論科學方法在物理教學中的滲透與培養

蔣文遠

(無錫市山明中學,江蘇無錫 214035)

面對時下的物理教學,很多教師抱怨學生的學習能力差,思維品質低.更讓很多物理教師頭疼的是在中考中有48%的實驗探究和科學方法要考察.不少教師不知所措,于是乎進行大量的專題訓練,強化知識,加強識記,但收效甚微.這樣的行為,不但無法培養學生真正的科學思想和方法,其行為本身也是違背科學,違背了教育規律的.筆者作為一線的物理教師,結合自己的教學實踐、學科教研,課堂觀察的研究,對科學方法的教學進行了一定的探索、實踐與反思,得到了一些啟發.

1 科學方法的滲透要與科學實踐“相輔相成”

案例1:《空對空,竹籃打水一場空》

筆者去年接到一個相對較好的班級,于是雄心勃勃,決定進行系統的科學方法教育.每周一個專題,從閱讀到圖像;從實驗操作到各種科學方法的專題講座,準備了大量的資料,進行了“專題”的練習.結果半個學期下來,收效甚微.筆者從學生那里了解到,學生感到科學方法很空,什么也沒有留下.

在案例1中,筆者將科學方法與科學實踐進行了分離,想通過專題的形式,講座的方式對學生進行科學方法教育.其出發點是好的,卻是不科學的,所以最終注定是“竹籃打水一場空”.實踐是肉,方法是靈.脫離了科學方法的實踐是沒有靈魂的肉體,是失去活力的軀干;脫離實踐的科學方法是漂泊的靈魂,是失去根基的幽靈.因此,科學方法的產生離不開科學實踐活動,而科學實踐活動的順利進行也離不開科學的方法指導.科學方法與科學實踐是相輔相成的.

案例2:《老師,我看過》

2009年江蘇省中考物理試題第 12題,如圖1所示,小剛將盛滿水的圓柱形透明玻璃杯貼近書本,透過玻璃杯觀看書上的鸚鵡圖片(圓圈中的鸚鵡圖與書本中的鸚鵡圖實際大小相等),他所看到的虛像可能是

圖1

學生對這道題很感興趣,走出考場就開始議論.很多人選(C),因為他們知道盛水的玻璃杯相當于放大鏡,因此理所當然地選了(C).但有學生說“不對,應該選(A),考試時我看過.”更有學生高興的說,“老師,我看見他們做,自己也做了,看到的是橢圓.”由于筆者沒有看到題目,但當學生用礦泉水瓶演示實驗時,我為有這樣的學生感到高興,對他們的行為表示了肯定.筆者在參加完中考閱卷后,了解到這道題的正確率只有30.2%,非常低.筆者任教的班級經統計,正確率達到53.1%.筆者在為學生取得好成績高興之余,更高興的是通過物理的學習,他們的觀察能力、用實驗解決問題的意識得到了加強.

科學方法是在科學實踐中由人們創新出來,用來解決實際問題的.在案例2中,由于筆者平時注重實驗教學,讓學生養成了動手實驗解決問題的意識,提升了觀察對比的能力,使得他們在中考中自然想到了用手邊的用品進行實驗,在實驗中去解題.這正好說明,有效的方法得以保留并變成一種科學、一種思想、一種文化,反過來會被應用到科學實踐中去.因此,科學方法的教育不但要與科學實踐活動相結合,而且要以科學實踐活動為主,科學方法的教育為輔.在科學實踐的過程中滲透科學方法的教育,實踐是顯性的,方法是隱性的,讓學生在實踐中體悟方法的精妙.

2 科學方法的出現要“一鳴驚人”

方法是解決問題的有效途徑,但解決問題的方法通常不止一種.只有當一種方法被學生采用,并很好的解決了問題時,這種方法才會被學生所認可、掌握.在以后遇到類似的問題時,方法才會被喚醒,再次使用.

案例3:《我有方法》

筆者在“聲現象”的教學中,向學生提問“如何證明聲音是由振動產生的?”時,有學生回答“人說話時聲帶在振動,用手可以感覺.”有學生回答“蟬在發聲時腹翅振動.”有學生回答“拉二胡時,弦在振動.”之后,筆者把正在發聲的音叉接觸水面,當學生觀察到水花四濺時,學生情緒被調動了起來,感到很神奇,筆者也認為效果不錯.但在之后的反饋練習中,筆者發現他們還是熱衷于自己第一次的方法,教師提高的方法學生很少引用.

案例3中,教師在學生有方法解決聲現象問題時,給出了演示實驗,實驗中隱含著“轉換放大法”的思想,收到的效果也不錯.但這種效果只是感官上的刺激,是對現象的驚奇,而不是方法的震撼.這種情況下的方法只是錦上添花,而非雪中送炭.在學生有方法并且是有效的時候,學生對新方法的學習是低效的,不活躍的.當學生再次遇到類似的問題情景時,他喚起的依舊是自己的原有經驗,說明新的方法沒有內化成學生新的經驗,自然也不會提高學生的能力.

