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 本刊论文 |
| 例谈科学探究方法在声学教学中的机制体现 |
| 作者：郭桂庆 时间：2016/09/17 点击：563 |
“掌握一种科学方法，胜过解答十个问题.”在初中物理教学过程中，及时、适当地给学生渗透相应的科学探究方法，帮助学生用科学方法将物理知识与物理能力连结起来，能够有效地提高学生的物理创新意识和实践能力.科学探究方法教育与其科学探究内容不可分割，在内容与方法的统一中，使得学生逐渐领悟到科学探究方法在促进物理学习中的积极作用，拓宽他们的物理科学视野，用科学方法武装自己的头脑，将散落的物理知识内容进行串联和整合，形成知识脉络，促进学生物理学习能力的可持续发展.本文结合笔者在初中物理声学部分的教学实践，谈谈在此方面的点滴收获.
1在变与不变之间——控制变量法
控制变量的科学研究方法是初中物理中最为常见的方法，也是学生较为容易接受和理解的科学方法之一.控制变量法的关键在于处理好“变”与“不变”，即改变某个特定变量的大小，一般是影响物体变化规律的重要因素或关键条件，而其它变量保持不变，通过引导学生观察、比较和分析，从而得出所研究的问题的解决途径.在教学实践中采用这种科学方法所形成表格中的实验数据，在多次实验中如果只有某一个因素不同，其实验结果获得的物理量也不同，则与该因素相关，反之则无关.
如在教学声学中探究声音高低的决定因素时，根据图1所示，在桌面上将一根钢尺的一端压紧，用手拨动钢尺的另一端，钢尺振动发出声音；然后改变钢尺伸出桌面的长度，用大致相同的力度再拨动钢尺使之振动，听发出的声音的高低变化，教师着重点拨学生观察钢尺的振动幅度的变化，并引导学生得出音调与频率之间的关系.在本次实验探究中即运用了控制变量法，在实验过程中只改变了影响音调高低的某一因素，而其它因素尽量保持不变，如实验中使用的是同一根钢尺、使得钢尺的振动幅度相同等.学生发现钢尺伸出桌面的长度变化，钢尺振动的快慢（即频率）也随着变化，进而得出结论钢尺振动得越快，音调也随之越高，说明声源的振动频率越大，音调就越高.
2在已知与未知之间——转换法
转换的策略在各种学科学习都获得广泛运用.在物理学习中，通过转换为学生搭建了一座从已知通往未知的桥梁，降低了学生获取新知的坡度，增强了学生自主探究的积极性.在一些学生不易研究或难以展开直接研究的物理问题时，教师可以启发学生将那些微小量、不易直接测量量转换为易观察、易测量的量，从而间接地进行研究.这种转化法在初中物理的概念、规律教学中有着非常适合的运用契机.
如在探究声音是怎样产生的实验操作中，就可以采用转换的方式，把原本看不见、摸不着的东西变得可见可感.该探究活动的目的在于让学生感知到物体的振动产生了声音，物体振动的幅度越大所产生的声音响度也就越大，然后音叉的振动学生难以观察得到，音叉振动的幅度变化更加细微.那么怎样让学生能够清晰、明确地观察到“发声的音叉在振动”呢？如图2.通过用系在细线上的乒乓球，贴近音叉，将原本不易观察到的音叉振动转换为乒乓球的摆动；同时，学生还可以通过观察乒乓球摆动的幅度，感知到音叉振动幅度的变化，以及所带来的声音响度的大小变化.这样的转换，通过乒乓球的反复弹起、落下，将原本微小的振动放大了，生动形象地呈现在学生眼前，将实验表现出来的现象、效果间接地表现出来，尽管性质发生了改变，但是两者之间存在着明确的因果关系，从而帮助学生形成了“探究声音产生”的鲜明表象，解决了实验探究中的难题.
3在相同与不同之间——比较法
指导学生通过比较，在类似的事物之间探寻两者的相同点和不同点，能够加深学生对于物理现象本质的认知，培养细心甄别、谨慎辨析的科学态度.在进行观察比较的过程之中，教师要引导学生按照既定的标准或对象展开探究活动，并在观察对象之间可以调整比较的切入点，得到较为全面、客观和深刻的结论；同时，教师还可以组织学生在比较中展开猜想，根据观察对象在某些方面的相同点推测出它们在其它方面也可能存在相同，并进行分析验证，从而推动学生物理思维能力的拓展和延伸.
如在教学声学部分时，琴弦实验就是一个充分运用比较法展开探究的实验操作活动.在这个实验中，学生要利用不同规格的琴弦来研究影响声音音调高低的各种因素.教师为学生提供了如下几种不同种类的琴弦.
类型材料长度（厘米）横截面积（平方毫米）①铜600.89②铜601.02③尼龙601.02④尼龙801.02教师先组织学生展开猜想，得出琴弦的音调高低可能会与琴弦的长短、材质和横截面积有关，然后通过实验比较，探究其中的联系.为了方便比较，学生分别选择类型①和类型②为一组，判断音调高低与琴弦的粗细之间的关系；选择类型③和类型④，判断音调高低与琴弦长短之间的关系；再通过比较类型②与类型③之间的区别，验证琴弦材质与音调高低之间的联系.在上述不同角度的比较中，学生继而提出音调的高低可能还会与琴弦的松紧有关，于是他们选定一种琴弦，调整它的松紧度并拨动后进行更进一步的比较，最终分析得出较为全面、客观的结论.
4在现象与本质之间——推理法
推理法不仅仅是帮助学生对一些不能完全达到实验目的的情况进行预判，这种观察变化趋势后采取分析想象的方式，仅仅是推理法的一部分.推理法的核心在于使学生在物理现象与物理本质之间，运用理论分析和事实依据，作出合理推论的一种科学研究方法.在物理探究学习中，教师要引导学生养成推理的严谨性，既要尊重实验事实，又能够根据物理知识进
行适当地归纳或总结，获取事物的本质.
推理法的一般过程是“实验→分析→推理”，在这样一个思维过程中组织学生探究声音的传播.如图3所示，将玻璃罩里面的空气抽出，玻璃罩里的闹钟铃声会逐渐变小，直到完全消失，是因为玻璃罩里面的空气越来越少，声音就随之越来越难以传播，当玻璃罩内形成真空时，声音就完全不能传播了.但在实际实验过程中，虽然闹钟铃声越来越小，却最终依然能听到微弱的铃声，这又是什么原因呢？通过推理，学生结合自身的生活实际可以得出，由于玻璃罩的气密性以及抽气筒等原因，玻璃罩内不可能完全形成真空，所以仍然能够听到铃声.经过学生合理分析和推理，从正反两个方面巩固了学生的认知，深刻理解了“声音的传播需要介质，声音不能在真空中传播.”这一特性.
物理学科是一门特别注重理论性与实践性相结合的综合学科，随着时代的发展和变迁，越来越丰富多样的物理问题会呈现到学生的面前，面对这样的挑战，在知识和能力之外及时给予学生科学探究的方法，就成为每一位物理教学工作者探讨研究的课题.只有当学生逐渐真正掌握了一定的科学探究方法后，他们才会有效地解决各种物理实际问题，提升自身的物理综合能力.
“教无定法、学无定式”.尽管科学探究方法体现了新时期的教学理念，然而方法本身不可能脱离内容而孤立存在.教师在教学实践中渗透以及指导学生运用科学探究方法时，要立足于教材，从学生的具体学情出发，灵活运用而摈弃成为另一种机械灌输，使学生在物理学习的过程中逐渐张开科学探究方法的双翼，自在、畅快地翱翔在物理科学的蔚蓝天空. |
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