摘 要：近年來(lái)，隨著課程改革的逐步實(shí)施，科學(xué)探究也成了中考的重中之重，通過(guò)對(duì)學(xué)生的科學(xué)探究能力、科學(xué)探究方法和意義的滲透，關(guān)注學(xué)生的思維過(guò)程。這需要學(xué)生在平時(shí)注意積累各種科學(xué)方法：分類法、控制變量法、估測(cè)法、替代法、圖像描述法等，教師在平時(shí)的教學(xué)中也要滲透各種科學(xué)探究方法，讓學(xué)生的思維能力不斷提高。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究方法；替代法；物理思維能力

物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和相互作用及運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的學(xué)科。物理概念是在對(duì)物理現(xiàn)象和科學(xué)實(shí)驗(yàn)觀察的基礎(chǔ)上抽象出其本質(zhì)而形成的；物理規(guī)律是在對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論進(jìn)行思維加工而總結(jié)歸納出來(lái)的。在物理概念和規(guī)律的教學(xué)中，教師必須遵循學(xué)生認(rèn)識(shí)事物的規(guī)律，即觀察實(shí)驗(yàn)——思維——應(yīng)用進(jìn)行教學(xué)，如果我們能在建立不同概念和規(guī)律時(shí)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)、體會(huì)這些科學(xué)思維的方法，通過(guò)學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，體驗(yàn)成功的樂(lè)趣從而加深對(duì)知識(shí)的理解，就等于交給學(xué)生一把打開(kāi)思維寶庫(kù)的金鑰匙。替代法就是眾多金鑰匙中的一把。

物理學(xué)的一些問(wèn)題，研究對(duì)象、題設(shè)條件比較復(fù)雜，按實(shí)際發(fā)生的狀態(tài)變化進(jìn)行討論困難很大，我們對(duì)研究對(duì)象、背景條件、物理過(guò)程進(jìn)行分解、變換、替代、重組，使它們更簡(jiǎn)單、更容易理解，這種研究問(wèn)題的方法叫替代法。初中物理在研究概念規(guī)律和實(shí)驗(yàn)中多處用了這種方法，近年來(lái)在中考習(xí)題中也頻頻露面，筆者對(duì)中學(xué)物理中出現(xiàn)的替代法作了一些歸類：

一、模型替代

在物理學(xué)研究及解決問(wèn)題的過(guò)程中，人們常常用簡(jiǎn)單的、易于研究的模型來(lái)代替復(fù)雜的物理客體，這種研究方法稱為模型替代法。物理學(xué)的基本概念、基本規(guī)律都是對(duì)物理模型的描述；物理習(xí)題也總是依據(jù)一定的物理模型構(gòu)思和設(shè)計(jì)的；對(duì)物理現(xiàn)象的研究或?qū)ξ锢韱?wèn)題的求解就是一個(gè)將具體問(wèn)題抽象成理想模型并運(yùn)用物理規(guī)律求得結(jié)果的過(guò)程。模型法有較大的靈活性，每種模型有限定的運(yùn)用條件和運(yùn)用的范圍，物理模型一般可分為客體模型、條件模型和過(guò)程模型三類。

