探讨初中科学几种常见科学方法及其教学途径

论文导读：
【摘 要】科学的核心是探究。《新课程标准》要求，在突出科学探究内容的同时，重视研究策略的指导，使学生在进行科学探究、学习科学知识的过程中，逐渐拓宽视野，初步领悟到科学研究策略的真谛。且将“过程与策略”作为其中的一个维度目标出现，强调通过科学探究，使学生经历基本的科学探究过程，学习并掌握科学探究策略，发展初步的科学探究能力，形成尊重事实、探索真理的科学态度。在教学中要采取适当的途径，加强科学探究策略教育。
【关键词】科学探究 策略 制约变量法 对比法 转换法 理想实验法 模型法
科学的核心是探究，教育的重要目标是推动学生的发展，科学课程应当体现这两者的结合，突出科学探究的学习方式。探究式学习是指学生在教师指导下或通过自己的独立探究活动来获取知识，并发展探究能力的学习方式。在教学中应给学生提供充分的科学探究机会，让学生通过手脑并用的探究活动，体验探究过程的曲折和乐趣，学习科学探究策略，发展科学探究所需要的能力并增进对科学探究的理解。教学中要求运用各种教学方式与策略，让学生把从探究中获得的知识与从其他方式获得的知识联系起来，奠定可广泛迁移的科学知识基础。

一、科学探究与科学探究策略

1、科学探究的基本过程

在科学课程中，学生将通过科学探究等方式理解科学知识，学习科学技能，体验科学过程与策略，初步理解科学本质，形成科学态度、情感与价值观，培养创新意识和实践能力。
进行科学探究的方式是多种多样的。一般来说，其基本过程具有六个要素：提出科学理由；进行猜想和假设；制定计划，设计实验；观察与实验，获取事实与证据；检验与评价；表达与交流。某些探究过程只包含其中的几个要素，而且也不一定按上面呈现的顺序进行。如：
提出理由：可燃物燃烧的条件是什么。
进行猜想和假设：可燃物燃烧需要氧气和达到一定的温度。
制定计划，设计实验：药品与器材：白磷、10℃和60℃的水、试管、长玻璃管。活动1（如右图中1），将白磷放入10℃的水中，并通入空气。活动2（如右图中2），将白磷放入60℃的水中，不通空气。活动3（如右图中3），将白磷放入60℃的水中，并通入空气。分别观察燃烧情况。
观察与实验，获取事实与证据：实验中发现

1、2中白磷不燃烧，3中白磷燃烧。

检验与评价：由2、3对比得出：可燃物燃烧需要氧气。由

1、3对比得出：可燃物燃烧需要达到一定的温度，进而得出着火点的概念。

表达与交流：不同小组之间互相描述实验现象，交流实验结果，从而得出结论。再换用不同的可燃物实验，得出可燃物燃烧需要氧气（助燃物）和温度达到着火点。
科学探究的主要目标是使学生领悟科学探究的思想，培养学生进行科学探究所需要的能力，增进对科学探究策略与过程的理解。科学探究能力是通过完成部分探究活动和完整的探究活动而形成和发展的。

2、学习科学探究策略的重要性

韩愈说过“师者，传道、授业、解惑也”。韩愈首先强调的教师的任务是“传道”，而“道”所指的正是策略。科学探究策略是进一步获取科学知识的工具，因此，在科学教学过程中，科学探究策略是比获取科学成果更为可贵的东西。法国科学家笛卡尔曾说：“最有价值的知识，是关于策略的知识。”在知识教学中要培养学生的能力，找到知识教学与能力培养的结合点，突破口就在于加强科学探究策略教育。

二、初中阶段常见的科学探究策略

虽然在科学课的探究活动中大多数都需要实验法，但并不是只有动手实验才是探究。探究的形式还可以是逻辑推理、查找文献、调查研究等，每一种探究策略都有一个适当的空间，只有当探究策略与探究内容相适应时，才能发挥有效价值。教师通过选择适当的探究策略，引导学生主动学习，开发学生智力，培养学生思维能力。为了有效地开展科学探究活动，此处总结归纳了常见的几种策略。

