思维方法在科学中的体现

作者:郑军艳 字数:2485

摘要:科学探究的过程充满了理性思维的火花,许多的思维方法凝聚着科学家的智慧和创造。在初屮科学教学过程中,展示探究过程屮的思维方法,能增进学生对科学探究的理解, 提高学生的科学素养。

在科学课程屮,学生体验科学探究的过程,学会一定的科学思维方法,以解决自身学习、 生活、工作和社会决策中遇到的问题,能为学生的终身发展奠定基础。

科学探究屮的思维方法有许多,常见的有模拟法、转换法、变量控制法、比较法、累积 法、替代法、守恒法、放大法、极限法等。下面就几种重要的思维方法进行分析。

一、模拟法

模拟法是通过设计与原型(自然现象或过程)相似的模型,并利用该模型来间接的研究规律的方法。此法可使事过境迁或稍纵即逝的自然现象或过程在实验室重现,可使不能直接进行实验观测的对象在模拟的条件下“具体化”。

例如,《昼夜的成因》一节里的活动“昼夜交替的演示”:用一个台灯代表太阳,用一个 乒乓球代表地球,用一个长而粗的针沿乒乓球的一条直径穿过乒乓球代表地球自转轴。在乒乓球上画一红点并在离台灯稍远处对准灯泡,将粗针与水平线倾斜成66.5° ,缓慢转动乒乓球,每当乒乓球转过一周,就形成红点的明暗交替一次。这个现彖就模拟了昼夜交替的成因。

乂比如,在研究磁体周围的磁感线分布吋,因为磁感线实际不存在,在磁体周围均匀地散布细铁屑,通过细铁屑的规则排列形象地模拟磁体周围的磁感线。

二、转换法

2000多年前,希腊学者阿基米徳在思考如何鉴別王冠的含金量时,从洗澡时浴缸向外溢水的现象屮受到启发,归纳液体中物体受到浮力的规律时,把物体受到的浮力转换为物体排开水的重力。(《阿基米徳原理》——活动:“探究浮力的大小”)

从阿基米德的思维方法屮,我们可以领悟出一个解决问题的方法,如果直接处理或解决某一问题而感到困难时,改变思考问题的角度,将这些物理量转换为其他物理量进行测量,我们把这种方法叫转换法。

例如,HC1和NaOH溶液反应时,没有明显的实验现象,如何用实验证明确实反应了? 可以根据反应物与生成物的不同化学性质,借助酸碱指示剂来显示反应的进行。可将酚酞试液滴入NaOH溶液中(溶液变成红色),再滴入HC1至红色褪去。

再如,测不规则小石块的体积我们转换成测排开水的体积,测曲线的长短时转换成细棉线的长度等等,均应用了转换法。

三、变量控制法

所谓变量控制法,就是在研究和解决问题的过程中,对影响事物变化规律的因素或条件加以人为控制,使其中的一些条件按照特定的要求发生变化或不发生变化,最终解决所研究的问题。它是科学探究中常用的思维方法之一。

例如,探究影响压力作用效果的因索,我们可以保持压力大小不变,改变受力而积,从而得出压力的作用效果(压强)大小与受力而积的大小成反比的关系。(《压强》——活动:“压力的作用效果”)

又例如,探究电流和电阻的关系,我们可以保持电压不变,控制电阻的大小,再测出各个电阻值所对应的电流人小,从而可以得知电压一定时,经过导体的电流与导体的电阻成反比。(《欧姆定律》一一活动:“研究相同电压下不同导体中电流与它的电阻的关系”)

四、比较法

比较是人们常用的思维方法,是找出事物Z间的差异点和共同点的思维方法,通过事物间相同特征或相异特征的比较,揭示事物的木质和区别。

例如,电流的形成、电压的作用通过以熟悉的水流的形成,水压使水管中形成了水流进行类比,学生在教师的引导下,联想到:水压迫使水沿着一定的方向流动,使水管中形成了水流;类似的,电压迫使自由电荷做定向移动使电路中形成了电流,从而得出电压是形成电流的原因的结论。水泵是提供水压的装置;类似的,电源是提供电压的装置。(《电流、电 压》——思考与讨论:“电源电压”)

五、累积法

科学探究中,由于偶然因素的影响,对某些暈进行一次测量具有不确定性或不可靠性,则采用累积后求平均值的方法,称为累积法。该思维方法主要是为了减少测量的偶然误差而设计的。

例:若被测物体的质量小于托盘天平标尺上的最小分度值(即天平的感量),该如何测量?可采用累积法进行测量。(如测大头针、邮票等)(活动:“测量物体的质量”)

又例:没有螺旋测微器时,,可把金属丝在铅笔上密绕若干圈,测出金属线圈总长度来算出金属丝的直径;在测量一张薄纸的厚度时,先测多张薄纸的厚度再求平均而得到一张纸的厚度等筹。(活动:“用刻度尺测量物体”)

六、替代法

科学探究中,将直接解决不了的问题通过变通替代的办法解决而达到完全相同的效果,这种思维方法称为替代法。它也是科学探究中常用的一种方法。

例如,在平面镜成像的实验中,我们利用两个完全相同的蜡烛,验证像与物的大小相同, 因为我们无法真正的测出像与物的大小关系,所以我们利用了一个完全相同的另一只蜡烛来 等效替代物体的大小。(《活动:“探究平面镜成像规律”)

值得注意的是,在科学探究中,常常是多种思维方法的综合。如在研究决定导体电阻大 小的有关因素时,我们同时用到了转换法(把电阻的大小转换成小灯泡的亮度、通过研究小灯泡亮度的变化來得到导体电阻变化的原因)、归纳法(将分别得出的导体电阻与材料、长度、横截面积、温度有关的信息归纳在一起)、变量控制法(在研究导体电阻与长度有关时,控制了材料、横截而积)等思维方法。教师应当通过知识教学渗透科学思维方法,通过结合科学史介绍科学家所运用的科学研究方法和精美绝伦的实验构思,通过解决实际问题,训练学生灵活而准确地应用科学方法。

总之,学生一旦掌握了科学思维方法,就能更深刻地理解和更牢固地掌握科学知识,提高学习效率,科学方法作为正确的思维和行为方式,蕴含着极大的知识价值,它能将科学知识转化为能力,形成科学的情感态度和价值观。

参考文献:

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3袁运开.义务教育课程标准实验教科巧科学(7-9年级).上海:华东师范 人学出版社.2003

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