強化科學方法教育 培養(yǎng)學生科學素質

摘 要本文結合中學物理教學的實際，就如何在物理課堂教學中加強科學方法教育，提出粗淺的看法，以進一步推進物理教學改革，全面培養(yǎng)學生的綜合科學素質。

關鍵詞 物理；規(guī)律；科學；方法；教育

中圖分類號：G715文獻標志碼：A文章編號：1671-489X（2007）10－0021-03

Strength Scientific Instruction and Cultivate Students’ Comprehensive Quality//Han Ruigong

Abstract This text combines the practice of physics teaching in middle school， proposes some points of view on how to strengthen scientific method education in the class teaching in order to promote physics teaching reform， and trains students’ all-round quality.

Key words physics; regulation; science; method; education

Author’s address Weifang Science Technology Vocational College， Weifang， Shandong 262700

物理是中學的一門基礎學科，它集結論、規(guī)律、定理、推論、實驗于一體，集中揭示了自然界的基本規(guī)律，是人們認識自然、改造自然、利用自然的基本理論基礎，也是應用科學的思維方法、形象化的對比、嚴格的分析推論、準確的實驗驗證進行科學研究的最基本的思維方法。因此，加強物理科學方法教育，不僅對全面提高物理教學質量，培養(yǎng)學生的科學意識和思維能力具有重要的作用，而且對改革物理教學，開發(fā)學生科學教育資源，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新才能具有重要的現(xiàn)實和歷史意義。

1 物理教學中科學方法教育的內容和原則

1.1科學方法教育的內容

以物理教學大綱為依據(jù)，從現(xiàn)行教材中挖掘科學方法教育的因素，針對中學物理教學層次特點和內在的規(guī)律性，確定以下科學方法教育的內容：物理方法，包括觀察、實驗、理想化、變量控制、比值定義、平衡、守恒、整體、隔離體、等效、微元、近似、恒等等方法；科學思維方法，包括歸納推理、演繹推理、比較、分析、綜合、抽象、分類、類比、對稱、外推、假設、模型、反證等方法；數(shù)學方法，包括比例、幾何、圖像、三角函數(shù)、極限、集合、微積分等方法。

1.2 科學方法教育的原則

物理科學方法教育是特殊內容的物理教學，具有某些符合自身特點的教學原則，是符合自然規(guī)律的。在物理教學中進行科學方法教育應遵循以下原則：

1.2.1 滲透性教育原則

在物理教學的過程中進行科學方法教育，就要以物理知識教學為背景，在充分考慮到物理知識所隱蔽的科學方法因素的同時，不失時機地進行點撥和滲透。這樣，不僅能消除學生對物理學習的疑惑，又會使科學方法教育自然、順暢，使其在學習過程中潛移默化，受到科學方法的熏陶，提高學習物理的興趣，激發(fā)正確的學習動機。

1.2.2 長期性原則

科學方法教育比物理知識學習更難，它不是一兩次教學就能讓學生理解和掌握的。物理教材中科學方法因素大多是隱含的，科學方法教育需要點撥，需要長期的學習熏陶。學生只有通過長期、有效地學習，才能潛移默化、自覺不自覺地掌握一些方法。

1.2.3 綜合性原則

在物理教學中，各種科學方法交叉在一起，不可能在一種科學方法教育進行以后再進行另一種科學方法教育。有的是幾種甚至幾種以上科學方法同時進行，它是演繹與推理、分析與綜合、導出與運用的有機結合。

1.2.4 實踐性原則

在物理教學中科學方法雖然很多，但大都與實踐有著密切的關系，一些科學方法其實就隱藏在實踐中，特別是中學物理中的實驗教學，實驗結論的總結，一些高科技應用，如回旋加速器、火箭、激光器等。所以加強科學方法教育必須符合實踐性原則，做到來源于實踐，應用于實踐，創(chuàng)新于實踐，在實踐中升華。

1.2.5 創(chuàng)新性原則

創(chuàng)新是物理教學中科學方法教育的重要原則之一。定律、公式、推論、分析判斷等并不是一成不變的，有些物理現(xiàn)象、規(guī)律、定律、概念和解釋會隨著時間的推移和實驗條件的變革發(fā)生變化，而演變成新的結論，比如光的學說，從干涉、衍射到粒子性，再到量子性，就是創(chuàng)新發(fā)展的有力說明。人類社會的發(fā)展就是創(chuàng)新的發(fā)展，物理學正是遵從了人類發(fā)展的規(guī)律，使科學方法教育不斷創(chuàng)新發(fā)展。

