方法與方法教學的地位、途徑和策略

竇 瑾

（南京曉莊學院物理與電子工程學院，江蘇 南京 211171）

“物理學是一門具有方法論性質的科學”，物理學的這一學科特點決定了物理教學必須重視方法教學.正如趙凱華先生曾經指出的那樣：“物理學中有一套獲得知識、組織知識和應用知識的最有效的方法，通過物理課程學習和掌握物理學的研究方法，對于科學素質、人生智慧的培養有好處.”然而，長期以來，由于受多種因素的影響，高中物理教學中的方法教學一直未能得到應有的重視.

1 方法的地位

《普通高中物理課程標準（實驗）》前言部分在論及課程性質時指出：“高中物理課程有助于學生繼續學習基本的物理知識與技能；體驗科學探究過程，了解科學研究方法；為終身發展，形成科學世界觀和科學價值觀打下基礎.”同樣，《標準》前言部分在論及課程基本理念時指出，“高中物理課程旨在進一步提高學生的科學素養，從知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀3個方面培養學生，為學生終身發展、應對現代社會和未來發展的挑戰奠定基礎”.此外，在《標準》的其他部分，頻繁出現了諸如“了解物理學研究方法”、“認識方法”、“體會方法”等關于方法的模糊表述和“實驗方法”、“推理方法”、“理想模型方法”、“估測方法”等關于方法的明確說法.這一系列關于方法的“模糊表述”和“明確說法”充分揭示了方法在高中物理教學中所處的重要地位——方法是高中物理教學的目標之一和內容的一部分.

2 方法教學的途徑

從總體上來講，物理教學主要包括實驗、知識建構和知識應用3個方面.自然，實驗教學、知識建構教學和知識應用教學是方法教學的3條主要途徑.

2.1 在實驗教學中開展方法教學

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，而任何物理實驗總是要經歷根據實驗目的構思實驗原理、選擇實驗器材、設計實驗步驟、操作、觀察和收集實驗數據、處理數據、歸納實驗結論、理論解釋等環節，轉換、控制、近似、累積、外推等方法的“身影”總是伴隨其中.所以，實驗教學是開展方法教學的主要途徑之一.

案例1.測量某電容器（電容值約1000μF左右）的電容.

用圖1所示電路進行實驗.所用的器材：數字式學生直流穩壓電源、秒表、定值電阻（10kΩ）、量程1mA的電流表以及開關、導線若干等.

實驗過程：維持10V電壓給電容器充滿電.斷開電鍵使電容器開始放電，同時開始計時和測量電流.

依據測量結果作出電容器放電電流與時間的關系曲線，讀取曲線與坐標軸所圍方格的個數得知電容器的放電量Q，則待測電容器的電容為C

圖1

該實驗體現了物理實驗方法的各個方面，尤其是間接的電量測量方法對高中生具有很好的訓練價值，實驗數據的處理和實驗結果的呈現也具有良好的示范意義.

2.2 在知識建構教學中開展方法教學

眾所周知，建構物理知識離不開實驗和理性思維，其中理性思維又包括了比較和分類、分析和綜合、歸納和演繹、類比、想象、假說以及理想化方法和數學方法等.所以，建構知識教學是開展方法教學的又一主要途徑.下面僅從對“電場強度”一節教科書的分析來說明.

案例2.方法論視野下“電場強度”一節教科書的分析.

這節教科書先后向讀者呈現了“電場”、“電場強度”、“點電荷電場電場強度的疊加”、“電場線”、“勻強電場”等5個方面內容.方法貫穿于建構電場強度概念的全過程，是整節教科書活的靈魂，主要列舉如下.

（1）“電場”概念的建立：根據現象（事實）提出假設的方法（“場”的假設得到了近代物理學的理論和實驗的證實）.

（2）“檢驗電荷”概念的引入：分析、假設和理想化模型等方法.

（3）“電場強度”的定義：分析、實驗和綜合等方法，包括實驗時的控制變量、綜合時的比值定義等.

（4）“點電荷場強計算式”的導出：“從一般規律出發得出個別結論”的演繹方法.

（5）“電場強度的疊加”的引出：演繹的方法——因為電場強度是矢量，所以它的疊加遵循矢量的運算法則.

（6）“任意帶電體電場強度”的計算：分析和綜合的方法，即先“分”（點電荷）再“合”（疊加）.

（7）“電場線”的介紹——用電場線直觀描述電場：理想假設（盡管這一理想假設不像“場”那樣被近代物理學的理論和實驗所證實）的方法.

（8）“電場線在電場中不相交”的解釋：演繹的方法（反證法）——基于“電場線上每一點的切線方向表示該點的電場方向”這一基本假設和“電場中某一點的電場強度方向具有唯一性”這一客觀事實進行“反證”.

（9）“電場線形狀”的演示——“把頭發屑懸浮在蓖麻油里，加上電場，微屑就按照電場強度的方向排列起來，顯示出電場線的分布情況”和“帶電人體的頭發由于靜電斥力而豎起散開”：模擬（類比）實驗的方法.

（10）“勻強電場”的定義：理想模型的方法.

（11）“勻強電場中電場線的分布特征”的說明：演繹的方法——由于場強方向處處相同，所以電場線應該是平行的；由于場強大小處處相等，所以電場線的疏密應該是均勻的.

