吳立勇

摘?要：《義務(wù)教育物理課程標準（2011版）》中的“內(nèi)容標準”由科學探究和科學內(nèi)容組成，這實際上就規(guī)定了初中物理的主要思想方法和主要知識體系.科學探究由七大環(huán)節(jié)組成，物理概念和物理規(guī)律都是由“分析與論證”環(huán)節(jié)得出的，此環(huán)節(jié)成為發(fā)展學生探究能力的核心環(huán)節(jié)，無疑成為課堂教學的重點，也是學生學習物理的難點和困惑點.由此，教師要引導(dǎo)學生運用科學方法分析實驗數(shù)據(jù)，提高學生分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)歸納物理規(guī)律的能力.

關(guān)鍵詞：分析與論證;科學方法;分析數(shù)據(jù);發(fā)展能力

文章編號：1008-4134（2019）18-0046中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

探究式教學中的“分析與論證”是指學習者在探究過程中，在獲得實證的基礎(chǔ)上將探究結(jié)果與自己原有的知識聯(lián)系起來，運用分析、綜合、歸納、演繹等科學研究方法，找到事件的因果關(guān)系或其他解釋，形成超越學生原有知識和當前觀察結(jié)果的新的理解[1].《義務(wù)教育物理課程標準（2011年版）》指出，在探究教學中不僅要注重探究的結(jié)果，而且要注重探究的過程，落實本標準中對學生科學探究能力提出的基本要求.科學探究的七大要素有：提出問題、猜想與假設(shè)、設(shè)計實驗與制訂計劃、進行實驗與收集證據(jù)、分析與論證、評估和交流與合作.科學探究對分析與論證的能力基本要求有：能初步描述實驗數(shù)據(jù)或有關(guān)信息;能對收集的信息進行簡單歸類及比較;能進行簡單的因果推理;經(jīng)歷從物理現(xiàn)象和實驗中歸納科學規(guī)律的過程;嘗試對探究結(jié)果進行描述和解釋;認識分析論證在科學探究中是必不可少的[2].從能力要求中可以發(fā)現(xiàn)，在“分析與論證”環(huán)節(jié)要求學生具備較強的歸納能力，最終目的是能從物理現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)中分析歸納出科學規(guī)律.由于初中生對實驗數(shù)據(jù)的分析歸納能力十分低下，所以提高學生分析歸納實驗數(shù)據(jù)的能力顯得尤為重要.筆者試著用科學方法對學生進行適當?shù)囊龑?dǎo)，讓學生自己分析實驗數(shù)據(jù)，歸納得出實驗規(guī)律，有效化解“分析與論證”教學難題.

1?運用比較法，得出物理量之間定性關(guān)系

比較法是一種自然科學或社會科學的研究方法.是通過觀察，分析，找出研究對象的相同點和不同點，它是認識事物的一種基本方法.科學探究中分析與論證環(huán)節(jié)經(jīng)常運用比較法得出物理量間的定性關(guān)系，且以兩個具體實例來說明比較法在分析與論證中的運用.

案例1實驗：探究重力的大小與質(zhì)量的關(guān)系

在人教版初中物理八年級上冊第一章第3節(jié)“重力”教學中，首先用實驗收集實驗數(shù)據(jù)（見表1）.然后在教師引導(dǎo)下，學生通過分析實驗數(shù)據(jù)，運用比較法，得出重力大小與質(zhì)量的定性關(guān)系.

師：請同學們根據(jù)箭頭的方向，觀察同一物理量大小變化關(guān)系，哪位同學說說變化規(guī)律？

生1：物體質(zhì)量從左向右依次變大.

生2：物體重力從左向右也依次變大.

師：同學們觀察很仔細，你們找出了同一物理量數(shù)據(jù)變化規(guī)律，能不能分析出重力大小與質(zhì)量之間的變化規(guī)律.

生3：物體的質(zhì)量越大，重力越大.

生4：我覺得重力跟它的質(zhì)量成正比.

案例2實驗：探究電流與電阻的關(guān)系

在人教版初中物理九年級全一冊第十七章第1節(jié)“電流與電壓和電阻的關(guān)系”教學中，首先用實驗收集實驗數(shù)據(jù)（見表2）.然后在教師引導(dǎo)下，讓學生分析實驗數(shù)據(jù)，運用比較法，得出電流大小與電阻之間的定性關(guān)系.

