中學(xué)物理教學(xué)重視使學(xué)生了解、掌握一些自然科學(xué)研究方法，不只對學(xué)生畢業(yè)后的學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性的工作有益，而且對學(xué)好中學(xué)知識也有好處。因為學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，實際就是在教師指導(dǎo)下探索、研究客觀事物的方法。方法對，就學(xué)得好而快，方法不對，就要走彎路。
在中學(xué)物理教學(xué)中涉及到的自然科學(xué)的一般研究方法，主要有觀察、實驗、抽象、理想化、比較、類比、假說、模型、數(shù)學(xué)方法等等。本文僅就其中一些從教學(xué)、教材角度談些零星想法。
一、觀察
“觀察”通常是指人們考察處于自然狀態(tài)下的事物，即在人們不對客觀事物施加影響的情況下，對事物進(jìn)行研究，在物理學(xué)的發(fā)展中，觀察方法是很重要的，牛頓力學(xué)是從觀察天體運動中總結(jié)出來的。觀察宇宙射線仍是研究高能粒子的重要方法。
在學(xué)習(xí)物理之前，學(xué)生在生活和學(xué)習(xí)中已經(jīng)有了觀察的經(jīng)驗和訓(xùn)練，物理課應(yīng)該使他們掌握得更好一些。
應(yīng)該重視培養(yǎng)學(xué)生觀察物理現(xiàn)象的興趣。很多孩子是懷著深切的期望開始學(xué)物理的，他們從日常觀察中積累了許多問題，期待在物理課中找到答案。能及時給學(xué)生滿意的解答，會有利于保持和發(fā)展學(xué)生的觀察興趣。但多數(shù)情況是限于知識準(zhǔn)備不足，不能及時解答。這時當(dāng)然可以說要在學(xué)過什么知識以后才能解釋。可是，這樣的話，一個學(xué)生連聽幾次，觀察興趣就會降低。如果改變一些方法，鼓勵和指導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)從哪些方面深入觀察，作好紀(jì)錄，同時說明所觀察的事物跟哪部分知識有關(guān)，現(xiàn)在的觀察對將來的學(xué)習(xí)有什么好處，效果可能好些，更可取的辦法是教師爭取主動，給全班或個別喜歡觀察的學(xué)生布置觀察作業(yè)，觀察跟講到的知識有關(guān)的物理現(xiàn)象、技術(shù)設(shè)備以及人們的某些活動等等。課本在某些課題后面編了一些觀察性的題目，教學(xué)時可以根據(jù)情況提前布置給學(xué)生。
學(xué)生的觀察興趣，最初是出于好奇，特別是年齡小的孩子，遇到新鮮東西、新奇現(xiàn)象舍不得走，要看個究竟，這種出于好奇的觀察興趣是不穩(wěn)定的，只滿足于表面了解。物理課應(yīng)該把出于好奇的觀察提高到有目的的觀察。所謂有目的的觀察，不只是有明確具體的觀察對象和要求，更重要的是引導(dǎo)學(xué)生懂得觀察是人類研究客觀世界規(guī)律的和種基本方法，而在觀察中注意分析、比較，尋找各有關(guān)因素之間的聯(lián)系。
應(yīng)該注意使學(xué)生養(yǎng)成良好的觀察素養(yǎng)。這首先是要求觀察的客觀性，對于觀察中感知的各種資料，實事求是地對待。其次，觀察要抓住主要的東西，抓住跟觀察目的有關(guān)的方面，要有步驟、有次序、盡可能細(xì)致�？茖W(xué)的觀察都要有詳細(xì)的記錄。物理教學(xué)中作為作業(yè)布置給學(xué)生的觀察，最好也要求記錄，培養(yǎng)記錄的習(xí)慣和能力。記錄要求真實、簡明、具體，字?jǐn)?shù)不要多，幾十個字、一百多字或者列個表格填上數(shù)據(jù)就夠了。