2.3 在知識應用教學中開展方法教學

知識應用主要包括用已有的物理概念和規律解釋、說明一些現象和求證、求解一些問題，而解釋、說明和求證、求解的過程常常要經歷根據物理情境建立物理模型、運用物理知識列出方程和運用數學方法分析求解等環節.顯然，模型法、分析與綜合、數學方法等是知識應用中常用到的方法.

案例3.列車以恒定功率從車站出發，沿平直軌道行駛5min時速度達到20m／s.設列車在行駛過程中所受的阻力恒定，則在這段時間內，列車行駛的距離

（A）一定小于3km. （B）一定大于3km.

（C）一定等于3km. （D）不能確定.

圖2

分析：以恒定功率起動的列車在最初的一段時間里做加速運動，但加速度逐漸變小，即列車在從車站出發后的最初一段時間里做初速度為0、加速度逐漸變小的變加速直線運動.顯然，勻變速直線運動規律無法直接用于解決這樣一個變加速運動的問題.怎么辦？選擇“3km”這一“特殊值”作為突破口.稍經分析、計算便發現，“3km”恰好是一個初速度為0、5min內速度達到20m／s的勻加速直線運動的物體所運動的距離.這樣看來，解決原問題的關鍵在于比較初速度同為0、末速度同為20m／s的勻加速運動和變加速運動（注意加速度逐漸減?。┰?min內運動的距離大小.既然無法像勻變速直線運動那樣用“公式”來處理變加速運動問題，那就不妨變通一下思路，嘗試用“圖像”來分析、解決問題.所以，粗略地作出上述兩個運動的v圖（示意圖），如圖2所示.不難看出，由于曲線段OCA下面的曲邊三角形面積大于直線段OA下面△AOB的面積，所以可以確定，5min內列車行駛的距離一定大于3km，即本題的正確選項應是（B）.

本題方法教學的著力點在于模型法和數學圖像處理方法，對變加速運動問題的處理具有一定的典型意義.

3 方法教學的策略

綜上所述，方法地位重要、方法教學途徑多多.如何使方法教學更有成效呢？

3.1 學好“方法論”

物理教師要系統地學習方法論著作和文章，知道方法論的基本概念，熟悉方法的一般分類及各種方法的內涵、價值、操作過程等.特別地，要熟練掌握歸納和演繹、分析和綜合、轉換、控制、理想化等等最基本、最常用的方法.

3.2 處處時時留心方法

既然有實驗的地方、有知識建構的地方、有知識應用的地方就一定有方法——“方法無處不在”，那么，方法教學的關鍵就是教師成為有心人.要從分析教科書開始，在方法教學“途徑”上，在教學評價中，處處、時時留心“藏”在實驗、知識建構、知識應用等背后的方法這只“無形的手”.

3.3 處理好兩對“關系”

（1）處理好知識教學和方法教學的關系.首先，要杜絕單純傳授知識和孤立傳授方法這兩種極端做法，即要將知識教學和方法教學“擰成一股繩”，使知識和方法雙向聯動、螺旋建構、融為一體.其次，由于方法體現在具體實驗、具體知識建構和具體知識運用的過程中，所以，方法教學要注意使實驗、建構知識和運用知識的過程與方法的邏輯基本相一致.

（2）處理好方法教學中“隱性”和“顯性”的關系.根據筆者長期在高中從事物理教學的經歷來看，可以采取這樣的處理辦法：在學生初次接觸到某一方法時，方法教學一定采取“顯處理”的方式，即在提出問題、設計實驗、形成概念、發現規律、運用知識等環節中鮮明地指出所涉及的方法名稱、內容和操作過程，讓學生了解關于這一方法的知識，獲得對這一方法的理性認識，促進他們有意識地學習方法，自覺地運用方法學習和掌握后續知識、分析和解決以后遇到的問題；在學生“重復”接觸過某一方法后，方法教學一般采取“隱性”的方式，即在教學過程中一般不再揭示該方法的名稱、不對該方法進行解釋，采取“滲透”的辦法，讓學生在不知不覺中將外在的顯性指導轉變成自己內隱的本能思維和學習能力.

3.4 發揮學生的主觀能動作用

除了上面提到的通過“隱性”的教學方式來發揮學生的主觀能動作用外，還可以通過利用教科書“說一說”、“科學漫步”、“問題與練習”等欄目及課外讀物中關于方法的資源來發揮學生學習、掌握、運用方法的主觀能動作用.例如，“電場強度”一節教科書“說一說”欄目中關于“電場中的導體靜電平衡時內部電場有何特點”、“科學漫步”欄目中“法拉第和場的概念”以及“問題與練習”欄目中第3小題等都是能夠促進學生自主學習知識、自主解決問題、體會方法價值、確立方法觀的極好資源.

1 張憲魁.物理科學方法教育的研究與反思.物理教師，2011（4）－（5）.

2 李正福，李春密，邢紅軍.物理教學中的科學方法顯性教育.教育科學研究，2011（1）.

3 張啟平.物理科學方法教育的價值、方法與途徑.湖南中學物理，2010（6）.

4 張憲魁，李曉林，陰瑞華.物理學方法論.杭州：浙江教育出版社，2007.