2 物理教學過程中進行科學方法教育的途徑

多年的物理教學實踐告訴我們，對學生進行科學方法教育，重要的一條是必須遵從物理學科自身的特點和規(guī)律，創(chuàng)造性地發(fā)揮教師、教材和教學設備的作用，也只有立足教學本位，以學生為中心，才能達到物理教學的目的。

2.1在物理概念教學中，培養(yǎng)學生分析物理現(xiàn)象，抽象、概括物理概念的思維方法

物理概念是客觀事物的物理本質屬性和本質特征在人腦中的反應，是物理事物的抽象，是觀察、實驗、思維的產(chǎn)物。在物理概念教學時，教師要善于啟發(fā)學生分析物理過程和物理現(xiàn)象的本質特征，在分析的基礎上經(jīng)過抽象、概括形成物理概念。如建立“動量”的概念時，教師要認真組織學生分析不同質量相同速度的小球、相同質量不同速度的小球運動的結果；觀看飛船、人造地球衛(wèi)星的運行特點等等，特別是小球、飛船、人造地球衛(wèi)星對外表現(xiàn)的內在特性，從而形成速度與質量的辯證關系，引出“動量”的概念。動量的概念就可以通過這些具體的事例，經(jīng)過分析、概括而引出。

有些物理概念和物理科學方法結合得非常密切，本身就包含了許多物理科學方法，教學中教師要善于抓住這些概念的特點進行科學方法教育。如質點、剛體、速度、加速度、沖量、動能、功、理想氣體、單擺、透鏡、原子模型、玻爾氫原子模型等概念，都使用了模型化和對比、分析的科學方法，尤其是理想化模型的建立，對培養(yǎng)學生的抽象思維具有重要意義。

2.2 在物理規(guī)律教學中，培養(yǎng)學生掌握探索物理的思維方法

物理規(guī)律的建立有實驗歸納和演繹推理法兩種，有些定律的建立和闡述本身就包含著物理學家創(chuàng)立和使用的物理學方法，要結合定律的講授，認真總結內涵的物理方法。如理想斜面實驗是很重要的物理研究方法，這是一種超直觀的理性方法，具有探索和研究價值，它不僅開創(chuàng)了觀察和理論思維結合的新局面，重要的為牛頓創(chuàng)立第一定律奠定了堅實的基礎，同時為后人研究提供了可借鑒的思路。

類似理想斜面實驗，如胡克定律、帕斯卡定律、反射定律、焦耳定律、庫侖定律、電阻定律、楞次定律、理想氣體定律等都是通過實驗現(xiàn)象并加以歸納而得到的，都是我們進行科學方法培養(yǎng)最有利的切入點。從理想氣體狀態(tài)方程的實驗驗證到楞次定律的實驗過程，都有物質變化的內在規(guī)律，都符合辯證唯物主義的實驗觀，具有可尋性；從感生電流的實驗得出到磁通量變化規(guī)律的描述，說明量變到質變的有機結合，符合能量守恒定律；從變速運動的基本規(guī)律到串、并電路的表現(xiàn)形式，說明外在現(xiàn)象也具有規(guī)律性；萬有引力定律到庫侖定律表現(xiàn)形式的相似之處，都是在理想化模型的基礎上得到的，都是量變到質變的必須結果，都是物質規(guī)律性的統(tǒng)一表現(xiàn)，都是我們進行科學方法的最好實例。

2.3 利用物理學史知識進行科學方法教育

物理學史中蘊含了豐富的科學方法，是我們取之不盡的動力源泉。從古到今物理學的舞臺上，有不少善于思考、具備真知灼見的思維巨人，他們曲折崎嶇的科學征途中所具有的獨特的思維方法是十分值得學習和借鑒的。1820年，丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應，證明了“電能生磁”，于是人們普遍覺得，只有對稱的變化才是和諧完善的。在此，英國物理學家法拉第在逆向思維的啟迪下苦苦思索，千方百計設計實驗，經(jīng)歷了一次次的失敗磨難，通過10年的不懈努力，終于揭開“磁能生電”的神秘面紗，揭開了人類研究電磁現(xiàn)象的新紀元。

惠更斯把光現(xiàn)象與聲現(xiàn)象進行推理類比，根據(jù)兩者都能發(fā)生反射、折射，從已知的相同點推理得知光和聲一樣，都是一種波動，提出了光的波動說；1923年，法國青年德布羅意根據(jù)光的波粒二像性，通過光和實物粒子的類比，提出了物質波的假設，即微觀粒子也具有波動性。德布羅意假說成為物理學史中運用類比獲得驚人成就的著名實例。類似從電流傳導和熱傳導類比得出歐姆定律，卡文迪許通過類比加猜想，加之巧妙的實驗得出電荷相互作用定律，這都是類比啟迪、線索推理觸發(fā)靈感，喚醒創(chuàng)造思維，取得非凡結果的實例，是物理教學中應該挖掘的內涵，是進行科學方法教育培養(yǎng)的活教材。

