高中物理科學(xué)方法顯性教育的實(shí)踐研究＊——以高中物理力學(xué)部分為例

侯愛(ài)琴

（北京市豐臺(tái)第二中學(xué)，北京 100071）

高中物理課程改革提出了“嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問(wèn)題、驗(yàn)證物理規(guī)律，通過(guò)物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)過(guò)程，了解物理學(xué)的研究方法”［1］的教學(xué)要求.同時(shí)，“過(guò)程與方法”也被作為三維課程目標(biāo)的一個(gè)重要維度，這意味著科學(xué)方法應(yīng)當(dāng)被作為中學(xué)物理教學(xué)的重要內(nèi)容加以實(shí)施.

有鑒于此，我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中，按照“挖掘教材中科學(xué)方法內(nèi)容→尋找科學(xué)方法教學(xué)的途徑→測(cè)量科學(xué)方法教學(xué)的結(jié)果→反思科學(xué)方法教學(xué)的得失”的研究思路，將科學(xué)方法教育內(nèi)容加以顯化，初步形成了系統(tǒng)的科學(xué)方法教育方式，為提高學(xué)生自覺(jué)運(yùn)用科學(xué)方法的意識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)方法的能力進(jìn)行了有益的嘗試.

1 物理科學(xué)方法教育內(nèi)容的顯化與分析

在高中力學(xué)教學(xué)中，我們依據(jù)首都師范大學(xué)邢紅軍教授提出的科學(xué)方法分類理論，按照知識(shí)獲得過(guò)程與知識(shí)應(yīng)用過(guò)程2個(gè)維度，顯化其中的科學(xué)方法教育內(nèi)容，如表1所示.

表1

進(jìn)而，我們將其中的科學(xué)方法及其出現(xiàn)的應(yīng)用頻次進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如表2所示.

表2

為了更直觀地表示科學(xué)方法在力學(xué)核心知識(shí)中出現(xiàn)和使用的次數(shù)，這里將其轉(zhuǎn)化為柱狀圖，如圖1所示.

圖1

科學(xué)方法教育內(nèi)容的顯化及其統(tǒng)計(jì)分析為明確科學(xué)方法教學(xué)目標(biāo)，實(shí)施科學(xué)方法教育打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

2 物理科學(xué)方法的顯化教育及其實(shí)施

在明確科學(xué)方法教育內(nèi)容之后，我們進(jìn)行了科學(xué)方法教育的方式探索.

2.1 通過(guò)集體備課確定科學(xué)方法的教學(xué)策略

傳統(tǒng)的科學(xué)方法教育多為隱性教育，既不利于學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)方法，也不利于教師展現(xiàn)科學(xué)方法的邏輯，因此就很難提高科學(xué)方法的教學(xué)效果，導(dǎo)致學(xué)生難以形成運(yùn)用科學(xué)方法的意識(shí)，當(dāng)然也就不能很好地運(yùn)用科學(xué)方法.

基于以上思考，在高中力學(xué)核心知識(shí)教學(xué)中，我們首先通過(guò)教師集體備課，把核心知識(shí)所涉及的科學(xué)方法予以挖掘，并統(tǒng)一確定科學(xué)方法顯化的教學(xué)策略——有意識(shí)和邏輯化，從而為科學(xué)方法教育奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ).

2.2 通過(guò)明示科學(xué)方法的要素培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)方法的意識(shí)

這里以比例系數(shù)法為案例來(lái)加以說(shuō)明.

（1）k如果沒(méi)有具體數(shù)值是否可以？

此時(shí)，教師繼續(xù)提出問(wèn)題：在牛頓時(shí)代，人們還不知道如何測(cè)量一個(gè)力的大小，如果你是牛頓，想把力與加速度的關(guān)系找到，會(huì)怎么辦呢？

學(xué)生進(jìn)行思考、討論（學(xué)生一般想不到“把質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2加速度的力定義為1N”的方法）.

