中學生從物理課學到的一些研究方法

摘 要: 中學畢業生不但應有升學、就業所必需的基礎知識和技能，而且應有探索未知事物的能力。這就要求中學物理老師注意使學生掌握一些探索客觀世界的方法。自然科學各門學科的教學，應該把科學知識的傳授和自然科學一般研究方法的訓練很好地結合起來。

關鍵詞: 中學物理教學 自然科學 研究方法

中學物理教學重視使學生了解、掌握一些自然科學研究方法，不僅對學生畢業后的學習和創造性的工作有益，而且對學好中學知識也有好處。因為學生的學習方法，實際就是在教師指導下探索、研究客觀事物的方法。方法對，就學得好而快;方法不對，就要走彎路。

在中學物理教學中涉及的自然科學的一般研究方法，主要有觀察、實驗、抽象、理想化、比較、類比、假說、模型、數學方法等。我在此僅就其中一些從教學、教材角度談些想法。

一、觀察

“觀察”通常是指人們考察處于自然狀態下的事物，即在人們不對客觀事物施加影響的情況下，對事物進行研究。在物理學的發展中，觀察方法是很重要的，如牛頓力學是從觀察天體運動中總結出來的，觀察宇宙射線仍是研究高能粒子的重要方法。

學生的觀察興趣，最初是出于好奇，特別是年齡小的孩子，遇到新鮮東西、新奇現象舍不得走，要看個究竟，這種出于好奇的觀察興趣是不穩定的，只滿足于表面了解。物理課應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，更重要的是引導學生懂得觀察是人類研究客觀世界規律的和種基本方法，而且在觀察中注意分析、比較，尋找各有關因素之間的聯系。

教師應該注意使學生養成良好的觀察素養。首先，觀察要有客觀性，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的方面，要有步驟、有次序，盡可能細致。科學的觀察都要有詳細的記錄。物理教學中作為作業布置給學生的觀察，最好也要求記錄，培養記錄的習慣和能力。記錄要求真實、簡明、具體，字數不要多，幾十個字、一百多字或者列個表格填上數據就夠了。

總之，教師應該培養學生成為樂于觀察、善于觀察的有心人，防止形成漫不經心、視而不見的草率作風。

二、實驗

“實驗”是人們根據研究的目的，利用儀器、設備，人為地控制或模擬自然現象，排除干擾，突出主要因素，在有利的條件下研究自然規律。

中學物理中的實驗，根據不同的分類標準可分為演示實驗和學生實驗，定性實驗和定量實驗，探索性實驗和驗證性實驗。中學的探索性實驗，涉及的參數都不多，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關系的規律。演示時學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，同時也懂得這種用實驗來研究問題的方法。

物理學史上不少著名的實驗，如盧瑟福粒子散射實驗、查德威克發現中子的實驗等，限于設備，目前一般中學不能演示，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律、理論基礎，并且有助于發展思維，還考慮到可以使學生從這些具體實例中領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，確定實驗方法并研究如何實現，對得到的實驗資料進行邏輯加工得出結論等階段;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;科學儀器能幫助人們克服感覺器官的局限，使感性認識更加客觀、精細、準確，因而科學儀器的設計、使用對實驗的成功起重要(有時甚至是決定性的)作用。

為了確定一條物理規律，教師通常只提出一個實驗，因而可能使學生誤認為一個實驗就可以發現一條規律。教師應該向學生指出:任何一位實驗科學家，在得出他最后的科學結論之前，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，經受過多次的失敗和挫折;任何一項實驗發現在得到公認之前，至少要為另一位研究者所重復證實;而事實常常是一個題目同時有許多人在獨立研究，相繼得到同樣結論，或是一項實驗發現一經發表，立即有許多人重復這個實驗加以檢驗。在科學研究中，實驗的每一步都離不開理論的指導(雖然從總體來看，實驗是理論的基礎)，在中學的學生實驗中也應該注意引導學生手腦并用，把實驗跟理論緊密結合起來。這不僅只要求學生明確實驗目的和結果跟所學理論的關系，懂得實驗設計所論據的物理原理，而且實驗過程中的每一項操作都應該聯系已有知識考慮應該怎樣作，而不是不動腦子機械地照書上寫的去做，或者盲目地去試。對于高年級學生教師還可以引導他們運用已有的知識分析考慮誤差的來源和減小辦法。為了防止學生只動后不動腦，課本從初中第一冊后半本起，在學生實驗中學再具體列出實驗步驟，而把實驗目的、原理、器材、步驟綜合起來敘述，要求學生預習，自己安排實驗步驟。

三、類比、假說、模型

“類比”是根據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。“類比”是一種重要的邏輯推理方法，目的在于使人們認識新的事物。人們總是在已有知識的基礎上去認識新事物，即把新事物與熟悉的事物加以比較，當發現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。

惠更斯根據光也像聲波那樣能發生反射、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，提出了物質波的概念。這些都是物理學史上應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，是常用的教學方法。

在物理學研究中，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，而且可以簡化從已知事實預見新事實的過程。

除了上面談到的這些研究方法外，數學方法也是中學物理課中應使學生得到訓練的重要方法。因涉及的問題比較多，需要專門討論。

參考文獻:

[1]教育部基礎教育司編寫.走進新課程——與課程實施者的對話.北京師范大學出版社，2004，4.

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