近代物理學中原子結構模型的提出是科學思維方法的綜合運用，是人類研究微觀物質的典范。19世紀末20世紀初由于電子的發(fā)現(xiàn)和原子光譜的實驗研究，提出了湯姆遜模型，即“蛋糕葡萄干”模型，也就是原子中呈現(xiàn)球型均勻分布，而負電子像葡萄干一樣嵌入其中。湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子，由他想象出這樣一幅原子圖景是一必然，是人類思維的一種想象。盧瑟福通過α粒子的散射實驗，發(fā)現(xiàn)了湯姆遜模型的矛盾。他通過與太陽系的開普勒模型對比，提出了原子的有核模型，這就是想象與類比的綜合創(chuàng)造。盧瑟福模型的穩(wěn)定性問題以及與原子光譜實驗的矛盾，加上當年普朗克能量量子化觀點的提出，又促成玻爾原子模型的出現(xiàn)。近代物理學模型方法對不可窮盡的原子世界的認識是不斷逼近的，它是人類對客體的猜測，是經(jīng)典物理中發(fā)展起來的模型化方法的高級階段。透過一個個驚人的發(fā)現(xiàn)與科學研究，我們不難看出在物理學研究和發(fā)展的道路上，既有曲折，又有辛苦，更多的是喜悅與收獲，但創(chuàng)造性思維的研究方法，科學的實驗與理論結合，加上類比與推理，再加上科學家的聰明與智慧，永遠是青年學生學習的精華。

2.4 加強物理實驗教學，培養(yǎng)學生科學的觀察、實驗方法

現(xiàn)代教育與心理學家研究表明，實驗是一種重要的科學研究方法。物理學的發(fā)展史也就是人們對物理想象、物理概念、物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、探索、驗證、長期反復實踐的歷史，這些實踐主要是觀察和實驗。物理是人們根據(jù)研究目的，利用自制的科學儀器設備，人為地控制物理現(xiàn)象，排除干擾，突出主要因素，在有利的條件下研究物理現(xiàn)象的本質和變化規(guī)律，其實驗的過程和分析判斷過程蘊含著豐富的科學方法教育因素。

如驗證牛頓第二定律的實驗程序中誤差減小時，可以運用圖像法處理數(shù)據(jù)，不僅能直觀反應物理現(xiàn)象本身的規(guī)律，同時使結論與實驗意義更加形象直觀，賦予人們一種新的思維境界，是觀察、分析、判斷思維活動培養(yǎng)的最佳結合點。教給學生一些具體的觀察和實驗設計構思、操作規(guī)程，數(shù)據(jù)分析和減少誤差的方法，是物理教學的一個重要任務。在中學物理實驗教學中重點包括對比觀察、分步觀察、歸納觀察、放大法、代替法、比較法、再現(xiàn)法、間接法、平衡法、類比法等。

2.5 開展物理課外科學研究，增強學生創(chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

研究性教學的開展需要教師深刻理解研究的內涵，真正樹立以學生發(fā)展為本的理念，樹立科學教育發(fā)展觀。面對網(wǎng)絡媒體的先進性，需要教師具有良好的知識素質和不斷完善的知識結構；需要教師理解知識所負載的價值和深遠的意義；需要教師具有激發(fā)學生求知欲，引導和鼓勵學生主動探索，開發(fā)積極學習和探索的能力；需要教師具有觀察、發(fā)現(xiàn)、應對、靈活深入生產(chǎn)一線的能力；需要教師具有超前的意識和熟練的專業(yè)基本功，具有和使用先進設備的能力。這就要求教師不斷學習和領會最新的教學理念，掌握科學的教學方法，強化自身建設，開拓進取，勇攀高峰。

在研究性教學實施的初級階段往往會遇到學生獨立學習能力缺乏而帶來的困難：有些學生不會主動搜索信息、閱讀信息、處理信息，更不會找到學習和研究的問題，即使教師對問題有所引導也無法進入角色，這都是學生正常的個性心理活動。因此，要培養(yǎng)學生的研究性能力、自學能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新才能。教師要適時擴大學生的自主學習空間，強化技能訓練，引導學生獨立完成課外實驗和調查報告，開展討論和信息交流活動，培養(yǎng)學生獨立發(fā)揮才能的能力，激發(fā)學生的進取意識，不斷提高中學物理學習效率和學習成績。