二、如何加强物理学研究方法的教育

物理教学过程中，常遇到的物理学研究方法主要有以下几种：实验方法、

利用图像研究问题的方法、数学方法、用比值定义物理量的方法、理想化模型（科学抽象的方法）等。下面将分别阐述如何加强这些物理学研究方法的教育。

因为物理学是一门以实验为基础的科学，所以实验的方法是研究物理的一种重要方法。但在应试教育的影响下，教师只抓升学率，选做的实验很少有人做，而指定要考查的实验则是反复操练，忽视了学生能力的培养，这可以说是物理教学的重灾区。作为教师应借助物理教育培养学生的能力，教给学生一种研究问题的方法和手段，一种获取知识的途径。那么应如何加强物理实验的教学呢？重点应突出两个方面：首先，物理实验的教法要重过程。不能像教材上那样按一、二、三的步骤只讲操作。如果这样，那么至多培养学生的动手能力，其他能力的训练就少了。比如怎样考虑实验的系统误差，如何配备实验器材，其中就涉及许多思维方法，教师应广开思路，多启发学生，使其开动脑筋，激发浓厚兴趣，这样会收到更好的效果。此外，应避免通过物理实验来单纯讲授物理知识的思维方式，而忽视了物理的“物”的内涵。例如欧姆定律的实验，不应仅通过实验得出部分电路欧姆定律，而应在得出定律之后，让学生进一步理解电压、电流强度，特别是电阻的概念。在让学生理解电阻概念时，可通过对 U- I 关系的演示，发现 U/I 对于某一导体来说是一恒量，这说明恒量是导体本身属性的表现，从而避免从 R=U/I 得出“电阻与电压成正比，与电流成反比”的错误结论。再通过 I-R 关系的演示，并分析实验数据，让学生理解这一属性怎样反映了导体本身对电流的阻碍作用。从而正确、完整地理解电阻的概念。使学生通过实验，掌握概念、规律，再从概念、规律到“具体实物”，从而使学生对“物”（更科学、更具体的形象化信息，如“电阻”）的理解更深入、更完整。

利用图像研究问题的方法，即利用图像反映物理规律，分析物理问题的方法。中学物理教材中经常用到这一种方法，例如匀速直线运动的图像，匀变速直线运动的速度图像，牛顿第二定律的数据处理，热学中气体的性质，电学中的欧姆定律等。采用这种方法教学时，首先列举事例，进行观察、实验，通过实验测定数据，用表格形式记录数据，根据处理过数据描点，画出图像，再对图像进行分析，找出有关物理量相互制约的关系，从而反映物理规律，分析解决物理问题。例如，在“研究电源的输出功率”的实验中，可要求学生通过实验和计算，仔细地研究外电路电阻变化时，输出功率的变化情况，并根据实验数据作出输出功率随外电阻变化的曲线，从中分析得出应有的结论。如果不采用这样的教学方法，而直接根据物理公式画出图像，则学生不能更好的掌握物理规律，达不到应有的教学效果。例如匀速直线运动位移图像的教学：匀速直线运动动位移 S=vt，因为匀速直线运动是速度不变的运动，所以速度 v 为常量，因而位移 S 是时间 t 的正比例函数，其位移图像为过原点的一条倾斜的直线，直线斜率 k 等于质点的速度 v。这无疑将物理课上成了数学课。此外，不应忽视图像的物理意义，例如速度图线与对应的时间轴所包围的面积的代数和即为质点在该段时间内的位移，速度图线的斜率即为质点的加速度等。

数学方法，即用数学式子定义物理量，表述物理规律，解决物理问题的方法。数学是建立物理理论，解决物理问题之必不可少的工具，它不仅为物理学的研究提供了逻辑推理和科学抽象的工具，而且为研究物理学提供了最简洁、精确的形式化语言。当然，数学毕竟是物理研究的工具，它还必须服

从于物理的实际，它受物理问题自身条件的限制。而学生往往将物理问题单纯数学化，如不少学生对电阻定义公式 R=U/I 与欧姆定律表达式 I=U/R 之间的关系弄不清楚，觉得二者是数学上的公式变形。如何在教学过程中，既要使学生用数学方法掌握物理定义、规律，解决物理问题，又要排除数学干扰呢？通过教学实践，笔者认为主要应克服语言性障碍。用数学式子可将抽象的物理概念，复杂的物理规律用几个字母简洁完美的表达出来，但字母代表什么物理量、各物理量的物理意义、各物理量之间的内在联系（物理规律）是什么？应启发学生以实例、实验为基础，积极进行表象活动，最终运用物理清晰、规范、简练地把他们表述出来。

用比值定义物理量的方法也是一种常用的物理学研究方法。像：密度、速度、功率、压强、电场强度、电容、电流强度等物理量都采用比值方法定义。例如在加速度教学过程中，易采用启发式教学方法：首先举火车、汽车匀变速运动的例子，并列表标明各时刻对应速度的大小，接着启发学生得出：不同的匀变速运动，速度改变的快慢不同。然后，向学生提出问题，怎样表示物体速度变化的快慢程度呢？可跟速度进行类比教学，速度在数值上等于位置的改变量/时间。进而启发学生，能否用速度的改变与时间的比值来表示呢？让学生根据表格计算汽车与火车速度的改变量与对应时间的比值，发现计算结果都为恒量，再进一步启发学生：恒量在数值上等于什么？表示汽车、火车做什么样的运动？这种运动有什么特点？“汽车的恒量”大于“火车的恒量”是什么意思？最后作一下总结：速度变化与对应时间的比值，即加速度，表示匀变速直线运动速度变化快慢的程度。加速度概念建立之后，运用过程中再与其他概念（如速度）进行类比分析，从中纠正某些错误认识，帮助学生深刻认识到产生加速度的内因和外因，使学生对加速度的理解更加深刻和全面。此外，用比值方法定义概念时应注意讲清概念所反映的物理本质。如“电场强度”应讲清它是表示某点电场强弱和电场方向的物理量，不能把电场强度的本质说成是单位电荷受到的电场力。

理想化模型是一种常用的物理学研究方法。所谓“理想化模型”，就是为了便于研究而建立的一种高度抽象的理想客体。由于此法高度抽象，所以中学生很难接受。不过像质点、钢体、单摆、光线模型、电力线模型、磁力线模型、原子结构模型、理想气体、理想液体、绝对黑体等概念都是用此法引入的。新授课教学中如何加强此种物理学研究方法的教育呢？教学过程中，应向学生提供实例、模型或演示实验，运用比较、分析、综合、判断、推理和想象等科学方法，抓住物理现象和物理过程的本质特征和内在联系，忽略其他非本质和次要特征，发挥学生的逻辑建立理想模型，并且掌握这种科学概念，从而利用理想模型完成感性认识到理性认识的飞跃。

考察现象时能抓住主要因素，会采用各种科学方法、手段，可以说对学生是大有用处的，而不能只满足于学生记住课本上的结论，“授之以鱼，不如授之以渔”便是这个道理。无论哪一种物理学研究方法都很重要，学生一旦掌握它之后，就像拥有了“一种捕鲸鱼的工具”，将终生受益。总之，物理教学过程中应对学生加强物理学研究方法的教育。