科學(xué)方法教育的顯性化嘗試

周涵

【摘 要】科學(xué)方法是物理現(xiàn)象通達(dá)物理知識(shí)的必經(jīng)之路，既不可或缺，也無(wú)法逾越，物理知識(shí)的應(yīng)用是一個(gè)思維加工和信息處理的過(guò)程，問(wèn)題的分析、知識(shí)的選擇及其使用也都離不開(kāi)科學(xué)方法的參與。教師要有意識(shí)地公開(kāi)進(jìn)行科學(xué)方法教育，學(xué)生通過(guò)有意識(shí)地學(xué)習(xí)科學(xué)方法，達(dá)到理解知識(shí)、掌握方法和形成科學(xué)態(tài)度的目的。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)方法；物理教育；顯性教育；知能結(jié)構(gòu)

一、顯性教育是隱性教育的飛躍

科學(xué)方法教育有隱性和顯性?xún)煞N方式。隱性方式是指讓學(xué)生的認(rèn)識(shí)過(guò)程模擬科學(xué)探究過(guò)程，但組織教學(xué)過(guò)程中又不明確揭示其所采用的科學(xué)方法。這種方式重在使學(xué)生以“潛移默化”的方式受到科學(xué)方法的熏陶，感受科學(xué)方法，體會(huì)到科學(xué)研究的方法和策略；而顯性教育，是指有意識(shí)地公開(kāi)進(jìn)行科學(xué)方法教育，學(xué)生通過(guò)有意識(shí)地學(xué)習(xí)科學(xué)方法，達(dá)到理解知識(shí)、掌握方法和形成科學(xué)態(tài)度的目的。在初中階段，科學(xué)方法隱性教育占重要地位，但在高中和大學(xué)階段，顯性教育就顯得比較重要，所以物理教學(xué)過(guò)程中，教師必須對(duì)典型的物理科學(xué)方法在恰當(dāng)時(shí)機(jī)加以顯化，才能更好地達(dá)到教育之目的。

二、顯性教育的理論思路

物理學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)包括物理學(xué)的基本概念、原理、方法以及它們間的相互聯(lián)系。物理概念和規(guī)律是物理知識(shí)教學(xué)的基礎(chǔ)，其形成過(guò)程就是應(yīng)用科學(xué)方法的過(guò)程，而科學(xué)方法作為物理認(rèn)識(shí)活動(dòng)的中介，是連接物理現(xiàn)象與物理知識(shí)的紐帶，只有通過(guò)科學(xué)方法的參與，物理概念和規(guī)律才有可能上升為知識(shí)形態(tài)。物理理論的應(yīng)用同樣需要科學(xué)方法的參與。以科學(xué)方法為中心的物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，以科學(xué)方法作為物理認(rèn)識(shí)活動(dòng)的中介， 可以展現(xiàn)出它們的相互關(guān)系，如圖1所示。圖中的箭頭表明不同部分之間的相互關(guān)系。

科學(xué)方法處于物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)圖的中心，分別與其他四個(gè)部分相連，發(fā)生著單向或雙向作用。不同部分之間也會(huì)發(fā)生聯(lián)系，但這種聯(lián)系須經(jīng)由科學(xué)方法才可以實(shí)現(xiàn)。

三、顯性教育教學(xué)實(shí)踐

從物理教學(xué)實(shí)踐來(lái)看，科學(xué)方法教育主要體現(xiàn)在物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)的兩條路徑上。

（1）物理現(xiàn)象→科學(xué)方法→物理知識(shí)。

這一路徑反映了物理知識(shí)的獲得過(guò)程。楊振寧指出：“絕大部分物理學(xué)是從現(xiàn)象中來(lái)的，現(xiàn)象是物理學(xué)的根源。 ”然而，從物理現(xiàn)象出發(fā)并不能直接得到物理知識(shí)，人們必須經(jīng)過(guò)科學(xué)方法的加工整理才能獲得物理知識(shí)。

科學(xué)方法支配著知識(shí)的演化和發(fā)展，是隱藏在知識(shí)背后的一只無(wú)形的手，物理教學(xué)不僅要按照科學(xué)方法的邏輯組織教學(xué)，還應(yīng)該將這種邏輯顯現(xiàn)出來(lái)，使學(xué)生既能體會(huì)到邏輯的力量，又能掌握這種邏輯發(fā)生的條件和步驟。同時(shí)，科學(xué)方法具有知識(shí)加工、獲取和建構(gòu)等功能，“應(yīng)將方法視為比知識(shí)更重要的東西，視為知識(shí)的脈絡(luò)，按照科學(xué)方法所展示的路子，去織教材，安排教學(xué)進(jìn)程”。進(jìn)行科學(xué)方法教育需要與知識(shí)教學(xué)相結(jié)合。

