談從“四個維度”實施物理科學方法教育＊

姜立東

（江蘇省姜堰第二中學，江蘇 姜堰 225500）

新課程強調在物理教學過程中要對學生進行科學方法教育，滿足學生的個性發展，創造出適應學生個性發展和符合學生身心真正需求有效的教學方式.物理科學方法教育是物理教學的“奠基工程”，教師在實際的教學活動中，如何進行科學方法的教育，缺乏有效的物理科學方法教育的教學策略，所以我們要把如何實施物理科學方法教育作為課堂教學中每一個教師的追求目標，實現教學活動的深度達成.本文提出從4個維度實施物理科學方法教育，即規律中“滲透”，過程中“模仿”，實驗中“體驗”，運用中“理解”.

1 規律中“滲透”

物理概念和規律的建立往往蘊涵著豐富的科學方法，通過物理概念和規律教學滲透科學方法是科學方法教育的首要途徑.人們在探索和發現物理規律過程中，逐漸形成了一系列研究物理學的科學方法，而每一次重大物理成果的取得，常常是科學方法上獲得一定突破與創新的結果，如觀察和實驗、歸納和演繹、類比、想象、假說、理想化和數學方法.在牛頓第二定律、動量守恒定律、楞次定律等規律的教學中，學生能強烈感受的科學方法在發現規律中的作用，激發學生自覺地學習運用科學方法解決實際問題.萬有引力定律的發現、電磁感應現象的發現、玻爾原子模型的形成等物理學史內容在教材中均有介紹，教師可以根據這些材料來介紹科學發現的歷程，也可以查閱一些資料來補充和豐富教學內容.牛頓第一定律的建立和闡述包含著觀察→實驗論證→假設猜想→實驗抽象→修正推廣的一種，演繹重要的科學方法：理想實驗法.在知識教學中要培養學生的能力，找到知識教學與能力培養的結合點，突破口就在于加強科學方法教育.

因此，在物理概念和規律教學中有目的、有意識、有步驟地滲透和傳授物理科學研究的方法，使學生受到科學方法的熏陶和訓練，逐步地掌握最基本的、最主要的物理科學方法.物理規律教育中滲透科學方法的意義在于訓練學生的智力技能，能夠達到促進三維目標實現、培養創新精神、增強實踐能力和提高全體學生科學素質的目的.

2 過程中“模仿”

科學方法體現在具體的物理研究過程中.只有把研究過程充分而合理地展現出來，學生才能看到科學方法有什么特征、有什么作用，是怎樣解決問題的，才能體會到掌握科學方法的意義，才能自覺地學習科學方法.

案例：教材中第4章第2節“探究加速度與力、質量的關系”.這是1節學生實驗探究課，教材編寫思路是：沒有給出確定的實驗方案，要學生自己設計，但是給出了實驗的基本思路.作為提示，書中還提醒注意兩方面的問題：怎樣測量（或比較）物體的加速度；怎樣提供和測量物體所受的恒力.在思維方法上，力求突破原有教材單一方法前提下的思維格局，用綜合的方法來關注和處理單一打破后出現的復雜的、多維變化的信息，喚醒學生更深層次的靈活主動，從而實現實驗教學的教育價值.

本節開展探究教學基本程序由6個要素構成，而這6個要素的結構關系是環環相扣，彼此促進的.

（1）提出問題.物體的加速度與它受的力、它的質量有什么定量關系？

（2）猜想與假設.根據日常經驗和觀察到的事實，首先猜想物體的加速度與它受的力、它的質量有最簡單的關系，加速度與它受的力成正比、與它的質量成反比.

（3）制定計劃與設計實驗.用控制變量法研究和探討a與F 、m的關系，操作活動感知過程.怎樣測量（或比較）物體的加速度；怎樣提供和測量物體所受的恒力.

（4）進行實驗與收集證據.教師指導實驗的注意事項，這是必須的，記錄好數據.

（5）數據處理、分析與論證.為直觀判斷a與F 、m的關系，分別以a為縱坐標，F、m、為橫坐標，根據各組數據在坐標系中描點，用圖像進行分析和判斷.

（6）交流與合作、評估.與學生進行交流，實驗方案的合理性、實驗過程的科學性、數據處理的準確性等等方面，實際上一個規律的發現不可能是幾次簡單的測量就能夠得出結論的，F＝ma這個結論仍然帶有猜想和推斷的性質.

對于F＝ma結論，學生僅僅出于直覺的猜想或是在先發言的學生啟發下才這樣想，思維上對于物理量之間的原理還不是很清晰的情況下，那么，教師有必要為學生的認識補充、豐富其感性經驗.教師可以進一步提問：還有別的想法嗎？為此，教者有必要進行一些現場調查和試探性提問：還有誰這樣想？還有沒有其它的答案？學生中間可能出現a與F、F2的關系，a與m、m2的關系，并不是所的有學生都是得出正確的結論，物理量關系多樣化的一個重要原則就是思維等價.

上述過程應該說是操作層面的.這是科學探究成功的首要條件，是學生學習的基礎.這里面有很多的人類認識自然規律的一般方法，保持著科學探究的“形似”.通過這一過程，學生了解了人類對某一自然規律認識的歷史，學習了怎樣進行科學探究，把未知變為已知，這才完成科學探究的第一步，這也是顯性的一步.實際上，在這一過程中，更重要的是隱性部分：學生從中體會科學的研究方法、提高科學探究的能力、培養實事求是的科學態度、敢于創新的探索精神.

