物理教學應加強科學思想方法教育
——祝賀《物理通報》出版30周年

紀英楠

（防災科技學院 河北三河 065201）

1 培養科學思想方法是素質教育的重要內容

有一種說法即21世紀的國際競爭是人才的競爭，我深感同意.科學技術是第一生產力，而科學技術的創新和發展則主要靠高素質的人才.因此，近年來我國一直大力提倡加強素質教育.素質是指在人的先天生理基礎上通過環境影響和教育訓練所獲得的內在的、相對穩定的、長期發揮作用的身體和心理特征及其基本品質結構，又稱為素養.素質的內涵有各種表述方式，比較全面的說法包括人的道德素質、智力素質、身體素質、審美素質和勞動技能素質.說得固然全面，但不具體.社會上往往把上各種課余培訓班當作素質教育，實在是很大的誤解.素質教育不是琴棋書畫、跆拳道之類的技能，其真正內涵是培養青少年的健全人格和基本能力.我很贊同一位中學特級教師歸納的“10學會”：學會做人、自律、學習、思考、創造、樂群、健身、審美、生活、勞動；其中和學校的智育教育有關的是學會學習、思考與創造；而這三者中，我認為最關鍵的是學會思考.

學校教育包括兩個方面：基本知識和學習方法.知識是不斷發展和增長的；在這知識爆炸的時代，新知識層出不窮.學校學習時間有限，更無法預知學生在以后的工作和生活中將用到哪些知識；只有讓學生掌握正確的亦即科學的學習方法，才能終身受益.所以，在學校教育的兩個方面中，教會如何學習是最根本的.盧瑟福就曾明確地指出：“科學方法的教育比知識本身更重要”.他主張讓學生身臨其境地感受科學創造過程，強調科學方法的培養和訓練.正確的學習方法中，學會通過思考消化課程內容是關鍵，但這種只限于消化課程的思考還不是科學思維的全部.科學思維是用于妥善應對和處理各種問題的正確思想方法.社會生活中的任何領域都有需要妥善解決的問題，社會成員必須有基本的科學素養，才能運用科學的原理和方法做個人的各種抉擇，找到合理解決問題的途徑.這里運用科學的原理和方法去做事，就是能合理運用自己掌握的知識解決面臨的各種問題，這實質上就是正確思想方法問題.我們國家建設和現代化需要創造性人才，在素質培養中提出學會創造很必要，而科學思維是創造的重要基礎.所以學習、思考和創造三者中，學會思考最關鍵.掌握科學思維；能夠用正確的方法解決面臨的各種問題，是現代人必須具備的能力，培養這種能力應該是學校教育尤其是中等以上教育的重要責任.

2 物理教學是培養科學思想方法的有效途徑

科學思想方法沒有統一的、嚴格的定義，從不同的角度討論這一問題時會有不同的說法；但這些說法的差異只是因為涉及的范圍或層次的不同，彼此之間并無矛盾.通常把科學思想方法分為幾個層次：基本方法（即世界觀意義上的最基本方法或哲學方法）、一般科學方法、特殊科學方法和個別性科學方法［1］；后兩者是用于某種特殊科學領域以至某一特殊學科的專門的研究方法.與培養科學素質、培養正確的思想方法有關的應該是一般的科學思想方法，包括分析、綜合、比較、推理、判斷等；這是學校教育包括各種課程教學應該著重解決的問題，而這又恰好是許多學校在教育中難以解決或被忽視的，這種情況嚴重影響了培養人才的質量.每一門課程都可以起到培養學生正確思想方法的作用，但最有效、最能發揮系統的思維訓練作用的無疑是數學和物理.數學的長處是嚴謹的邏輯推理，包括最基本的歸納方法和演繹方法的應用.物理雖因涉及特點不同的多種運動形式而不像數學那樣有著統一的邏輯思維體系，但卻包含了從現象或實驗結果上升到理論或規律、模型的建立、客觀規律的數學表示和數學理論與方法的實際運用等多方面內容，而且包含了實驗環節，完整地體現了科學思維過程和科學方法的運用；所以和數學一樣，都是最適于進行科學思想方法訓練的.

