中學物理教材中物理科學方法教育的研究

劉曉燕

科學方法是人們在認識和改造客觀世界的實踐活動中總結出來的正確的思維、行為方式，是人們認識和改造自然的有效工具。作為一種基本的研究途徑、方式和方法，它與自然科學的概念、規(guī)律等知識是平行的，包含在自然科學的范疇之中。〔1〕新課程標準要求在突出科學探究內容的同時，重視研究方法的指導，使學生在進行科學探究、學習物理知識的過程中，逐漸拓寬視野，初步領悟到科學研究方法的真諦。

一、物理科學方法

物理科學方法指在嚴格的科學條件下，通過嚴密的觀察實驗 （觀察和實驗的方法）和嚴格的邏輯推理 （理性思維的方法），去偽存真，去粗取精，由此及彼，由表及里，找到事物內部各部分之間及事物與外部環(huán)境的相互關系和相互作用，確定由相互作用產生的結構、運動變化和因果關系，形成規(guī)律性的認識的過程中所使用的方法。〔2〕物理體系自身包含著豐富的科學方法，它既表現(xiàn)在知識的結構上，也表現(xiàn)在這些知識結構的建立過程中。

二、物理教材中的科學方法教育

物理學科是一門具有方法論性質的一門學科，蘊含著豐富的科學方法，教師要在物理教學中利用這些資源，讓學生學習物理概念和規(guī)律的同時，掌握科學方法，提高分析問題和解決問題的能力。新課標中提到教師 “要根據學生的具體情況，對教材再加工，有創(chuàng)造性的設計教學過程”。開展物理科學方法教育，必須結合教材進行。

綜觀中學物理教材，常見的物理科學方法主要分為觀察和實驗的方法、邏輯思維方法、數(shù)學方法等幾類，其中每一類科學方法在物理教科書中都有各自具體的體現(xiàn)，如控制變量法、等效替代法、轉換法、理想化模型法、類比法、假設法、放大法、累積法、分析、歸納、抽象、概括等方法。

以往的教學觀點認為方法只能潛移默化地滲透，主要靠學生自己領悟，因此我國物理科學方法教育方式長期以隱性教育為主。在我國傳統(tǒng)的物理教學中，一般是以知識的內在聯(lián)系為線索展開的，對知識點的邏輯聯(lián)系采用顯性處理，而科學方法大多蘊含在知識的發(fā)展過程中，往往很少直接點明用了什么科學方法。反思物理科學方法的這種教育方式，是教師當前的重要課題。

三、物理方法顯性教育的意義

物理方法的學習屬于心智技能或認知策略的學習，心智技能作為技能的組成部分，直接調節(jié)心智技能活動，其形成過程包括三個基本階段：①原型定向；②原型操作；③原型內化。〔3〕而心智技能培養(yǎng)是借助語言來實現(xiàn)的，所以教師如果不能將物理方法顯化，就難以促進學生能力心理結構的形成與發(fā)展，就不能使學生真正掌握物理方法。

在教學過程中，物理方法先以陳述性知識保存在學生頭腦中的，經過一定量練習，學生將這些物理方法轉化為程序性知識。隨著多次練習，這些物理方法就逐漸地內化到學生的頭腦中，成為學生的心智技能或認知策略。從教學論的角度看，顯性教育能夠喚起學生學習物理方法的意識，有利于使學生把掌握物理方法作為明確的學習目標，這就使得學習目標與教學目標達成一致，從而促使學生主動學習物理方法。反之，以往對物理方法的隱性教育方式，就淡化了學生學習物理方法的意識，不利于學生掌握物理方法。對于知識應用過程中物理方法教育，更應將物理方法轉化為外顯的可操作的程序，當學生再次面臨一定的情境，在沒有任何提示的情況下，主動選擇并正確地使用認知策略，這時學生已經掌握了物理方法，也就達到了教是為了不教的目的。

四、物理教材中科學方法顯性化的實施途徑

（一）教材分析

教學工作的一項最基礎、最重要的工作就是教材分析，落實科學方法教學則需要及時分析教材內容，整體把握教材中的科學方法，體會編者的編寫意圖，這樣能使我們在進行科學方法教育的過程中有一個總體安排，使科學方法的教育在物理教學中具有一定的連續(xù)性。通過對教材進行整體分析，整理出兩條線，一條對教材教學知識分析即知識線，一條是對教材科學方法的分析即方法線。編寫教案時在傳統(tǒng)的教案設計的基礎上按知識發(fā)展的線索明確標出所用到的科學方法，體現(xiàn)科學方法的顯性化。以滬科版高中 《物理Ⅰ》第一章 《怎樣描述物體的運動》為例，在本章中，教材首先引入描述運動的一些基本概念，進而通過對直線運動的初步研究，學生學會如何描述物體運動的快慢、運動變化的快慢，為進一步學習更復雜的運動打下基礎。而本章所涵含的具體的物理科學方法，如建立質點理想模型的理想化方法，建立速度定義的比值定義法，描述速度、位移和時間關系的圖像法，用光電門測量瞬速度的探究實驗法等，其教學目標在章首導讀中是看不到的。所以要求教師去分析、挖掘本章所涉及到的科學方法，并將教學內容中所有隱含的科學方法都呈現(xiàn)出來，便以學生掌握和理解的科學方法。

