物理科学方法在一节课中的应用    

周老师

　　以“电容器的电容”这节课为例，科学方法教育的策略是知法并行。知法并行的教学流程为：电容器充放电特点(实验法、观察法)——探究电容器容纳电荷的本领(类比法、猜测法)——验证猜想(实验法、控制变量法、转换法)——处理数据(图象法、微元法)——定义电容概念(比值定义法)——探究影响平行板电容器电容大小的因素(猜测法、近似法、实验法、控制变量法)。

1． 类比法
   类比法也叫做“比较类推法”，是指由一类事物所具有的某种属性，可以推测与其类似的事物也应具有这种属性的推理方法。其结论必须由实验来检验，类比对象间的共有属性越多，则类比结论的可靠性越大。类比法的特点是“先比后推”。“比”是类比的基础，“比”既要比共同点也要“比”不同点。对象之间的共同点是类比法是否能够施行的前提条件，没有共同点的对象之间是无法进行类比推理的。  

 在“电容器的电容”这节课中，如图1所示，将电流类比于水流，电容器类比于不限高的水容器，电源类比于水源，电源电动势不变类比于水源高度h不变，极板上的电荷量类比于容器中水的体积V。

 通过这种形象的类比法，学生可以清楚地解释在电容器两端电压和电源电动势相等时，电容器停止充电这个问题。学生还可以根据已有知识，分析出V/h，(即底面积s)表示水容器容纳水的本领．再利用类比法，猜出Q/U表示电容器容纳电荷的本领。（初中讲电压时用到了类比法）

2．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；将难以测量或测不准的物理量转换为能够测量或测准物理量的方法。例如扩散现象可证明分子做无规则运动、运动的物体能对外做功可证明它具有能、可以通过电磁铁吸引铁钉的多少来显示电磁铁的磁性强弱，可以通过敲动音叉所引起的乒乓球的弹开来说明一切物体都在振动，等等。
  在“电容器的电容”这节课中，电容器放电时，通过电容器电荷量的多少不易直接测量，这时教师通过显化的方式介绍转换法．引导学生思考在保证效果相同的前提下，用什么物理量来间接反映电荷量的多少。最后将比较电荷量的多少转换为比较电流表指针的最大偏角的大小。

3． 控制变量法
对于物理学中多因素问题，常常控制变量法这种方法，它是一种把多因素的问题变成多个因素的问题，实验中只改变其中的某一个因素，保证其他因素不变，从而研究这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决的方法。    

在“电容器的电容”这节课中，控制变量法分别应用在验证Q/U是否表示电容器容纳电荷的本领环节（如下表格)和探究影响平行板电容器电容大小因素环节。

  通过显化的方式，给出实验涉及的变量和研究任务，引导学生总结出研究方法——控制变量法。通过具体观察、记录、数据处理全过程，让学生真正自主地运用这种科学研究方法。

4.近似法

近似法是在观察物理现象、进行物理实验、建立物理模型、推导物理规律和求解物理问题时，为了分析认识所研究问题的本质属性，往往突出实际问题的主要方面，忽略某些次要因素，进行的近似处理。
在“电容器的电容”这节课中，如图3所示，静电计和平行板电容器并联，静电计也是个电容器，它的电容比平行板电容器电容小得多。由于两电容器上的电荷总量不变，当平行板电容器电容发生变化时，静电计上分配的电荷量几乎不变，所以认为实验过程中，平行板电容器上的电荷量近似不变。
教师通过在实际问题情境中显化近似法，加深学生对该方法的印象和突出抓住主要矛盾在解决实际问题中的作用。

5． 微元法
微元法是分析、解决物理问题中的常用方法，也是从部分到整体的思维方法。用该方法可以使一些复杂的物理过程，用我们熟悉的物理规律迅速地加以解决，使所求的问题简单化。在使用微元法处理问题时，需将其分解为众多微小的“元过程”，而且每个“元过程”所遵循的规律是相同的。这样，我们只需分析这些“元过程”，然后再将“元过程”进行必要的数学方法或物理思想处理，进而使问题得以求解。

   在“电容器的电容”这节课中，如图4所示，这是用电流传感器描述的电容器放电电流与时间的图象，对图象采用微元法处理，发现图象面积的大小就是放电电荷量的大小。
在显化微元法教学中，我们要特别强调使用该方法的特点和应用技巧，以及用该方法解决实际问题的一般思维程序，突出理解每一个微小的“元过程”的意义。我们也可以用位移-时间图象来类比，帮助学生理解图象面积的意义。

6． 比值定义法的显化教育
   比值定义法是指用两个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法，如物质的密度、速度、电阻、比热容、热值、场强、电势等。一般的，比值法定义的物理量往往反映物质最本质的属性，它不随定义所用的物理量的大小改变而改变，如电场中的某一点的场强就不随q、F而变。
   在“电容器的电容”这节课中，电容器的电容的表达式为C=Q/U，这一表达的定义方式就是比值定义法。电容器的电容由自身属性决定，它不随电荷量Q和电压U的变化而变化。
   在比值定义法教学中，不只是告诉学生这里用了比值定义法，而是突出使用这种方法的过程。告
诉学生比值定义法的基础是比较法，需要“同中求异”“异中求同”，明确比较的统一标准，标准统一比较才有意义，而且要尽量简单到“一个单位”。再通过引导学生观察不同电容器在不同电源充电情况下的电荷量和电压的数据，比较单位电压充电情况下，电容器所带电荷量的大小。仔细寻找关系(用表达式或者图象寻找)，再根据电容器的特点，同一电容器容纳电荷的本领相同，不同电容器容纳电荷的本领一般不同，最终确定电荷量Q和电压U的比值意义。这样学生知其然，也知其所以然。
   物理的科学方法，着眼于提高学生的科学素养，植根于方法教育内容的确定，落脚于学生科学方法的掌握。这就使显化教育成为一种理论上自洽，实践上可行的科学方法教育方式。因此，有理由相信，随着科学方法教育研究的不断深人，显性教育将会得到越来越多的共鸣，将会在物理教育实践中发挥越来越大的作用。
 参考文献

[1]陈情梅，邢红军，李正福．论物理课程改革背景下的科学方法教育[J]．课程·教材·教法，2009(8)：52—56
[2]邢红军．高中物理高端备课[M]．北京；中国科学技术出版社，2 016