總之，應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生成為樂于觀察、善于觀察的有心人，防止形成漫不經(jīng)心、視而不見的粗率作風(fēng)。
“觀察”有它的局限性：不能排除干擾因素；不能隨意重復(fù)，而要等待現(xiàn)象的自然再現(xiàn)；不能由人控制現(xiàn)象發(fā)生的條件，而要深入研究卻往往需要作實驗。“實驗”則沒有這些缺點。但是實驗不能完全取代觀察（很多現(xiàn)象，如天文現(xiàn)象，人們還只能等待他自然發(fā)生），而且在觀察中得到訓(xùn)練是做好實驗不可缺少的。
二、實驗
“實驗”是人們根據(jù)研究的目的，利用儀器、設(shè)備，人為地控制或模擬自然現(xiàn)象，排除干擾，突出主要因素，在有利的條件下研究自然規(guī)律�！皩嶒灐痹谖锢韺W(xué)的發(fā)展和物理教學(xué)中的基礎(chǔ)作用，無需贅述。
中學(xué)物理中的實驗，根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可分為演示實驗和學(xué)生實驗，定性實驗和定量實驗，探索性實驗和驗證性實驗。
目前我國中學(xué)物理教學(xué)中，數(shù)量最多的是由教師演示的探索性實驗。從培養(yǎng)學(xué)生掌握實驗方法的角度來看，教師的演示起著示范作用。時刻意識到這一點，在安裝調(diào)整儀器設(shè)備，進(jìn)行實驗操作，觀測、記錄、處理數(shù)據(jù)，分析、概括得出結(jié)論，即在整個演示過程的每一步，都嚴(yán)肅認(rèn)真，一絲不茍，必然會產(chǎn)生深刻的教育作用。
中學(xué)能做的探索性實驗，涉及的參數(shù)都不多，實驗時一般是依次改變其中之一來考查它的影響，最后概括出反映各參數(shù)關(guān)系的規(guī)律。演示時學(xué)生了解這樣的考查步驟，在觀察中他們的思維便會處于更積極的狀態(tài)，同時也懂得這種用實驗來研究問題的方法。
物理學(xué)史上不少著名的實驗，如庫侖扭稱實驗、盧瑟福 -粒子散射實驗、查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實驗等，限于設(shè)備，目前一般中學(xué)不能演示，但在課本里還是寫上了。課本這樣做，除了考慮到它們是重要規(guī)律，理論基礎(chǔ)，并且有助于發(fā)展思維，還考慮到可以使學(xué)生從這些具體實例中領(lǐng)會物理實驗的一般方法。例如，每個實驗都包括提出實驗任務(wù)，確定實驗方法并研究如何實現(xiàn)，對得到的實驗資料進(jìn)行邏輯加工得出結(jié)論等階段；實驗的每個階段都跟理論緊密交織著，都要用已有的理論來指導(dǎo)；科學(xué)儀器能幫助人們克服感覺器官的局限，使感性認(rèn)識更加客觀、精細(xì)、準(zhǔn)確，因而科學(xué)儀器的設(shè)計，使用對實驗的成功起重要（有時甚至是決定性的）作用。
在學(xué)校里，為了確定一條物理規(guī)律，通常只提出一個實驗，因而能可能使學(xué)生誤認(rèn)為一個實驗就可以發(fā)現(xiàn)一條規(guī)律。應(yīng)該向?qū)W生指出：任何一位實驗科學(xué)家，在得出他最后的科學(xué)結(jié)論之前，都是采用過多種方法，做過幾十次、幾百次的實驗，處理過浩繁的觀測資料，經(jīng)受過多次的失敗和挫折；任何一項實驗發(fā)現(xiàn)在得到公認(rèn)之前，至少要為另一位研究者所重復(fù)證實；而事實常常是一個題目同時有許多在獨立研究，相繼得到同樣結(jié)論，或是一項實驗發(fā)現(xiàn)一經(jīng)發(fā)表，立即有許多人重復(fù)這個實驗加以檢驗。結(jié)合物理學(xué)史上的具體事例講清這些問題，有助于培養(yǎng)學(xué)生不畏險阻的攻關(guān)精神，懂得任何科學(xué)成就都是許多人辛勤勞動的共同結(jié)晶。