此時(shí)教師應(yīng)當(dāng)提醒學(xué)生：為了使公式運(yùn)用方便起見(jiàn)，應(yīng)當(dāng)把多大的力定義為1N呢？——至此，學(xué)生會(huì)意識(shí)到k值取1是最好的選擇.

教師再次提出問(wèn)題：這樣處理系數(shù)的方法應(yīng)該如何命名？在本節(jié)課后針對(duì)比例系數(shù)k再設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題，增加知識(shí)運(yùn)用的有序性.例如在CGS單位制中，k值如果取1，力的大小會(huì)是多少N，若想使公式方便使用，可以怎么辦？

2.3 按照科學(xué)方法的邏輯設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程

“科學(xué)方法與知識(shí)不同，它所涉及的不是物質(zhì)世界本身，而是人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的途徑與方式，是高度抽象的.如果只從隱性教育角度進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生從中也可能學(xué)到一些科學(xué)方法，但只能是零星的、不連貫的，收效甚微.”［2］事實(shí)正是如此，一線物理教師習(xí)慣于按照知識(shí)結(jié)構(gòu)線索進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，習(xí)慣于把知識(shí)的傳授作為教學(xué)活動(dòng)的核心，很少關(guān)注科學(xué)方法中的邏輯.為此，我們?cè)趯?shí)踐過(guò)程中嘗試把力學(xué)的核心內(nèi)容按照科學(xué)方法的邏輯進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，以凸顯科學(xué)方法為核心的教學(xué)方式.

例如，對(duì)于牛頓第二定律這節(jié)課，我們的教學(xué)設(shè)計(jì)為：加速度與哪些因素有關(guān)？（猜想法）→如何驗(yàn)證你的猜想？（實(shí)驗(yàn)法）→如何實(shí)驗(yàn)？（控制變量法）→不易測(cè)量的量怎樣確定？（轉(zhuǎn)化法）→如何分析數(shù)據(jù)？（圖像法、曲線化直法）→如何得出定律的表達(dá)？（比例系數(shù)法）.

顯然，這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)，把科學(xué)方法教育與學(xué)生的認(rèn)知模式相互結(jié)合起來(lái)了，使學(xué)生親歷了使用科學(xué)方法獲取知識(shí)的過(guò)程，從而培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用科學(xué)方法的意識(shí)和能力.

3 物理科學(xué)方法顯化教育效果的檢測(cè)

我校為北京市市級(jí)示范學(xué)校，高一有8個(gè)教學(xué)班，4位物理教師，每位教師教授2個(gè)班級(jí)，同一任課教師所教班級(jí)為相同層次.A教師所教1、2班為入學(xué)成績(jī)較好學(xué)生組成的優(yōu)班，B、C、D3位教師所教班級(jí)按入學(xué)成績(jī)隨機(jī)編班.我們采用心理學(xué)的縱向研究方法，對(duì)同一教師所教班級(jí)進(jìn)行分組，一個(gè)班級(jí)為受實(shí)驗(yàn)干預(yù)的實(shí)驗(yàn)班，另一個(gè)班級(jí)為不受實(shí)驗(yàn)干預(yù)的對(duì)照班.在實(shí)驗(yàn)班，我們實(shí)施科學(xué)方法顯化教育，并在每節(jié)課課堂小結(jié)中單獨(dú)顯化所教科學(xué)方法，設(shè)計(jì)相關(guān)練習(xí).經(jīng)過(guò)一段時(shí)間干預(yù)，運(yùn)用如表3題目檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班在運(yùn)用科學(xué)方法上的差異.

表3

續(xù)表

試卷中每道題目主要考查的科學(xué)方法已經(jīng)標(biāo)于題后，其中1－4題每題5分，做定量分析，5－6題定性分析.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4.對(duì)得分結(jié)果進(jìn)一步做S-N-K單因素樣本檢驗(yàn)，如表5所示.