物理實(shí)驗(yàn)是研究物理學(xué)的基礎(chǔ)和基本方法。例如單就《實(shí)驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》的基本程序：實(shí)驗(yàn)原理如何設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)具體需要如何操作，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何處理，每一個(gè)過(guò)程都蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)方法教育因素。設(shè)計(jì)原理時(shí)需要運(yùn)用控制變量法從而確定a跟F、M的定量關(guān)系；使用直接測(cè)量的方法還是用比較的方法來(lái)確定加速度；操作前，通過(guò)讓小車(chē)在運(yùn)動(dòng)軌道上勻速下滑，以平衡摩擦力來(lái)減少誤差，運(yùn)用了等效替代與平衡的思想方法；當(dāng)盤(pán)和砝碼所受的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量M時(shí)，就可以讓它們的重力當(dāng)作小車(chē)受到的合外力用到了近似的方法；運(yùn)用圖象方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可以使這圖線(xiàn)反映的物理規(guī)律更形象、更直觀；橫軸以l/M表示，這種將被測(cè)量量作某種更換，恰當(dāng)選擇橫軸表示的物理量更科學(xué)和準(zhǔn)確……牛頓第二定律的建立應(yīng)用了實(shí)驗(yàn)法、控制變量法、圖像法、化曲為直法以及比例系數(shù)法等科學(xué)方法，在教學(xué)中，還要教給學(xué)生形成規(guī)律的科學(xué)方法：提出問(wèn)題、比較和分類(lèi)、觀察實(shí)驗(yàn)、歸納和演繹、得出物理規(guī)律……顯然，物理教學(xué)應(yīng)該分析和擇取其中的科學(xué)方法教育因素、進(jìn)行這些科學(xué)方法的顯性教育。

在物理知識(shí)教學(xué)中必須進(jìn)行科學(xué)方法顯性教育，必須講清楚科學(xué)方法，才能使學(xué)生掌握科學(xué)方法。通過(guò)物理科學(xué)方法的教育還能讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)精神的精髓，平時(shí)就養(yǎng)成認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，這樣的態(tài)度對(duì)學(xué)習(xí)和以后的工作有幫助。

（2）物理知識(shí)→科學(xué)方法→延伸和應(yīng)用。

這一路徑反映了物理知識(shí)的應(yīng)用過(guò)程。科學(xué)方法決定了知識(shí)的應(yīng)用和發(fā)展，知識(shí)的應(yīng)用和發(fā)展離不開(kāi)科學(xué)方法，只有通過(guò)科學(xué)方法組織起來(lái)的知識(shí)才會(huì)形成清晰、嚴(yán)密和靈活的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，才能不斷地接收和包容新的知識(shí)，人們也只有熟練地掌握科學(xué)方法，才能迅速準(zhǔn)確地解決實(shí)際問(wèn)題，進(jìn)行創(chuàng)造性的活動(dòng)。在某種情況下，知識(shí)本身也是具有科學(xué)方法的意義。

物理概念和規(guī)律的引伸和擴(kuò)展也要運(yùn)用一些科學(xué)方法，教師要將解決物理問(wèn)題中使用的科學(xué)方法顯化出來(lái)，引導(dǎo)學(xué)生掌握這些方法。例如，由物體受一個(gè)力作用時(shí)物體的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系擴(kuò)展到幾個(gè)力作用時(shí)物體的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，要運(yùn)用等效方法加以過(guò)渡和連結(jié)，這個(gè)“等效替代”就是科學(xué)方法教育因素。

在物理習(xí)題教學(xué)中也可以很好的融合物理科學(xué)教育的培養(yǎng)。比如圖像法是用數(shù)學(xué)手段解決物理問(wèn)題的方法，平時(shí)的教學(xué)中要選擇適當(dāng)?shù)牧?xí)題提高學(xué)生識(shí)圖和作圖的能力，如圖像表示的是哪兩個(gè)物理量的關(guān)系，它們之間的變化規(guī)律是什么，圖像中的斜率、截距、圖像下所圍的陰影面積的意義、極點(diǎn)坐標(biāo)和交點(diǎn)坐標(biāo)的意義是否理解，圖像中還隱含了哪些物理變化規(guī)律……

科學(xué)方法的學(xué)習(xí)有助于促進(jìn)物理知識(shí)的掌握，更好地促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)呈網(wǎng)絡(luò)化，有助于學(xué)生借助科學(xué)方法解決新的問(wèn)題，促進(jìn)遷移。明確了科學(xué)方法在物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)中的核心地位，物理教學(xué)中應(yīng)該進(jìn)行科學(xué)方法顯性教育，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和理解科學(xué)方法。