教師的演示實驗和介紹一些著名實驗，還只能使學(xué)生對實驗方法有所了解，而要使學(xué)生真正掌握一些，必須也只能靠他們自己去實踐。目前國外盛行一種叫做“發(fā)現(xiàn)法”的教學(xué)方法，讓學(xué)生親自實驗、觀察、經(jīng)過自己的感知和思索形成概念，發(fā)現(xiàn)規(guī)律。例如，在英國的一套中學(xué)課本《Exploryng Physics》（中譯本叫《探索物理知識》第一冊里，“液體壓強(qiáng)”一節(jié)，隨即提出問題：“液體在其它各個方向上是否也有壓強(qiáng)呢？”然后讓學(xué)生依次做三個實驗：（1）用釘子在白鐵罐側(cè)壁靠近底部同一個高度的不同地方打三、四個孔，灌滿水后觀察會怎樣從這些孔中噴出；（2）將其它小孔封住只留一個，再在罐的側(cè)壁靠近頂部和中部的地方各打一個小孔（盡量使小孔的孔徑相同），觀察水怎樣從這三個噴出，并且收集在同一時間內(nèi)從每個孔噴出的水量；（3）將白鐵罐砸成歪歪扭扭的開狀，再觀察水怎樣從孔中噴出，實驗后，讓學(xué)生就這樣兩個問題得出結(jié)論；（1）液體在哪些方向上產(chǎn)生壓強(qiáng)？（2）液體的深度對壓強(qiáng)大小有什么影響？最后讓學(xué)生解釋兩個現(xiàn)象：（1）水壩的底部為什么比頂部厚？（2）潛水艇、潛水員以及普通的魚潛水為什么不能超過一定的深度。對于“發(fā)現(xiàn)法”我了解很少，從看到的材料來推測，培養(yǎng)出來的學(xué)生會掌握一些實驗研究方法，獨立獲取知識的能力會相當(dāng)強(qiáng)；很值得深入了解，并且在有條件的學(xué)校或班級中進(jìn)行試驗。
我們課本中的學(xué)生實驗，現(xiàn)在還是按傳統(tǒng)的教學(xué)方法來安排的，探索性的很少，多數(shù)是驗證性的，內(nèi)容都比較簡單，數(shù)目也不多，初高中總共52個。在實驗訓(xùn)練上不大可能達(dá)到“發(fā)現(xiàn)法”所達(dá)到的水平。但是讓學(xué)生達(dá)到大綱要求掌握的技能和實驗修養(yǎng)??會使用基本儀器、會記錄、整理數(shù)據(jù)，會得出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)論，還是辦得到的。例如，初中要求學(xué)生會正確使用安培表，初中物理課本就安排了四個要用安培表的實驗。課文里講了安培表的使用方法，習(xí)題里編排了在實物圖上練習(xí)接安培表和讀數(shù)的題目，如果再實驗使用四次，學(xué)生是能基本掌握安培表正確用法的，印象也會比較深。初中要求學(xué)生掌握連結(jié)電路的技能，初中課本就在電學(xué)第一個實驗讓學(xué)生按照實物路圖接線，畫出電路圖，第二、三、四、五個實驗讓學(xué)生按照電路圖接線，到第六個學(xué)生實驗則只提出測量要求，讓學(xué)生根據(jù)要求去設(shè)計電路，這樣由易而難，循序慚進(jìn)，學(xué)生是能學(xué)會連接簡單電路的。在記錄處理數(shù)據(jù)，寫簡單的實驗報告等方面，課文中也是逐步提高難度的。因此，為了讓學(xué)生切實掌握一些實驗技能，加強(qiáng)實驗修養(yǎng)，希望不要對為數(shù)不多的學(xué)生實驗再刪減合并了，認(rèn)為課文中的實驗不合適或是缺乏設(shè)備作不了，可以用其它實驗來代替。