表4

表5

結(jié)果表明：（1）經(jīng)過(guò)科學(xué)方法顯化教學(xué)和強(qiáng)化訓(xùn)練的班級(jí)科學(xué)方法測(cè)驗(yàn)成績(jī)均高于對(duì)照班，說(shuō)明科學(xué)方法顯化教育的效果是顯著的；（2）優(yōu)班2班雖然沒(méi)有經(jīng)過(guò)科學(xué)方法顯化訓(xùn)練，但學(xué)生基礎(chǔ)較好，科學(xué)方法測(cè)試的成績(jī)也高于5、7兩個(gè)經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的班級(jí)，說(shuō)明科學(xué)方法教育除了受到教學(xué)策略的影響，也會(huì)受學(xué)生認(rèn)知水平的影響.對(duì)此，還需要做進(jìn)一步的研究.

4 物理科學(xué)方法顯化教育實(shí)踐的反思

在為期兩年的實(shí)踐研究中，我們收獲了研究成果，也認(rèn)識(shí)到科學(xué)方法教育中存在的問(wèn)題.以下是我們的反思.

4.1 科學(xué)方法課程目標(biāo)的確定

在科學(xué)方法教育實(shí)踐中，一線教師已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到科學(xué)方法教育的緊迫性和重要性.但在科學(xué)方法顯化教育過(guò)程中，由于缺乏對(duì)科學(xué)方法相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的界定，從而增加了一線教師備課的難度，也使得一線教師受科學(xué)方法“概念模糊”的因素影響，從而對(duì)學(xué)生的科學(xué)方法學(xué)習(xí)造成一定影響.因此，在課程標(biāo)準(zhǔn)中納入科學(xué)方法并明確解釋每個(gè)方法的內(nèi)涵，編制科學(xué)方法教學(xué)手冊(cè)，是需要進(jìn)一步研究的課題.

4.2 科學(xué)方法教學(xué)過(guò)程的反思

在課程目標(biāo)層面，確定化和標(biāo)準(zhǔn)化可以為科學(xué)方法教育實(shí)施做出保障，因此，在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)明示科學(xué)方法名稱、講解科學(xué)方法步驟，彰顯科學(xué)方法的邏輯，可以使科學(xué)方法教育落到實(shí)處.進(jìn)一步，教學(xué)中還可以采用“一知多方”（一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，多種方法）的教學(xué)模式，以提高科學(xué)方法我們?cè)谂ｎD第二定律教學(xué)中就采教育的可操作性，例如，用了這種教學(xué)模式，取得了滿意的教學(xué)效果.

4.3 科學(xué)方法教育效果的評(píng)價(jià)

我們的教學(xué)實(shí)踐表明，定量的、可重復(fù)的評(píng)價(jià)是科學(xué)方法教育效果評(píng)價(jià)的重要方式.因?yàn)橹挥羞@樣，才能使科學(xué)方法教學(xué)效果的評(píng)價(jià)符合規(guī)范化、客觀化的要求.我們?cè)诳茖W(xué)方法顯化教育實(shí)踐中，采用S-N-K單因素樣本分析方法就體現(xiàn)了這種思想.我們期待，這一研究工作可以啟發(fā)更多物理教師的專業(yè)智慧，使科學(xué)方法教育的評(píng)價(jià)不斷深化與發(fā)展.

1 中華人民共和國(guó)教育部.高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）［S］.北京：人民教育出版社，2003.

2 邢紅軍.物理科學(xué)方法顯化教育的理論與實(shí)踐研究［J］.中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2011（24）.

3 邢紅軍，陳清梅，胡揚(yáng)洋.科學(xué)方法納入《課程標(biāo)準(zhǔn)》：基礎(chǔ)教育課程改革的重大理論問(wèn)題［J］.教育科學(xué)研究，2013（7）.

4 肖驍，邢紅軍.高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的科學(xué)方法顯化研究［J］.首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011（8）.

5 張憲魁.物理科學(xué)方法教育［M］.青島：青島海洋大學(xué)出版社，2000.