浅谈物理探究实验教学的方法

初中《物理课程标准》指出：科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。要求教师通过科学探究，使学生经历基本的科学探究过程，学习科学探究方法，发展初步的科学探究能力，形成尊重事实、探索真理的科学态度，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。为了实现既定目标，物理探究实验教学有哪些方法呢？
　　
　　一、物理探究实验的设计方法
　　
　　通过物理探究实验的设计，达到良好的观察效果和实验效果。
　　
　　1、控制法设计实验：控制变量法是初中物理实验中常用的探究问题分析问题的科学方法之一，它是指为了研究物理量同影响它的多个因素中的一个因素的关系，将除了这个因素以外的其他因素人为地控制起来，使其保持不变，再比较研究该物理量与该因素的关系，得出结论，同理再研究该物理量与其它因素的关系，然后综合起来得出规律的方法。在初中物理实验中，探究影响导体电阻大小的因素、电流跟电压的关系、影响电热功率大小的因素、影响电磁铁磁性强弱的因素、影响滑动摩擦力大小的因素、决定压力作用效果的因素、探究液体压强的规律等实验，都设计运用了这种方法。
　　
　　2、转变法设计实验：物理探究实验中会常常遇到一些实验效果不易观察或观察不明显的情况，为此常依据等效的思想，利用力、热、光、声、机械等手法相互转变，实现可观察或观察效果明显的目的。我们知道，电流如同水流一样有大有小，而电流看不见摸不着，怎样才能知道它的大小呢？人们发现电流通过导体时会产生各种效应，如电流的热效应、磁效应、化学效应，我们可以根据产生效应的大小来判断电流的大小。我们用电流表来测量电路中的电流和用电压表测量被测电路两端的电压，也就是将电流和电压的大小转变成指针的偏转来进行观察。温度计是把不易观察的微小气温变化转变成液体热胀冷缩的液柱变化；弹簧测力计是把力的大小变化转变成弹簧的伸长量从而变成指针的移动；压强计是把微小的压强变化转变成为连通器中的两边液面的高度差的变化。
　　
　　3、对比法设计实验：人们通过对照比较，区别不同事物，来认识事物，掌握它们的特点，通过对比达到辨异求同，或同中求异的目的，从而打开思路，获得解决问题的方法。如温度的高低可以凭感觉来判断，但往往不可靠。我们设计了对比实验，先把两手分别插入热水和冷水中，过一会儿，把左手插入温水中，说出你左手的感觉，然后再把右手插入温水中，说出你的感觉。说明了要准确地判断或测量温度，需要使用温度计的道理。探究摩擦力时，设计了对比试验来研究一个物体在另一个物体表面滑动时摩擦力的大小跟哪些因素有关。
　　
　　4、平衡法设计实验：平衡的实质就是矛盾双方的均衡，当矛盾双方平衡时总对应着一个平衡方程式，据此可用于指导实验的设计。例如天平实质是一个等臂的杠杆，在用天平称固体和液体的质量的探究实验中，可知当天平平衡后，右盘中砝码的总质量加上游码在标尺上所对的刻度值，就等于被测物体的质量。这是因为被测物体和砝码（含游码），这两个使天平失去平衡的因素相互抵消，重新使天平达到力矩平衡。又如用弹簧测力计测力时是根据二力平衡的原理，外力的大小与弹簧的弹力相等。用托里拆利实验测大气压强，是根据玻璃管内水银上方是真空，而管外水银面上是受到大气压强，正是大气压强支持着玻璃管内760毫米高的水银柱，也就是大气压强跟760毫米高水银柱产生的压强相等而达到平衡。
　　
　　二、物理探究实验的数学方法
　　
　　将数学方法用于物理探究实验中，使物理探究实验的方法简明、实验步骤一目了然、数据易得、关系明了、结果准确。
　　
　　1、几何图象法：用刻度尺和三角板测硬币的直径，要用到几何知识；说明光的反射定律、平面镜成像规律、凸透镜对光线的会聚作用、通电螺线管的磁场等实验要用到几何作图知识；而图象可用来表示一个物理量随另一个物理量变化的情况，在探究电阻上的电流跟电压的关系、同种物质的质量与体积的关系、重力的大小跟质量的关系等实验时都运用了图象法。这样把数形结合、图象与文字结合起来处理数据、描述物理规律，能很好地提高学生处理数据和分析问题的能力，从而总结出规律性的知识。
　　
　　2、求平均值法：采用多次测量求平均值可以减少误差。如刻度尺测量细铜丝的直径，把细铜丝在铅笔上紧密排绕若干圈，测出这个线圈的总长度，用总长度除以圈数，算出铜丝的直径。用电压表和电流表测电阻的实验，通过调节滑动变阻器，改变被测电阻两端的电压，分别记下三组对应电压值和电流值，根据每组数据求出电阻，最后求出电阻的平均值，作为被测电阻的阻值。
　　
　　3、列表法：如探究电流强度跟电压的关系实验、探究固体和液体的密度实验、探究滑轮组的机械效率的实验，需学生自己设计实验表格，记录和分析数据。
　　
　　4、解析法：物理学中有许多公式如欧姆定律I=U/R 、液体压强P=ρg h 、吸收热量Q=Cm(t-t0)等都是用解析式表示，关系明了，学生易记易理解。
　　
　　三、物理探究实验的思维方法
　　
　　（一）、逻辑分析法：人们思维的过程就是分析加工的过程，物理探究实验时要多观察多动手，又要多开动脑筋，多思善想，分析判断推理概括和总结。如学生自制小天平时，怎样找横梁的重心？又怎样减少测量的误差？等问题的解决都需要思维加工，逻辑分析。
　　
　　（二）、理想实验法：理想化实验是一种科学的抽象思维方法，它是人们在真实的科学实验基础上以科学实验为依据，运用逻辑推理对实际的物理过程进行深入的分析，忽略次要矛盾，抓住主要矛盾，进而在思想中塑造的理想过程和分析方法。牛顿第一定律就是理想化实验得出来的一条重要物理规律。探究物体匀速直线运动时，物体受到的空气阻力不计；探究滑轮组机械效率时，动滑轮和细绳的质量不计；探究杠杆平衡条件时，杠杆本身的质量不计，都是一种理想化。在电学实验中，把电压表视为内阻是无穷大的理想电压表；把电流表视为内阻为零的理想电流表。
　　
　　（三）、物理模型法：它是在实验的基础上对物理事实的一种近似形象的描述，物理模型的建立，往往会导致理论上的飞跃。初中物理探究实验中，运用物理模型的典型有四处：
　　
　　1、研究光学现象时运用了“光线”模型，有入射光线、反射光线、折射光线；
　　
　　2、研究磁场时运用了磁感线模型，在磁体外部磁感线从磁体的北极出发回到磁体的南极；
　　
　　3、根据实验建立液体压强公式P=ρg h时运用了理想液柱的模型；
　　
　　4、分析连通器原理时运用理想液片模型。理想实验法和物理模型法都可以培养学生科学思想和创新能力。
　　
　　在物理探究实验教学中，蕴含了许多科学方法，只要我们仔细钻研，细心发现，不断总结，把握时机，恰当点拨，把这些科学方法运用到教学之中，就能不断提高中学生的科学探究能力。