在科學(xué)研究中，實驗的每一步都離不開理論的指導(dǎo)（雖然從總體來看，實驗是理論的基礎(chǔ)），在中學(xué)的學(xué)生實驗中也應(yīng)該注意引導(dǎo)學(xué)生手腦并用，把實驗跟理論緊密結(jié)合起來。這不只要求學(xué)生明確實驗?zāi)康暮徒Y(jié)果跟所學(xué)理論的關(guān)系，懂得實驗設(shè)計所論據(jù)的物理原理，而且實驗過程中的每一項操作都應(yīng)該聯(lián)系已有知識考慮應(yīng)該怎樣作，而不是不動腦子機(jī)械地照書上寫的去做，或者盲目地去試。對于高年級學(xué)生還可以引導(dǎo)他們運用已有的知識分析考慮誤差的來源和減小辦法。為了防止學(xué)生只動后不動腦，課本從初中第一冊后半本起，學(xué)生實驗中學(xué)再具體列出實驗步驟1、2、3……而把實驗?zāi)康�、原理、器材、步驟綜合起來敘述。希望教學(xué)中要求學(xué)生預(yù)習(xí)，自己安排實驗步驟。
三、抽象和理想化
中學(xué)物理要學(xué)習(xí)力、質(zhì)量、功、能……等概念。一切科學(xué)概念都是抽象的成果。所以物理課有條件讓學(xué)生在學(xué)習(xí)這些物理概念的過程中，領(lǐng)會什么叫抽象和怎樣抽象，反過來，懂得了抽象是怎么回事，也有利于概念的形成。
中學(xué)物理課中最常遇到的抽象類型主要有：分析概括一類事物共同的本質(zhì)特征；把物質(zhì)、運動的某種性質(zhì)隔離出來；理想化也是常見的一類抽象形式。
初中講動能、勢能的時候，列舉飛行的子彈、流動的河水、舉高的重錘、壓縮的彈簧等等都能做功，引導(dǎo)學(xué)生分析、比較、綜合、概括形成功能、熱能的概念，就是抽象事物共同的本質(zhì)特征。小孩子形成“人”、“房子”等概念時就運用了這種類型的抽象方法。所不同的是，形成那些概念時，事物的共同特征比較直觀、容易琢磨，而物理課里要抽象的共同特征 不那么容易琢磨，需要更加注意通過分析、比較，認(rèn)識所列舉的同一類的各個事物的共同特征，以及容易混淆的兩類事物之間的根本差別，才能形成比較清晰的概念。
講電阻、加速度、電場強(qiáng)度等概念時，是引導(dǎo)學(xué)生把物質(zhì)、運動的某種性質(zhì)隔離出來，得到表征物質(zhì)或運動性質(zhì)的物理量。這種類型的同象，特別是用兩個物理量的比值來表達(dá)新抽象出來的物理量，學(xué)生常感到困難，往往忘記它的物理意義，當(dāng)作數(shù)學(xué)上的比例系數(shù)對待。例如，有相當(dāng)多的學(xué)生認(rèn)為：一個既定導(dǎo)體的R值隨它兩端V成正比彎化，隨通過 的I成反比變化。這可能跟講R時沒有演示一個導(dǎo)體有確定的阻值有關(guān)�，F(xiàn)在的新教材注意到這一點，采用了先講I、V，再講R、歐姆定律的辦法，講R時還用了高中常用的引入和定義物理量的方法，即先演示任一導(dǎo)體都有確定的值，再演示不同導(dǎo)體的的值不同，然后說明這個比值反映了導(dǎo)體對電流的障礙作用，叫做電阻。這樣處理，一方面希望學(xué)生把電阻這個概念掌握好一些，同時也打算在初中，在電阻這個比較容易琢磨的概念上，對學(xué)生的抽象能力給一些訓(xùn)練，將來可能比較容易適應(yīng)高中的教學(xué)。這樣處理也有毛病，一是講電阻時實際已經(jīng)講了歐姆定律；二是初中學(xué)生對用比值定義物理量感到困難。怎樣處理更好，還值得試驗，探討。
理想化的方法，是科學(xué)抽象的一種形式。