1.客體模型是指用模型代替原型或用實(shí)物模型來(lái)代替實(shí)際客體。利用模型可以將過(guò)小的實(shí)物放大，或?qū)⑦^(guò)于龐大的實(shí)物縮小，以利于學(xué)生的觀察。如在講解游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器的結(jié)構(gòu)、原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)、起重機(jī)的吊臂時(shí)采用的模型。利用模型也可以說(shuō)明物理的某一概念或原理，使其可快、可慢，亦可停，破解學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，便于學(xué)生形象、直觀地掌握物理屬性和工作原理，如“眼睛”模型，讓學(xué)生了解眼睛的結(jié)構(gòu)，知道了正常人的眼睛通過(guò)晶狀體的調(diào)節(jié)，像應(yīng)成在視網(wǎng)膜上，而近視眼和遠(yuǎn)視眼是由于晶狀體的調(diào)節(jié)功能出現(xiàn)問(wèn)題，使像成在了視網(wǎng)膜的前方或后方；“汽油機(jī)”“柴油機(jī)”模型使學(xué)生能形象地觀察到進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)的開(kāi)合狀態(tài)，一個(gè)工作循環(huán)活塞上下運(yùn)動(dòng)、曲軸和飛輪的旋轉(zhuǎn)情況，火花塞的點(diǎn)燃時(shí)刻等，配合老師的講解，使熱機(jī)的工作原理和能量轉(zhuǎn)換躍然眼前；“發(fā)電機(jī)”“電動(dòng)機(jī)”的模型讓學(xué)生能直觀地看到電流的方向與磁場(chǎng)方向以及磁場(chǎng)力方向三者間的關(guān)系，從而使學(xué)生很容易地找到了平衡位置，知道電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的工作原理、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響因素以及發(fā)電機(jī)電流大小變化的原因等。

2.條件模型是為了突出現(xiàn)象的本質(zhì)，使規(guī)律簡(jiǎn)單、明晰，常采用把研究對(duì)象、背景條件、變化過(guò)程抽象成某種特殊的形式來(lái)處理。理想化就是條件模型的典型，在進(jìn)行牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律的實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們把水平軌道的毛巾?yè)Q成白布再換成木板，發(fā)現(xiàn)物體在越光滑的平面運(yùn)動(dòng)得越遠(yuǎn)，然后進(jìn)行理想化，得到如果平面絕對(duì)光滑，物體將做勻速直線運(yùn)動(dòng)；在做真空不能傳聲實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)空氣越少，傳出的聲音就越小，同樣進(jìn)行理想化，得出真空不能傳聲的結(jié)論。

3.過(guò)程模型是指在對(duì)物理現(xiàn)象的研究或?qū)ξ锢韱?wèn)題的求解時(shí)將具體問(wèn)題抽象成過(guò)程的結(jié)構(gòu)模型。能否全面分析、找準(zhǔn)模型是成功的關(guān)鍵，如在對(duì)推土機(jī)推土、壓路機(jī)壓路和小朋友滑滑梯等物體受力分析時(shí)要先構(gòu)建模型，再確定力的作用點(diǎn)、方向以及各力之間的大小關(guān)系；在求液體對(duì)豎直的容器底的壓強(qiáng)的時(shí)候，我們也是選了一個(gè)液柱模型作為研究的對(duì)象；在光的反射和折射的過(guò)程中，我們用光線作為模型，作出光的傳播路徑，這樣可以將問(wèn)題簡(jiǎn)化。

二、實(shí)驗(yàn)替代

某些物理實(shí)驗(yàn)研究，直接通過(guò)物理測(cè)量或?qū)嶒?yàn)方法處理不能達(dá)到效果，通過(guò)替代法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量或?qū)嶒?yàn)方法處理，可以簡(jiǎn)化測(cè)量或方法應(yīng)用，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果，這種方法也叫轉(zhuǎn)換法。其中一種是用于研究一些比較抽象的、看不見(jiàn)、摸不著的物質(zhì)的微觀現(xiàn)象，要研究它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使之轉(zhuǎn)化為學(xué)生熟知的、看得見(jiàn)、摸得著的宏觀現(xiàn)象來(lái)認(rèn)識(shí)它們。例如：桌子的形變看不見(jiàn)，我們用一束激光，并用平面鏡多次反射后射向墻壁，用激光的反射點(diǎn)的上下移動(dòng)來(lái)認(rèn)識(shí)；用打擊過(guò)的音叉去接觸水面濺起水花來(lái)認(rèn)識(shí)聲音的產(chǎn)生是由于物體的振動(dòng)；判斷電路中是否有電流時(shí)，我們可以根據(jù)電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)來(lái)認(rèn)識(shí)它；磁場(chǎng)看不見(jiàn)、摸不著，我們可以根據(jù)磁極間的相互作用來(lái)認(rèn)識(shí)等等。另一種是由于一些物理量不容易測(cè)得，我們可以根據(jù)定義式轉(zhuǎn)換，用可以直接測(cè)量的物理量來(lái)替代。例如：比較液體的壓強(qiáng)大小時(shí)用比較壓強(qiáng)計(jì)內(nèi)液面的高度差來(lái)替代；在測(cè)量滑動(dòng)摩擦力時(shí)轉(zhuǎn)換成測(cè)拉力的大小；在研究吸收熱量和物質(zhì)種類關(guān)系時(shí)，用相同熱源加熱的時(shí)間來(lái)衡量吸收熱量的多少；在研究電熱與電流、電阻的因素時(shí)，我們將電熱的多少轉(zhuǎn)換成溫度計(jì)示數(shù)的變化；用燈泡的亮暗來(lái)判斷實(shí)際電功率等等，這些都是實(shí)驗(yàn)替代的典型例子。