1、制约变量法

“制约变量法”就是根据研究目的、运用一定手段（实验仪器、设备等）主动干预或制约自然事物、自然现象发展的过程，在特定的观察条件下探索客观规律的一种研究策略。如果某次实验中结果受到n个变量的影响，我们要来探究第n个变量对结果的影响，则我们要把另外的（n-1）个变量人为制约，这样才能通过对比实验得出第n个变量对实验结果的影响。利用制约变量法研究理由，注重了知识的形成过程，有利于扭转重结论、轻过程的倾向，有助于培养学生的科学素养，使学生学会学习。在初中科学实验过程中，制约变量法是一种最常用的、非常有效的探索客观规律的科学策略，如
为了研究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关，制约压力相同时，研究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系；制约接触面粗糙程度相同，研究滑动摩擦力与压力大小的关系。
2、对比法
对比寻找几个事物的共同点或不同点，从而得出结论的研究策略叫对比（也称比较法），这是一种常用的研究策略。
中学生认识事物时，往往抓不住事物的本质特征，对那些相近的概念、成双成对、成列成排、前后联系的名词混淆不清，琢磨不定。有比较才能鉴别，一切事物总是相比较而存在的。
在教学中采用对比法，突出一方，找出它们的异同，就可避开混淆和张冠李戴。比如：
呼吸作用与光合作用有什么联系和区别？学生采用对比法，从逻辑上找出对比之项：作用场所、作用条件、反应物、生成物、能量转化等等，然后分析出对立面和统一面，得出答案。并从中看出二者的相互依赖、相互制约的关系。
对比法是一切理解和一切思维的基石，即比较是一切逻辑思维的策略。任何事物的特点必须在相互比较中才能充分地显示出来。因此，采用对比法，可以培养和提高学生的逻辑思维能力。在总结和复习时可以进行纵向、横向的综合对比，让学生在对比中把分散的知识上升到规律性的、理性的认识。对比法能使学生把感性知识上升为理性认识把有关实验表面的共性与差异提升到对实验理由的规律性认识，达到“举一反三”的目的，从而提高探究能力。3、转换法
所谓“转换法”，主要是指在保证效果相同的前提下，将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象；将陌生、复杂的理由转换成熟悉、简单的理由；将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的策略。初中科学中有很多论文导读：教育的作用在于训练学生的智力技能，只有通过实际操作和运用，才能深刻理解科学探究策略，灵活而准确地运用科学策略。实践表明：教师生动精辟的讲述，学生对于知识只能达到理解的水平，要达到运用的水平，就非要经过学生本人参与分析解决新理由的实践不可。以两道例题为例：例1研究压强和压力、受力面积的关系。如下图所示，把
地方都用到了转换法的原理。
应用转化法揭示物理现象的本质一些看不见、摸不着的现象，不好直接认识它，我们常根据他们表现出来的看的见、摸的着的现象来间接认识它们。研究力、电流、磁场时，由于它们都是看不见摸不着的东西，我们可以利用力所产生的效果、电流产生的各种效应、磁场的基本性质来研究它们。比如可以通过泡沫塑料凹陷的程度来知道压力的作用效果大小，验电器上锡箔片的开合来判断物体是否带电，用电磁铁吸引大头针的个数来判断其磁性强弱。
应用转化法把不明显的现象放大。有的实验现象我们是能看到的，但是不容易观察。我们可将实验产生的效果进行放大在进行研究。如音叉振动发声可以听得见，也能通过触摸感觉得到，但是振幅较小，用肉眼不易观察得到。为了突出音叉发声时正在振动，特意通过音叉振动时所产生的其他效果如激起水花、使悬挂着的乒乓球被反复弹开等明显的视觉效果来显示其不易察觉到的振动，提高教学效果。
应用转换法将直接测量变成间接测量。摩擦力是不易直接测量的，在探究滑动摩擦力大小的影响因素时，蛋黄测力计并不是直接测量摩擦力的大小，而是通过水平匀速拉动物体测得拉力大小，再根据二力平衡的原理推出摩擦力的大小，从而得到“滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关”的结论。
对一些实验，若通过转换研究对象、思维角度，不仅使学生的转换思维能力得到训练，还能提高学生的观察能力，以及获取、处理信息的能力。帮助学生透过现象，抓住本质，较快地理解概念，抓住科学规律。另外还能使学生真正理解某些实验测量的原理，提高他们的实验技能。

4、理想实验法

理想实验法（又称想象创新法，思想实验法）是在实验基础上经过概括、抽象、推理得出规律的一种研究理由的策略。但得出的规律却又不能用实验直接验证，是科学家们为了解决科学理论中的某些难题，以原有的理论知识（如原理、定理、定律等）作为思想实验的“材料”，提出解决这些难题的设想作为理想实验的目标，并在想象中给出这些实验“材料”产生“相互作用”所需要的条件，然后，按照严格的逻辑思维操作策略去“处理”这些思想实验的“材料”，从而得出一系列反映客观物质规律的新原理，新定律，使科学难题得到解决，推动科学的发展，又称推理法。
例如，我们在研究真空能否传声的时候，将一只小电铃放在密闭的玻璃罩内，接通电路，可清楚地听到铃声，用抽气机逐渐抽去玻璃罩内的空气，听到铃声越来越弱，这说明空气越稀薄，空气的传声能力越弱。实验中无法达到绝对的真空，但可以通过铃声的变化趋势，推测出真空不能传声，这与牛顿第一定律的建立过程是非常类似的。
这属于理想实验法。如果教师在教学中能够很好地渗透这一策略，有利于培养学生的逻辑思维能力，提高学生的创新能力。
5、模型法
通过模型来揭示原型的形态、特征和本质的策略称为模型法。为了研究的需要，把研究对象或过程经过科学抽象转化为一定的模型，这种转化忽略了一些次要因素，突出主要因素，所以这种模型叫“假想模型法”又叫“理想模型”。它是科学教学的基础，可使科学教学简单化，形象直观化，又可使具体理由普遍化，便于学生发挥抽象思维、形象思维、发散思维。例：杠杆（只要能绕着固定点转动的物体都可以看作是杠杆）、斜面（像盘山公路这样起点为低终点高的弯曲面可以看作是斜面）、呼吸模型等.建立模型还可以帮助人们显示复杂事物及过程，帮助人们研究不易甚到无法直接观察的现象。例如：①研究分子、原子结构时，提出一种结构模型的猜想——原子核式模型（行星模型）；②研究磁场利用磁感线描述等。