在中學(xué)物理中可以使學(xué)生認(rèn)識的理想化方法，主要有兩種：一種是把物體本身理想化或者把物體所處的條件理想化；另一種是理想實驗。由于這些理想化方法在物理教學(xué)中經(jīng)常用到，所以有必要使學(xué)生認(rèn)識它們的本質(zhì)、必要性和局限性。
質(zhì)點、剛體等，是把物體本身理想化（也就是抓住物體在所討論的現(xiàn)象中起主要作用的性質(zhì)，暫時舍去次要作用的性質(zhì)）。無磨擦的表面、絕熱的容器等，是把物體所處的條件理想化（即抓住起主要作用的條件，暫時舍去起次要作用的條件）。這種理想化方法的好處：第一、可以使問題的處理大為簡化而又不會發(fā)生大的偏差；第二，對理想化的事物進(jìn)行研究的結(jié)果，加以適當(dāng)修正，即可用于實際事物。例如，分子沒有體積、分子之間沒有相互作用力的理想氣體，實際上不存在，但是對于高溫、低壓下不易液化的氣體（氫、氧、氮、氦以及空氣等）當(dāng)作理想氣體來處理，用理想氣體狀態(tài)方程來計算，誤差很小而非常簡單。低溫、高壓下的氣體（特別是那些容易液化的氣體），不符合理想氣體狀態(tài)方程，但是當(dāng)人們從分子占有體積和分子間有相互作用力兩方面對理想氣體狀態(tài)方程加以修正，用來處理真實氣體，就能跟實驗符合得相當(dāng)好。
科學(xué)的理想化不同于無根據(jù)的幻想，有它的客觀根據(jù)�？陀^存在的復(fù)雜事物具有多方面的特性，處于多種條件下。但是在一定的現(xiàn)象中并不是所有性質(zhì)、所有條件都起同樣重要的作用，而是只有一種或少數(shù)幾種起主要作用，其余的或者不起作用，或者作用很小。理想化就是突出起主要作用的性質(zhì)或條件，而完全忽略其它性質(zhì)或條件。例如研究電子在電場中的運動時，可以把電子所處的條件理想化為不存在重力場，即完全不考慮重力的作用，因為跟電力相比，重力太弱了。它的作用實際覺察不到。但是當(dāng)研究帶電液滴在電場中的運動時卻不能不考慮重力，因為它可以跟電力相比。通過具體事例相比，使學(xué)生認(rèn)識理想要有客觀根據(jù)，對培養(yǎng)學(xué)生掌握理想化方法是必要的。
還應(yīng)該讓學(xué)生認(rèn)識：在一定理想化條件下得出的規(guī)律，只在（或者非常接近）這些條件下適用。
理想實驗是人們在思想中塑造的理想過程，而實際上是做不到的。理想實驗在物理學(xué)的理論研究中有重要的作用。伽里略論證慣性定律所設(shè)想的實驗??在無磨擦情況下，從斜槽滾下的小球?qū)⒁院愣ǖ乃俣仍跓o限長的水平面上永遠(yuǎn)不停地運動下去，就是物理學(xué)史上著名的理想實驗。
正如科學(xué)的理想化有它的客觀根據(jù)，理想實驗也有它的實踐基礎(chǔ)。理想實驗是在真實的科學(xué)實驗的基礎(chǔ)上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根據(jù)邏輯法則，對過程作進(jìn)一步的分析、推理。伽里略就是在從斜槽滾下的小球滾上另一斜槽，后者坡度越小。小球滾得越遠(yuǎn)的實驗基礎(chǔ)上，提出他的理想實驗的。
理想實驗在中學(xué)物理教學(xué)中也常用到。例如，研究電場強(qiáng)度時，設(shè)想在電場中放置不會引起電場改變的點電荷，考查它在各點的F/q的值；講電勢時考查點電荷在各點的W/q的值，都是理想實驗。許多物理概念是利用這類理想實驗建立的，所以應(yīng)該讓學(xué)生熟悉這種方法。
四、類比、假說、模型