三、等效替代

所謂等效替代，是指要在保持效果不變的前提下對(duì)研究對(duì)象和物理過(guò)程進(jìn)行變換和替代，從而研究物理事物的本質(zhì)和規(guī)律，分析和處理物理問(wèn)題的一種思維方法。等效思維法除了要突出“保持效果”不變的前提外，還要強(qiáng)調(diào)在研究對(duì)象、背景條件、物理過(guò)程進(jìn)行替代、重組時(shí)不能違背題設(shè)條件和物理規(guī)律，否則不能保證“效果”不變。等效替代可以分為兩種：一種是現(xiàn)象的等效替代，如平面鏡成像實(shí)驗(yàn)中為比較物與像的大小，我們用了兩根完全相同的蠟燭，用其中的一根替代像的位置，比較像與替代蠟燭的大小得出物與像大小相等，而替代蠟燭到平面鏡的距離即為像到鏡的距離；在研究合力時(shí)，若一個(gè)力與兩個(gè)力使彈簧發(fā)生的形變相等，那么這一個(gè)力就等效替代兩個(gè)力；在研究串、并聯(lián)電路的總電阻時(shí)，也用到了相同的方法。另一種是本質(zhì)的等效替代，就是不同物理事物在本質(zhì)上有相同的基礎(chǔ)而進(jìn)行的替代的思維方法。如電功是電流做的功，而電能是物體所具有的電能量，雖然并不代表所有的電能都能做功，但是有多少電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能，就說(shuō)電流做了多少功，功和能的單位都是焦耳，兩者是有著相同的基礎(chǔ)的；做功和熱傳遞在改變內(nèi)能的本質(zhì)上是相同的，只是方式不同。

總之，蘇科版初中物理教材充分體現(xiàn)了替代法是一種科學(xué)的思維方法。教師應(yīng)該在教學(xué)中重視概念和規(guī)律的建立過(guò)程，因?yàn)檫@一過(guò)程是學(xué)生進(jìn)行思維加工的過(guò)程，是學(xué)生認(rèn)識(shí)事物的過(guò)程，也是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的過(guò)程，是學(xué)習(xí)物理知識(shí)的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙中業(yè).物理教學(xué)必須注重物理過(guò)程的分析.物理教學(xué)，2011-02.

[2]閻金鐸，田世昆，胡為平.物理思維論，南寧：廣西教育出版社，1996-12.

[3]汪達(dá)開(kāi).打開(kāi)你的物理思路.江蘇科技出版社，1995-05.

[4]劉世軍.對(duì)教材中小車運(yùn)動(dòng)的替代方法探究.中學(xué)物理參考，2008（12）.

[5]邢紅軍.物理問(wèn)題解決方式的重要轉(zhuǎn)變.北京教育科學(xué)出版社，2010-03.

（作者單位 江蘇省昆山市淀山湖中學(xué)）