3 實驗中“體驗”

“力的分解”物理科學方法，學生難于把握的是把力沿什么方向分解的問題.因此教學中先通過實驗和實際問題情景中讓學生感知力的“實際效果”，這樣最能體現讓學生自主探究問題解決方案.

如圖（1）-（3）所示，采取幾種簡易實驗體驗科學方法，“體感”腰、手部受壓力，肩部受拉力，使學生體會到在交流中可以提高自己的能力，有利于知識的理解和學習.

實驗1.準備器材——長為60cm的輕木桿（或竹桿），重G大約為1kg的重物，細線1根.讓木桿頂住腹部，形成如圖1所示的形狀，學生感受由于重物作用所產生的效果.

圖1

圖2

實驗2.準備器材——質量M＝50g的砝碼，一頭削尖的鉛筆（或圓珠筆），細線1根.讓尖的一端頂住掌心，另一端掛砝碼并系到中拇指上，形式如圖2的形狀，讓學生感受效果.

實驗3.2位學生配合，如圖3所示，一人手撐腰，形成圖示形狀，另一人在膀的拐彎處用一豎直向下的力，感受向下的力所產生的效果.然后再相互調換.

本節課的教學已經打破了教材的框框，這是3個合作探究實驗，以實驗為引導，組織和實施教學.這主要考慮的就是本節課對學生來說，是由抽象到具體、由理論到實踐、由教師講解到自己探究的轉變.過去我們強調實驗，主要所指為操作技能；現在強調實驗，除了操作技能外，希望學生更加重視實驗中的科學思想與技術路線.過去教材強調的是如何把知識講清楚，本節課強調的是自主探究、充分展示過程和方法.

4 運用中“理解”

物理科學方法教育力求貼近生活，從不屑于干巴巴的知識與方法的羅列，而總是力求以學生的現實生活為背景，運用中“理解”物理科學方法.對于中小學生而言，其抽象思維能力尚處于不斷的發展之中，理性思維往往需要感性材料作為支撐.豐富多彩的現實生活是學生學習的興趣之源.所以，物理科學方法教育總是力求貼近生活，從生活中挖掘豐富的課程資源，讓生活材料為課堂教學服務，讓學生理解和領會物理科學方法.

案例：課題“圓周運動的實例分析”中物理科學方法教育.

利用手段創設學生騎車拐彎錄像、魔盤、本班學生手拉手的離心游戲、棉花糖制作過程短片等真實的學生非常熟悉的生活情景，來激發學生的興趣；引入圓周運動的實例分析.

問題1.火車車輪結構與汽車車輪結構的不同點？

有效感性材料：

許多學生都坐過火車，但對火車車輪結構并不了解，這對于解決火車拐彎問題是一個難點.突破教學中的難點，啟發學生的思維，制作火車車輪教具，并準備了兩人一組的小火車模型，在教學中先讓學生仔細觀察、描述車輪結構，然后再來討論火車在水平轉彎時會出現的問題.這樣有了車輪結構的感性基礎，學生討論問題就容易一些.

問題2.放錄像火車轉彎的情景，當火車轉彎時，我們說它做圓周運動，那么是什么力提供火車的向心力呢？

有效感性材料：

（1）用課件分析內外軌等高時向心力的來源（因為實際不存在）.

（a）此時火車車輪受3個力：重力、支持力、外軌對輪緣的彈力.

（b）外軌對輪緣的彈力提供向心力.

（c）由于該彈力是由輪緣和外軌的擠壓產生的，且由于火車質量很大，故輪緣和外軌間的相互作用力很大，易損害鐵軌.

（2）介紹實際的彎道處的情況.

（a）用錄像資料展示實際的轉彎處外軌略高于內軌.

（b）用課件展示此時火車的受力情況，并說明此時火車的支持力N的方向不再是豎直的，而是斜向彎道的內側.

（c）進一步用課件展示此時火車的受力示意圖，并分析得此時支持力與重力的合力提供火車轉彎所需的向心力.

（d）強調說明：轉彎處要選擇內外軌適當的高度差，使轉彎時所需的向心力完全由重力G和支持力N來提供，這樣外軌就不受輪緣的擠壓了.

問題3.火車轉彎時，它做圓周運動，對應的軌跡圓是否傾斜？

有效感性材料：學生遇到在路基傾斜的彎道上轉彎的汽車、火車的問題時，最容易出現的錯誤認識，是認為運動所對應的軌跡圓是傾斜的，不在水平面上.可結合視頻圖片，向學生展現出兩種轉彎軌跡（內外軌等高時、內外軌不等高的實際彎道處），讓學生討論可能性后，讓每一名學生利用漏斗中的乒乓球轉動的實驗，模擬出汽車轉彎時的水平圓軌跡，使學生從兩種可能中選出了正確地答案.

上面簡述了實施物理科學方法教育規律中“滲透”.過程中“模仿”.實驗中“體驗”.運用中“理解”的4種策略.當然，教師在課堂教學中還要針對學生學習高中物理的思維障礙特點，努力研究學生的實際心理特點與現有知識水平，大膽創新，有效地實現教學目標，讓學生真正掌握的物理科學研究方法.