師：請同學們根據(jù)箭頭的方向，觀察同一物理量大小變化關(guān)系，哪位同學說說變化規(guī)律？

生1：導(dǎo)體的電阻從上向下依次變大.

生2：通過導(dǎo)體的電流從上向下依次變小.

師：同學們觀察很仔細，你們找出了同一物理量數(shù)據(jù)變化規(guī)律，能不能分析出電流與電阻之間的變化規(guī)律.

生3：導(dǎo)體的電阻越大，通過導(dǎo)體的電流越小.

生4：我覺得通過導(dǎo)體的電流跟它的電阻成反比.

【評析】 在案例1和案例2中，教師要引導(dǎo)學生先觀察同一物理量本身數(shù)量變化關(guān)系（橫向比較），再觀察不同物理量之間數(shù)量變化關(guān)系（縱向判斷），并結(jié)合已有的知識和經(jīng)驗，進行因果推理，歸納得出兩個物理量之間數(shù)量的定性關(guān)系，有效完成了分析與論證環(huán)節(jié)教學任務(wù).運用橫縱向比較法歸納物理量之間的關(guān)系，只有當數(shù)據(jù)成倍變化時，學生才明顯觀察出來物理量間的數(shù)學關(guān)系，實驗結(jié)論才容易得出.由于實驗數(shù)據(jù)的特殊性，使得出的結(jié)論不具有普遍性，所以利用比較法進行分析與論證，得出的結(jié)論不足以令人信服.如案例1，在探究重力與質(zhì)量大小關(guān)系時，學生通過比較發(fā)現(xiàn)，當質(zhì)量變大時，重力也變大，由此得出重力與質(zhì)量成正比;又如案例2，在探究電流與電阻關(guān)系時，學生通過比較發(fā)現(xiàn)，當電壓一定時，電阻越大，電流越小，由此，得出電流與電阻成反比結(jié)論，都是經(jīng)不起邏輯推理的.

2?運用數(shù)學定義法，得出物理量之間的定量關(guān)系

數(shù)學不僅是解決物理問題的工具，同時也是物理學的一種重要方法.它包括圖像法和數(shù)學定義法.數(shù)學定義法有比值定義法和乘積定義法，通過兩個具體實例說明比值定義法和乘積定義法在分析與論證中的作用.

案例3?比值定義法論證重力的大小與質(zhì)量的關(guān)系

師：請同學們回憶數(shù)學中的正比知識.根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，分析比較發(fā)現(xiàn)：物體的質(zhì)量越大，重力越大.我們能不能就得出重力跟它的質(zhì)量成正比呢？

生1：能，因為當一個變量變大時，另一個變量也變大，兩者之間有可能成正比.

生2：不能，因為數(shù)學中成正比有嚴格的定義，只有當兩個變量的比值一定時，兩個變量才成正比.

師：前面兩位同學都有道理，下面應(yīng)該怎么驗證兩個變量之間是否成正比呢？

生3：猜想兩個變量成正比，比較兩個變量每次的比值是否相同.如果相同，說明成正比;如果不相同，說明兩者之間不成正比.

師：嗯，我認為這種方法可行，我們應(yīng)該怎么驗算？

生4：分別算出重力與質(zhì)量的比值，再比較每次比值是否相同，根據(jù)結(jié)果判斷重力與質(zhì)量是否成正比.

師：請同學們小組合作，每位同學算一次比值，小組內(nèi)討論﹑交流，得出結(jié)論.

組1：我們共計算了5次，每次重力與質(zhì)量的比值都等于10，我組得出的結(jié)論是重力與質(zhì)量成正比.

組2：我組的過程與組1一樣，說明了我們猜想是正確的，即物體所受的重力跟它的質(zhì)量成正比.

案例4?乘積定義法論證電流與電阻的關(guān)系

師：請同學們回憶數(shù)學中的反比知識.根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，分析比較發(fā)現(xiàn)：導(dǎo)體電阻越大，通過導(dǎo)體的電流越小.我們能不能就得出電流與電阻成反比呢？

生1：能，因為當一個變量變大時，另一個變量反而變小，兩者之間有可能成反比.

