淺談中學物理科學方法教育的基本途徑

劉　軍

【摘 要】物理學作為一門研究物質(zhì)世界最基本的結(jié)構(gòu)、最普遍的相互作用、最一般的運動規(guī)律的學科,蘊含著豐富的科學方法教育素材。本文闡述了在中學物理教學中以實驗為基礎(chǔ)、以知識為載體、以物理學史為線索、以實踐為渠道這四條科學方法的教育途徑。

【關(guān)鍵詞】中學物理 教學 科學方法 途徑

科學方法是人們在認識和改造客觀世界的實踐中總結(jié)出來的正確的思維和行為方式,是人們認識、利用和保護自然的有效工具。科學方法教育的目的在于提高學生分析和解決問題的能力,而物理學作為一門研究物質(zhì)世界最基本的結(jié)構(gòu)、最普遍的相互作用、最一般的運動規(guī)律的學科,蘊含著豐富的科學方法教育素材。

要在中學物理教學中實現(xiàn)物理科學方法的教育,通常有以下四種途徑:

一、以實驗為基礎(chǔ),讓學生從實驗中掌握科學方法

物理學是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學,在物理學的產(chǎn)生和發(fā)展過程中,物理實驗自始至終都占有極其重要的地位。文藝復(fù)興時期著名畫家、科學家達·芬奇指出:“科學如果不是從實驗中產(chǎn)生,并以一種清晰實驗結(jié)束,便是毫無用處的,充滿荒謬的,因為實驗?zāi)耸谴_定性之母。”古希臘哲學家亞里士多德在物理學領(lǐng)域?qū)曳稿e誤,提出了“力是使物體運動的原因”、“重物比輕物下落快”等錯誤觀點,究其原因,亞里士多德用的是觀察的方法,所以他只有一定的生活經(jīng)驗,但不是真正意義上的實驗。物理學的發(fā)展正是基于突破亞里士多德的錯誤觀點和經(jīng)驗方法的局限,以伽利略的科學實驗方法為指導(dǎo)而走上真正的科學道路上的。縱觀物理學發(fā)展的輝煌歷史,實驗起了決定性的作用,人們還從實驗中總結(jié)出了眾多研究問題的科學方法。因此,在平時的教學中要讓學生多觀察、多動手、多思考,要求他們在實驗中掌握科學方法。如通過“驗證牛頓第二定律”的實驗讓學生懂得蘊含其中的“控制變量法”、“用圖像處理實驗數(shù)據(jù)法”、“近似處理法”、“等效法”等科學實驗方法。對物理學中眾多重大的但限于中學實驗條件而不能做的實驗,教師可以利用現(xiàn)代教學媒體向?qū)W生展現(xiàn)或模擬,讓他們從中體驗和領(lǐng)會科學方法。

二、以知識為載體,通過課堂教學向?qū)W生滲透科學方法

物理學是由一些基本概念、基本規(guī)律和理論組成的體系嚴謹、精密定量的科學。在物理概念和規(guī)律的建立、發(fā)展和應(yīng)用過程中以及各知識點相互聯(lián)系的地方,都蘊含著豐富的科學方法。因此,教師在教學中要善于抓住知識和方法的結(jié)合點進行滲透。例如,教師在講解質(zhì)點、點電荷、單擺、理想氣體等理想模型時,要向?qū)W生滲透“理想化方法”這一科學研究中最基本最廣泛的方法;在講串并聯(lián)電路的特點、力的合成與分解、交流電的有效值、熱功當量等的時候,要向?qū)W生滲透“等效方法”這一物理科學研究中最普通、最簡潔的方法;在講豎直上拋運動規(guī)律、平面鏡成像特點、簡諧振動規(guī)律、電磁振蕩等時,要向?qū)W生滲透“對稱方法”這一物理科學研究中最深刻、最能體現(xiàn)科學美的方法;在講瞬時速度、瞬時加速度、瞬時功率等時,向?qū)W生滲透“極限方法”這一物理科學研究中最具數(shù)學化、又最能體現(xiàn)辯證思維的方法等。

三、以物理學史為線索,讓學生從知識的來龍去脈中體會科學方法

知識的來龍去脈充分展現(xiàn)了科學發(fā)現(xiàn)的歷程,為物理科學方法教育提供了生動而豐富的材料。物理學在發(fā)展過程中建立了許多理想模型、理想過程和理想實驗,運用了觀察和實驗、類比和聯(lián)想、猜測和試探、分析和綜合、佯謬和反證等方法。物理學史中有大量生動事例說明科學大師們?nèi)绾问炀毝擅畹剡\用這些方法取得重要成果的過程,利用這些事例,可以向?qū)W生進行具體的科學方法教育。如教師在講玻爾原子模型時,可向?qū)W生講解人們對原子結(jié)構(gòu)的認識歷程:開始人們認為物質(zhì)由原子組成,原子不可分→電子被發(fā)現(xiàn),人們認識到原子可分→湯姆生提出原子“棗羔模型”→α粒子散射實驗否定原子“棗羔模型”→盧瑟福提出原子“核式結(jié)構(gòu)”→原子“核式結(jié)構(gòu)”與經(jīng)典電磁理論矛盾→玻爾提出“玻爾原子模型”。讓學生從人們對原子結(jié)構(gòu)認識的曲折歷程中體會研究物理問題的科學方法:實驗事實→提出假說→接受新實驗考驗→修改或否定原假說提出新理論→再經(jīng)實驗驗證或接受新實驗考驗→形成理論指導(dǎo)實踐。從上面的例子可以看出,有時一個結(jié)論的得出需要幾代科學家?guī)讉€世紀的曲折探索,而掌握它卻只需一節(jié)課幾十分鐘的時間。因此,教師在物理教學中要善于對物理學史案例進行剖析,使學生在掌握知識的同時,也能從中體會到研究物理問題的科學方法。

四、以實踐為渠道,讓學生通過解決實際問題學會運用科學方法

科學方法從實踐中來,最終又指導(dǎo)實踐。科學方法教育的目的在于訓(xùn)練學生的智力技能,只有通過實際運用和操作,才能深刻理解科學方法,并準確而靈活地運用科學方法。中學物理教學應(yīng)向?qū)W生提供大量生產(chǎn)、生活中的實際問題,明確要求他們在解決問題的過程中要運用某種科學方法,并從中體會科學方法的應(yīng)用。

首先,教師在教學中可布置生產(chǎn)、生活中的實際問題,要求學生用科學方法解決。如學習了光的直線傳播后,就讓學生用“立桿測影法”求樓高;學習了自由落體運動后,就讓學生運用“自由落體運動規(guī)律”粗測樓高,使他們學會運用和掌握間接測量長度的科學方法。

其次,教師也可在“習題”教學中訓(xùn)練學生運用科學方法的能力,在浩如煙海的各種習題中蘊含著豐富的物理科學方法,可以通過讓解決習題中的問題,使他們學會靈活運用諸如假設(shè)法、等效法、圖像法、模型法等眾多科學方法。

再者,有時為了讓學生更清楚地理解和掌握某一科學方法,教師還可以有針對性地進行專項訓(xùn)練。

物理科學方法教育和物理知識學習是相互促進的,結(jié)合物理教學開展物理科學方法教育具有重要的意義,加強物理科學方法教育是使學生增長知識、發(fā)展能力、提高素質(zhì)的可靠途徑。在教學中,教師應(yīng)把握物理科學方法教育的內(nèi)涵,并積極探索物理科學方法教育的途徑,使學生有效地掌握科學方法。