物理課培養科學思維和養成科學工作方法至少包括兩方面：課程內容的教授和學生的解題與完成實驗的過程.物理學內容幾乎處處體現了科學思維過程.例如，由三條基本定律出發求得一系列力學規律的整個經典力學就完整地體現了演繹法的推理方法；玻爾氫原子理論的提出過程更是正確運用科學思維的典范.此前，盧瑟福通過對阿爾法粒子散射實驗結果的正確分析和計算，確定了原子的行星模型；瑞典科學家埃格斯特朗精確測定和記錄了上千條太陽光譜譜線的波長，準確到6位有效數字.許多人企圖找出這些波長的規律，但因局限于從力學規律中尋求解決的途徑（例如，想歸結為機械振動的聲音諧振的頻率倍數關系），所以一直沒有結果.后來一位瑞典的中學物理教師巴爾末突破了這種局限，研究光譜波長數據本身的規律性，才找到正確的結果——氫原子譜線的巴爾末系公式.里德伯得出了更廣泛的并用波數表示的公式.普朗克的能量子假說完滿地解釋了黑體熱輻射；又經愛因斯坦成功地用于對光電效應的說明.玻爾綜合地吸收了這些成果，創造性地用于原子結構，提出了氫原子理論.這種進展過程不僅是歸納法的成功運用，也有力地說明了從現象經過理性思維上升為規律和理論的必要性和重要性.在科學研究的進展中，除了隨處可見的分析、綜合、邏輯推理等一般的科學思維的要素外，還有直覺、逆向思維、求異、類比等啟發創新的思維方式.總之，物理課程本身包含豐富的科學思維的內容；如果適當地運用，就可以進行生動的科學思維和科學工作方法的教育.

學生完成習題和實驗的過程是完整地實踐科學思維和科學工作方法的過程.做習題時，首先，要經過對問題的分析確定問題的性質－－－問題的定位；其次，對問題進行分解，分解為更簡單的、易于求解或可直接解出的小問題；然后，進行邏輯推理或計算解決問題；對于求得的結果，尤其是不熟悉的問題的結果應該進行檢驗，檢驗可以通過數量級是否合理；量綱或單位是否正確；在極限條件或某種已知情況下是否能得到合理的結果等途徑［2］.這實際包括了工作或生產中解決問題的基本環節，可以通過例題講解、習題講評等加以引導.實驗更是可以從多方面培養學生的科學工作能力和思維能力：首先，是基本的科學工作能力，通過對基本物理量的測量、調節和校準儀器、連接電路等培養科技工作的基本功；其次，是數據處理的基本能力，對測量及運算誤差的基本知識、測量結果的正確表示（這應該是科學工作者和工程技術人員的基本功，卻往往被忽視，在后續的課程中不嚴格要求，因此到畢業時也不具備這方面的基本素養）；根據提出的目標設計實驗方案的能力；最后，也是很重要的，是在實驗出現問題時（如某一預期的現象不能出現、誤差過大等）分析和找出問題的原因并提出解決辦法的能力.當然，還可以通過開設一些研究性實驗，組織和參加競賽以提高學習興趣和培養創新意識和能力.