“類比”是根據(jù)兩個事物在某些方面的相同，推論它們在其它方面也可能相同。“類比”與“比喻”不同。“比喻”是用某些有類似點的事物來比擬想要說的某一事物，它是一種重要的修辭方法，目的在于使人們對所要說的事物獲得生動鮮明而深刻的印象�！邦惐取笔且环N重要的邏輯推理方法，目的在于使人們認(rèn)識新的事物。人們總是在已有知識的基礎(chǔ)上去認(rèn)識新事物，即把新事物與熟悉的事物加以比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)新事物的某些屬性跟熟悉的某事物的某些屬性楨或相似，就往往用類比的方法，推測它們的另外某些屬性也相同或相似。
惠更斯根據(jù)光也象聲波那樣能發(fā)生反射、折射，而推論光也是一種波動，提出了光的波動論。德布羅意根據(jù)光的波粒二象性而推論微觀粒子也具有波動性，提出了物質(zhì)波的概念。這些都是物理學(xué)史上應(yīng)用類比方法提出假說的實例。
在物理課中，把電場拿來跟重力場類比，把電流拿來跟水流類比……是常用的教學(xué)方法。
應(yīng)該讓學(xué)生知道類比的局限性，由類比所得的結(jié)論有對有錯，必須經(jīng)過實踐檢驗。在用類比方法講述物理知識時，當(dāng)然要注意相類比的事物之間的相似處??這是類比的基礎(chǔ)，但是更需要注意事物之間的差異，因為差異限制了類比的結(jié)論，忽視這一方面會造成知識混亂�；谶@些考慮，課本在對比著電場講磁場，對比著直流電講交流電時，都注意了強(qiáng)調(diào)差異。
假說是自然科學(xué)研究的一種廣泛應(yīng)用的方法。它是根據(jù)已知的科學(xué)原理和科學(xué)事實，對未知的事物所做的假定性的說法。
假說是有一定的推測性質(zhì)，它正確與否有待實距踐檢驗。但是假說不是臆想，它有一定的科學(xué)事實的根據(jù)，它的主要部分和基本思想是根據(jù)科學(xué)事實推想出來的，它要跟當(dāng)時公認(rèn)的理論一致，能說明當(dāng)時已知的科學(xué)事實并預(yù)測存在著未知的事實�？茖W(xué)的假說必須具備的這些條件，有必要在教學(xué)中結(jié)合講述某個假說介紹給學(xué)生，特別是對那些愛動腦筋想問題的學(xué)生。例如，我們收到過一個學(xué)生來信，他認(rèn)為光子是由電子中射出來的，每一秒鐘相繼射出的光子數(shù)是光的頻率，相繼射出的兩個光子相隔的距離是波長。他動了好多腦筋，想說明波粒二象性，連著寫了兩封長信闡明他的“假說”，浪費了時間精力，原因就在于不懂得科學(xué)的假說要具備的條件。
在物理學(xué)研究中，常常把假說、理論形成物理模型來加以探討。一個好的物理模型，不但便于直觀、形象地想象假說；理論本身，而且可以簡化從已知事實預(yù)見新事實的過程。
講述磁的本性、原子結(jié)構(gòu)等知識時，可以結(jié)合磁分子模型、原子的行星模型等內(nèi)容，向?qū)W生介紹物理模型在認(rèn)識世界過程的作用。同時應(yīng)該讓學(xué)生注意：第一，模型可能包含實際不存在的成分，例如原子的行星模型中的軌道實際并不存在；第二，任何模型都不能說明一切問題，例如盧瑟福的原子模型不能回答原子為什么是穩(wěn)定的，能回答這個問題的玻爾模型不能說明氫原子以外的光譜；第三，在中學(xué)物理課中涉及到的物理模型，絕大多數(shù)是由我們從宏觀世界獲得的概念（主要是力學(xué)概念）組成的，具有鮮明的直觀性，但是這類模型對于非實體，非宏觀的事物往往無能為力，例如波粒二象性是機(jī)械模型來統(tǒng)一說明的。
除了上面談到的這些研究方法外，數(shù)學(xué)方法也是中學(xué)物理課中應(yīng)使學(xué)生得到訓(xùn)練的重要方法。因涉及的問題比較多，需要專門討論。
本文來自：逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/gaozhong/535959.html
相關(guān)閱讀：驗證凸透鏡成像規(guī)律