（二）教學實施

1.在物理實驗中加強物理科學方法的顯性教育

物理實驗中蘊含著豐富的科學方法，在實驗教學中滲透科學方法是科學方法教育的一個重要途徑，很多的科學研究方法在實驗教學中都有所體現(xiàn)。物理在實驗教學中，不能僅僅是實驗的簡單展示或者再現(xiàn)，而要將實驗每一個環(huán)節(jié)設計時運用到的科學方法闡明給學生聽，使學生不僅掌握實驗的結論，而且學到了實驗者的科學方法，體會到了實驗者的科學思想。在探究性實驗的教學中，應當引導學生充分挖掘實驗中可探究的要素，運用科學的研究方法進行親身的實踐，通過在實踐中收獲成功的喜悅，感悟科學方法的重要作用。

2.在物理概念和規(guī)律的教學中實施物理方法的顯性教育

物理概念的建立過程和物理規(guī)律的形成過程本身就是科學方法的具體體現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，在知識點的建立、引申和擴展過程中，知識點與知識點之間建立聯(lián)系時一定存在科學方法因素，所以在知識呈現(xiàn)的同時，也是科學方法呈現(xiàn)的過程。因此在概念教學中應按照學生的認知規(guī)律教給學生形成概念的科學方法，即提出問題→觀察實驗 （直接感官）→分析、比較、抽象、概括、演繹 （抽象思維）→形成物理概念，使學生學習領會比值定義法、乘積定義法、類分法、比例系數(shù)法等物理概念定義的一些基本方法。物理規(guī)律是物理知識的框架，和物理概念教學一樣，在探索、總結物理規(guī)律時，也應重視科學方法的傳授，即教會學生：①提出問題→觀察實驗→歸納、演繹→物理規(guī)律；②已有概念和規(guī)律→建立假說→實驗驗證→物理規(guī)律；③已有概念和規(guī)律→數(shù)學或邏輯推理→得出物理規(guī)律。使學生學習領會實驗歸納法、實驗驗證法、演繹推理法、類比法等總結物理規(guī)律的方法。比如安培環(huán)流假說，盧瑟福類比太陽—行星模型，提出原子核結構學說等。

3.在習題教學中實施物理方法的顯性教育

根據認知策略學習的相關理論，應用知識的物理方法的學習需要經過如下三個階段：規(guī)則習得階段；變式練習階段；策略的運用和遷移階段。〔4〕在不同階段，教師應該采取不同的教學策略促進學生學習物理方法。在規(guī)則習得階段，學生是以陳述性知識的形式習得物理方法的，教師要引導學生通過比較幾種不同方法的優(yōu)劣來促使學生對物理方法進行反思，并使學生感受到用物理方法解題的效益。在變式遷移階段，教師要制定一套外顯的可操作技術，講明物理方法的運用條件，給學生多次變式練習的機會，促使陳述性知識轉化為程序性知識。即在解題過程中具體說明何時何處用哪些物理方法，幫助學生更好地學習物理方法。

4.在物理學史中強化物理方法的顯性教育

物理學史體現(xiàn)了在一定社會文化背景下，人類認識和探索活動世界的現(xiàn)象、規(guī)律和本質的歷程，其中包含了物理思想和觀念的變革，包括了認識論和方法論的因素。伽利略創(chuàng)立的科學實驗方法，改變了從直觀感覺推演出結論的思辨方法，強調對直觀感覺材料要做理性分析。為了證實重物下落不比輕物快的結論，他登上比薩斜塔做自由落體實驗。伽利略還把實際的實驗與理論思維緊密結合起來，形成一種新的方法—理想實驗的方法，并用此法導致了慣性定律的發(fā)現(xiàn)。

其實知識本身是一種客觀實在，它們無方法可言，但人們去研究問題探索知識時，必須借助于一定的工具 （如儀器），一定的手段 （包括人的思維），通過一定的操作去觀察、去發(fā)現(xiàn)，這就體現(xiàn)為方法了。物理教材中的科學研究方法是實現(xiàn)學生增長知識、發(fā)展能力、提高素質的一個有效途徑。在教學中，教師要成功的利用教材中的科學方法，就需要建立一套較完善的物理科學方法體系，這是一個漫長的過程，需要長期堅持不懈的探索與實驗。

注釋：

〔1〕邢紅軍，陳清梅.論中學物理教學中科學方法的教育〔J〕 .中國教育學刊， 2005 （8） .

〔2〕吳元樑.科學方法論基礎 〔M〕.3版北京：中國社會科學出版社，2008（3版）.

〔3〕 〔4〕馮忠良.結構化與定向化 〔M〕.北京：北京師范大學出版社，1999.