同樣是放大法在彈性形變中的作用就更高一籌.教師要求學生觀察玻璃瓶在壓力下的形變,學生在面對微量的形變時,無計可施,怎么辦?這時,放大實驗現象成為學生自然的迫切的需求,當放大的思想出現在了腦海中,接下來只是技術層面的問題.當學生聯想到“自制溫度計”,想到液體在溫度升高時,細小的玻璃管中的液面會上升時,興奮地動手設計,進行實踐.當看到在手的壓力下,細玻璃管柱液面上升時,全班響起了熱烈的掌聲.這里,放大法的出現不僅顯得水到渠成,并起到“一鳴驚人”的震撼力.同樣,在觀察桌面受到壓力后的形變情況時,當學生看到經小玻璃片反射后的光線,在壓力的作用下改變了很多,都非常驚訝.放大的思想,放大的技術慢慢在學生的心中扎下了根.

3 科學方法的學習要設置在學生的“最近發展區”

初中教材中有兩處用到實驗加推理的方法.第一次,是在初二開始,研究聲音的傳播需要介質時.采用反證法,研究聲音的傳播是需要介質的.采用的實驗裝置是真空罩,用抽氣機抽氣.由于不可能完全抽盡空氣,聲音只是由強到弱,很難做到完全聽不出.于是,學生必須根據現象,進行推理,如果空氣全部被抽空,將出現聽不到聲音,得出真空中聲音不能傳播的結論.這里的學習,由于符合學生的認知特點,在“最近發展區”內,學生并沒有多少困難.但是在學習牛頓第一定律時,學生遇到了不小的困難.

案例4:《我從沒見過“永不停”的物體》

圖2

在探究阻力對物體運動的影響的實驗中,讓小車從斜面的同一高度滑下,改變接觸面的粗糙程度(如圖2所示),我們發現,阻力越小,那么小車的速度減小的就越慢,小車前進的距離就越大.這是通過實驗觀察到的現象.也就是小車的水平運動受到了阻力的作用,進一步分析如果小車受到的阻力越來越小,小車前進的距離就會越來越大,進而推理,如果小車受到的阻力為零,這小車將以恒定不變的速度永遠運動下去.

筆者在演示了上述實驗后,全班32人中,只有7人認為,物體在不受阻力時會永遠運動下去的推理是正確的,11人認為,物體最終還是會停下,14人不知如何回答.為什么在這里,學生會遇到如此大的困難呢?筆者認為,除了學生的抽象思維發展還不完善外,重要的一點是生活中的經歷對他們的影響.在與學生的交流中,很多學生告訴我,“從來只有會停下的物體,哪里會永遠滾動下去的小車?”

筆者遇到案例4中情景時,會抱怨學生,責備學生思維跟不上,學習物理有困難.其實,困境就在于對學生了解不夠,沒有找準“最近發展區”.為了走出困境,筆者學習了發展心理學,得知,少年期(主要是初中生)和青年初期(主要是高中生)的思維是不同的.在少年期的思維中,抽象邏輯思維雖然開始占優勢,可是在很大程度上,還屬于經驗型,他們的邏輯思維需要感性經驗的直接支持.筆者在之后的教學中采用多媒體輔助教學,在實驗的基礎上增加了視頻演示,讓學生有更多的感性認識,為“理想化推理”思維提供支架,取得了很好的效果.因此,教師不僅僅要備教材,還要備學生,了解學生的認知特點、已有經驗、思維品質等,讓學生在有效的“最近發展區”內學習,讓科學方法的學習與思維的發展共成長.

4 科學方法的培養要“循序漸進”

光線是最早接觸的模型法,但學生并沒有形成充分的理解和印象.因為對學生來說,光線用帶箭頭的直線來代替是很正常也再合理不過的.這里,教師不要過多的去介紹模型法,只要讓學生知道可以用帶箭頭的直線代替光線,描述光線就可以了.而在原子結構模型時,學生有了進一步的認識.因為,原子是無法用肉眼、放大鏡、光學顯微鏡觀察的,要在電子顯微鏡下觀察,而多半老師也沒有用過電子顯微鏡,怎么理解原子的結構呢?可以用太陽系的圖景來模擬原子的結構,形象的說明.這里,學生已經能體會模型法的妙處.

教育是慢的藝術,學習是漸進的過程.學生對科學方法的學習,無論是從教材的安排上,還是從學生自身的認知規律來看,都經歷了一個從認識到了解,從理解到運用的過程.這樣的過程是呈螺旋形發展的,是真實的有根基的.學生在科學方法的學習與運用中,會把科學方法化作自身的一種品質.從兒童認知發展理論和兒童發展階段理論出發,皮亞杰認為,兒童所獲得的這些巨大成就主要不是由教師傳授,而是出自兒童本身,是兒童主動發現、自發學習的結果.教師除了為兒童提供主動、自發地學習的機會之外,還可選擇一定的材料,激發兒童的學習興趣,促進兒童的發展.也就是說,教育必須遵循兒童的發展規律,不要把超越兒童發展階段的知識教給兒童,不要強迫兒童學習心理發展還沒有準備好的材料,否則將出現欲速則不達的情況.科學方法的教育自然也要遵循兒童的發展規律,在不斷的實踐中積累,循序漸進地發展.

綜上所述,科學方法的教育必須符合了學生的認知規律,與科學實踐活動緊密相連,才是有意義的;科學方法的教育應該滲透于平時的教學活動中,循序漸進地,潛移默化地對學生發生作用;科學方法的教育要與學生思維的發展相輔相成,共同成長.