生2：不能，因為數(shù)學中成反比有嚴格的定義，只有當兩個變量的乘積一定時，兩個變量才成反比.

師：前面兩位同學說的都有道理，下面應(yīng)該怎么驗證兩個變量之間是否成反比呢？

生3：猜想兩個變量成反比，比較兩個變量每次的乘積是否相同.如果相同，說明成反比;如果不相同，說明兩者之間不成反比.

師：嗯，我認為這種方法可行，我們應(yīng)該怎么驗算？

生4：分別算出電流與電阻的乘積，再比較每次乘積是否相同，根據(jù)結(jié)果判斷電流與電阻是否成反比.

師：請同學們小組合作，每位同學算一次乘積，小組內(nèi)討論﹑交流，得出結(jié)論.

組1：我們共計算了4次，每次電流與電阻的乘積都等于5，我組得出的結(jié)論是電流與電阻成反比.

組2：我組的過程與組1一樣，說明了我們猜想是正確的，即通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體電阻成反比.

【評析】 在案例3和案例4中，先通過比較法尋找變量之間的大致關(guān)系，根據(jù)數(shù)學知識，猜想兩個物理量是正比關(guān)系或反比關(guān)系.再根據(jù)數(shù)學中正比或反比概念的定義，驗證自己的猜想是否正確，這其實就是反證法.這種用數(shù)學概念定義分析得出的結(jié)論令人信服，并且將定性的結(jié)論變成定量的結(jié)論，使學生認識到物理量的實質(zhì)，同時培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度.它的缺點也是顯而易見，計算的工作量大，必需分工合作完成，否則會浪費大量的課堂時間.

3?運用圖像法，直觀得出物理規(guī)律

圖像法是畫出直角坐標系，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的情況，設(shè)定橫坐標﹑縱坐標表示的物理量，把實驗數(shù)據(jù)變成坐標系中的點，然后將各個點連成線，與數(shù)學函數(shù)圖像進行比較，表達各種物理量之間的規(guī)律，這種方法叫圖像法.初中物理中常見的圖像有正比例圖像和反比例圖像，下面以兩個具體實例說明它們在分析和論證中的運用.

案例5?正比例圖像分析重力的大小與質(zhì)量的關(guān)系

師：我們在處理表1中的數(shù)據(jù)時，除了比較法和數(shù)學定義法外，還可以用圖像法來分析數(shù)據(jù)，請同學們回憶下如何將數(shù)據(jù)變換成圖像？

生1：先畫直角坐標系，再將兩個變量的數(shù)據(jù)變成橫坐標和縱坐標，然后描點，最后連線.

師：能不能針對表1中的數(shù)據(jù)，再說具體的方法.

生2：我們將重力當作縱坐標，質(zhì)量看成橫坐標，即G—m圖像.在直角坐標系描出五個點（0.05，0.5）、（0.1，1）、（0.15，1.5）、（0.2，2）、（0.25，2.5）將五個點連成線.

師：把點連成線后，還應(yīng)怎么做才能觀察出是成正比呢？

生3：觀察連成線是否是直線，根據(jù)具體情況進行判斷.如果是直線，且直線經(jīng)過坐標原點，說明兩個量是正比關(guān)系;如果直線不經(jīng)過坐標原點，說明不是正比關(guān)系.如果連成線不是直線，也說明不是正比關(guān)系.

師：看來你的數(shù)學知識很牢固，請大家依照他的方法做一下.完成任務(wù)后在黑板進行展示，發(fā)言.

生4：我將五個點連成線后發(fā)現(xiàn)是條直線，且該直線經(jīng)過坐標原點，說明重力跟它的質(zhì)量成正比.

案例6?反比例圖像分析電流與電阻的關(guān)系

師：我們在處理表2中的數(shù)據(jù)時，除了比較法和數(shù)學定義法外，還可以用圖像法來分析數(shù)據(jù)，請同學們回憶下如何將數(shù)據(jù)變換成圖像？

生1：先畫直角坐標系，再將兩個變量的數(shù)據(jù)變成橫坐標和縱坐標，然后描點，最后連線.

師：能不能針對表2中的數(shù)據(jù)，再說具體方法.

