(lái)又方便.

縱觀物理學(xué)的發(fā)展歷史不難看出，從經(jīng)典物理學(xué)到現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展，無(wú)一不是在數(shù)學(xué)的幫助下完成的.可以說(shuō)，數(shù)學(xué)方法與實(shí)驗(yàn)方法對(duì)物理學(xué)好比鳥之雙翼，須臾不離，缺一不可.數(shù)學(xué)作為一種工具，在表達(dá)物理規(guī)律、處理物理問(wèn)題時(shí)，有其獨(dú)到的功能，有時(shí)將物理問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題，運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法，能使問(wèn)題的求解變得簡(jiǎn)單方便.初中階段常常運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)來(lái)推導(dǎo)物理公式或從基本公式推導(dǎo)出其它關(guān)系式，這樣既可以使學(xué)生獲得新知識(shí)，又可以幫助他們領(lǐng)會(huì)物理知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系.

總之，物理科學(xué)方法是科學(xué)素質(zhì)的翅膀，是獲取科學(xué)知識(shí)的手段.學(xué)生只有掌握了科學(xué)方法，才能更深入地理解和牢固掌握科學(xué)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效率，起到事半功倍的作用.

如果說(shuō)知識(shí)是土壤，能力是果實(shí)，那么科學(xué)方法則是摘取碩果的金色階梯.