三、科学探究策略的教学途径

1、在科学史实中感受探究策略

自然科学的思想和研究策略是在科学家们长期的科学实践中，逐步摸索、积累形成和发展起来的，是人类智慧的结晶。他们的思想策略、研究策略和创造思维，具体体现在他们探索自然世界的足迹之中。比如：牛顿第一定律的建立离不开伽利略的实验，也离不开牛顿理想实验法进行的逻辑推理。通过科学发展史的介绍，能充分展现科学发现的过程，为科学探究策略教学提供生动而丰富的材料，使学生更亲近所学的知识，更全面而系统地体会科学探究策略。因此，在科学教学中应该抓住介绍科学史或科学家成果的机会，进行科学探究策略的教育和渗透。如八年级上（第三册）第三章第二节“神奇的激素”绍了生长素发现的历史，其中温特实验用到了制约变量法。

2、在科学实验中应用探究策略

科学实验是学生获得体验、探索规律、认识世界的基本手段，正是因为这一特性决定了实验在科学策略教育中的特殊作用。科学教学中应激发实验的探究属性，挖掘验证性实验中的探究点，发挥探索性实验的探究性，提高学生学习的自主性，让学生通过亲身实践去领会科学家们研究理由的科学策略，并内化为自己的思维和能力。巴浦洛夫曾说过：“有了良好的策略，即使是没有多大才干的人也能做出许多成就。如果策略不好，即使有天才的人也将一事无成。”所以，在实验教学中要多创设探究的机会，要注意策略的指导，要提升学生的认知水平。如七年级科学“探究凸透镜成象的规律”、“探究影响滑动摩擦力大小的因素”，八年级“探究影响电流大小的因素”，九年级“探究影响酶催化效率的因素”等等探究实验的教学中，教师指导学生开展实验的设计，学生自主完成具体的操作、结论的归纳，师生共同评价实验得失。这个过程中，学生习得制约变量的策略，提升了实验设计能力。

3、在习题训练中强化探究策略

科学探究策略教育的作用在于训练学生的智力技能，只有通过实际操作和运用，才能深刻理解科学探究策略，灵活而准确地运用科学策略。实践表明：教师生动精辟的讲述，学生对于知识只能达到理解的水平，要达到运用的水平，就非要经过学生本人参与分析解决新理由的实践不可。以两道例题为例： 例1 研究压强和压力、受力面积的关系。
如下图所示，把小桌和砝码以不同形式放在泡沫塑料上，分析与压力作用效果有关的因素。
比较甲、乙两图，可知： 一定，压力作用效果与 有关。
比较乙、丙两图，可知： 一定，压力作用效果与 有关。
分析：压强与压力大小和受力面积有关，研究压强和压力、受力面积的关系，应采用制约变论文导读：
量法。甲、乙两图，受力面积一定，研究压力作用效果与压力大小的关系，压力越大，压力作用效果越明显。乙、丙两图，压力大小一定，研究压力作用效果与受力面积的关系，受力面积越小，压力作用效果越明显。进而可以解释生活中的图钉、铁轨、菜刀等物品的应用原理。通过此题，学生对制约变量法的应用有了更深刻的理解，在今后的学习中能自如地应用制约变量法。
新《课标》提出了“科学探究”是进行科学策略教学的重要途径。探究教学是科学探究策略教育的一个载体，是实现科学教育的一种策略。探究教学也应建立在科学策略的基础上进行，科学探究策略教育是成功地进行探究教学的一个条件。
探究教学要在科学探究策略的引导下进行探究，与科学知识教学有机结合，联系生活，重视学习的过程，以学生为主体，充分调动学生的学习科学的兴趣和主动性，从而实现知识和策略教学的统一。教师要对学生科学探究策略的应用情况进行评价和归纳，使学生不断积累应用科学策略，并逐渐清晰和系统。
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