3 加強物理教學對科學思想方法的培養

以上所說的并不是新觀點，而是對物理課程教學的基本要求.教育部制訂的理工科類大學物理課程教學基本要求中明確指出：大學物理課程“在培養學生樹立科學的世界觀，增強學生分析問題和解決問題的能力，培養學生的探索精神和創新意識等方面，具有其他課程不能替代的重要作用”［3］，這本應是大家的共識，但在近年的教學實踐中，這一要求好像并未得到充分貫徹.所以，在理工科類大學物理課程教學基本要求（2010版）中進一步強調指出：“物理基礎課程教學不只是教給學生一些后續學習必需的物理知識，更重要的是引導學生在學習這些知識的過程中，逐漸形成正確的科學觀念，掌握科學方法，培養科學精神.我們應充分重視物理基礎課程在人才培養過程中的作用”.筆者近來因工作需要，又講了兩遍大學物理課程，確實對當前的一些做法和情況感到困惑和焦慮.例如，在選擇教材時發現，幾乎所有的教材都有習題解答配套發售，包括一些名牌大學編的教材（我只了解了非物理專業的教材，物理系的教材好像無此現象）.編寫輔導材料指導學習，特別是學習和思考方法并無不可，問題是這些書把全部習題詳細解出，不留余地.這種做法在客觀上絕對是有害的，是與教育部對教學的要求背道而馳的.筆者認為對教師而言，能解教材中的習題是起碼的要求，因此不需要這種書；對學生而言，只能限制其思考，造成依賴心理，妨礙能力的提高.目前有一部分學生進入大學后覺得好不容易度過了高考的煎熬，產生了松勁甚至厭學的情緒，這類書正好投其所好.筆者在教學過程中就發現確實有一部分學生全盤照抄，完全失去了做習題的作用.我們還發現，有些學生不具備最基本的實驗操作能力.經了解，一些中學很少甚至完全不做實驗；參加高考前，老師給出一二十個實驗題，并寫出答案，學生背會這些答案；如果湊巧“押中”，就可得分；不幸而碰不上，只有自認倒霉.大學的物理實驗儀器則向自動化和數字顯示發展，結果使一些實驗步驟變成了“暗箱”式操作，削弱了調節儀器和根據出現的問題進行分析判斷并采取相應措施的能力的培養.物理實驗課程教學要求指出：物理實驗“能提供綜合性很強的基本實驗技能訓練，是培養學生科學實驗能力、提高科學素質的重要基礎.它在培養學生嚴謹的治學態度、活躍的創新意識、理論聯系實際和適應科技發展的綜合應用能力等方面具有其他類實踐課程不可替代的作用”［4］，這雖然是對大學物理實驗而言，但中學物理實驗應該起相同的作用；因此，中學物理實驗的缺失或削弱也直接影響青少年的科學素質和我們培養的人才的質量.

這些現象說明還需要強調物理課程在培養學生科學素質方面的作用，并在大中學物理和物理實驗教學的過程中落實；為此，還需要多方面的努力和相互配合.首先，大學和中學的物理教師、學校領導應提高認識，在具體工作中發揮創造力、改進教學方法，加強對學生的思考能力、科學工作方法的培養和訓練.有的學校不做或削弱物理實驗可能和經費或學校的硬件條件有關，但領導重視了，就可增加這方面的投入和支持；教師重視了，就能積極創新，用簡單、便宜的設備完成基本的甚至有啟發性、創造性的實驗.其次，也需要教育領導部門加強對具體教學過程的管理和支持.例如，教育部曾一再限制濫編、濫用升學輔導材料，能否也對大學（不只是物理課程教學）輔導材料的編寫和發行作必要的限制和規定？在經費和教學資源方面，一般中學，特別是偏遠、貧困地區的中學與大城市的重點中學相差太懸殊.筆者認為提高培養人才質量的根本點是全國的中、小學教學質量都達到國家制定的基本水平（盡管需要長期努力，但方向要明確、措施要到位），這就需要在經費投入上要向前者傾斜；要為他們提供師資培訓和提高的機會；應要求條件優越的學校在設備、師資培訓等方面幫助條件達不到基本要求的學校.只有這樣才能逐漸實現教育公平，也是遏止高費擇校等社會現象的有效途徑之一.

希望像《物理通報》這樣與物理教學密切相關且具有大的影響力的刊物發揮其引導作用.很高興看到《物理通報》經常有加強學生思維能力、分析和解決問題能力的文章與自制簡易教具和在實驗教學中加強思維能力訓練等經驗介紹.相信《物理通報》今后在倡導正確的教學理念、介紹培養學生科學思維和分析問題解決問題能力以至創新能力等方面會起更大的作用，30年華誕是她更輝煌成就的新起點.

1 張大松.科學思維的藝術：科學思維方法導論.北京：科學出版社，2008

2 張之翔.哈里德等的《物理學》習題中的一個錯誤.大學物理，1982（4）

3 教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會.理工科類大學物理課程教學基本要求.北京：高等教育出版社，2011

4 教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會.理工科類大學物理實驗課程教學基本要求.北京：高等教育出版社，2011