生2：我們將電流當作縱坐標，電阻看成橫坐標，即I—R圖像.在直角坐標系描出四個點（5、1）、（10、0.5）、（20、0.25）、（25、0.2），將四個點連成線.

師：把點連成線后，還應(yīng)怎么做才能觀察出是成反比呢？

生3：觀察連成線是否是雙曲線，根據(jù)具體情況進行判斷.如果是直線，且直線經(jīng)過坐標原點，說明兩個量不是反比關(guān)系;如果曲線，且像雙曲線，說明是反比關(guān)系;如果不像雙曲線，就不能確定是反比關(guān)系，當然也有可能是反比關(guān)系

師：看來你的數(shù)學知識很牢固，請大家依照他的方法做一下.完成任務(wù)后在黑板進行展示，發(fā)言.

生4：我將四個點連成線后發(fā)現(xiàn)是條雙曲線，根據(jù)經(jīng)驗判斷，電流與電阻成反比.

師：根據(jù)經(jīng)驗判斷是不可靠的，我們可將I—R圖像換成I— 1R圖像，如果I— 1R圖像是一條過坐標原點的直線，說明I與1R成正比，能否說明I與R成反比呢？

（學生小組討論﹑交流后發(fā)言）

組1：能證明，I與1R成正比，說明I與1R的比值是一個定值，我們將分式進行化簡，I與R的乘積就是一個定值，I與R成反比.

師：找點的坐標時，具體應(yīng)該怎么操作才能做出I— 1R圖像呢？

組2：將橫坐標R的值換成1R，縱坐標不變.四個點的坐標分別變成了（15、1）、（110、0.5）、（120、0.25）、（125、0.2），將四個點連成線后，發(fā)現(xiàn)是一條過坐標原點的直線，說明I與1R成正比，也驗證了電流與電阻成反比.

【評析】 在案例5和案例6中，師生采用圖像的方法來處理實驗數(shù)據(jù)，將抽象的變量關(guān)系直觀形象化，動態(tài)變化過程清晰.如案例5，當圖像是一條過坐標原點的直線時，兩個物理量具有正比關(guān)系變得一目了然，這樣就將復(fù)雜的數(shù)據(jù)運算進行簡化，節(jié)約了寶貴的課堂時間.再如案例6，當圖像是一條曲線時，兩個物理量之間的關(guān)系就很難確定，此時，教師就要引導(dǎo)學生化曲為直.將非線性圖像轉(zhuǎn)化為線性圖像，用線性圖像研究物理量間的關(guān)系是處理實驗數(shù)據(jù)常用的

手段[3].學生體驗借助圖像處理實驗數(shù)據(jù)的過程，掌握用圖像處理實驗數(shù)據(jù)的基本方法，使學生認識數(shù)學工具在物理研究中的作用，注重了《課標》倡導(dǎo)“過程與方法”與知識并重的理念.不僅培養(yǎng)了學生分析和解決問題的能力，而且培養(yǎng)學生嚴謹、實事求是的科學態(tài)度，提升了學生的思維品質(zhì).

以上僅僅列舉了在分析與論證中分析實驗數(shù)據(jù)最常用的三種科學方法，實際教學中還經(jīng)常用到推理法、歸納法和演繹法等方法分析實驗現(xiàn)象，建立物理概念、學習物理規(guī)律的過程.可見，分析與論證不僅有助于學生將實驗證據(jù)、已有的科學知識和他們所提出的解釋這三者之間更緊密地聯(lián)系起來，而且由于這樣的過程是在學生自主質(zhì)疑、推理和批判性思維活動中完成的，打破了對知識的盲目迷信，增強了對自己學習的控制.學習者在有效建構(gòu)新知識的同時，將獲得新的觀點、新的思維方法和對深層次思維結(jié)構(gòu)的重組[1].

參考文獻：

[1]沈金林.關(guān)于探究式教學中“分析與論證”要素的若干解讀[J].物理教師，2005（08）：1-3.

[2]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標準（實驗）[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[3] 朱柏樹.追蹤“異?！睌?shù)據(jù) 發(fā)展探究能力——賞析一節(jié)省級示范課實驗數(shù)據(jù)的分析與處理[J].中學物理教學參考，2015，44（19）：32-35.