高中物理實驗教學中科學方法教育的實踐研究*

(江蘇省宜興第一中學,江蘇 宜興 214200)

1 物理科學方法教育簡介

物理科學方法教育是指在物理教學中，結合物理教學有目的、有意識、有步驟地滲透和傳授物理科學方法，使學生受到科學方法的熏陶和訓練，逐步地掌握最基本、最主要的物理科學方法，以達到促進知識學習、能力培養和物理學科核心素養提高的目的。在物理實驗教學中進行科學方法教育，可以使學生逐步明確科學方法在認識自然過程中的作用和意義，是提高學生智能水平，逐步樹立科學的世界觀，培養學生核心素養，促進學生終身發展的重要途徑。

科學方法教育方式包括顯性和隱性方式，科學方法的顯性教育意在明確科學方法的名稱，揭示科學方法的形式，挖掘科學方法的內涵，說明科學方法的使用條件，強化科學方法的訓練；科學方法的隱性教育就是隱性地發揮科學方法的導向作用，使學生在學習過程中受到潛移默化的熏陶，一般不出現科學方法的名稱，也不對科學方法的內容進行解釋，其主要特點是通過知識教學滲透科學方法。

2 國內外高中物理實驗教學中科學方法教育的現狀

世界各國，特別是美國、日本等發達國家非常注重科學方法教育，強調要讓學生習得研究方法，掌握獲取知識的方式和步驟，學會科學思維。筆者借江蘇省教育科學“十三五”規劃課題“高中物理實驗教學的中西方比較研究”的契機，協同課題組成員對人教版普通高中課程標準物理實驗教科書和美國高中物理教科書《Physics：Principles and Problems》中科學方法教育的呈現方式進行對比分析，研究發現：美國教科書設置了第一章《物理學工具箱》，專門進行科學方法教育，將教科書中的主要方法以顯性方式集中呈現，為物理知識的學習和實驗探究的開展奠定了方法基礎。人教版教科書在概念、規律等知識的教學過程中較多地采用了顯性方式，例如：物理必修1中15頁中的比值定義法、46頁中利用實驗檢驗猜想和假設的科學方法，在學生實驗和課題探究部分多以隱性方式進行科學方法教育。

具體選擇哪種教育方式，應該關注教學時間、學生的接受能力以及科學方法的難易程度等多種因素。如果學習的時間比較寬裕，則隱性教育更適合，可以讓學生在學習過程中慢慢品味、體悟方法，這樣構建的知識更牢固、更深刻。但是高中物理實驗教學的現狀是：首先，在江蘇等地高考模式下，物理是選考科目，物理教學時間被大大壓縮，教師只能充分利用課堂45分鐘時間，盡量高效地進行科學方法教育；其次，高中生特別是高一學生缺乏對科學方法的認識和訓練，在隱性教育中學生所接受的科學方法是籠統的、淺顯的，并未深刻理解物理科學方法的本質含義；再次，在中學階段，學校很少開設科學方法教育的課程，學生所接受的科學方法教育是分散的、不連貫的，不利于學生形成完整的科學方法體系，隱性教育最后就成了隱形教育。

筆者對所在學校的高中生進行了問卷調查，調查結果顯示：(1) 多數學生盡管知道科學方法的重要性，但對科學方法的本質并不怎么了解。比如，學生通過學習質點模型了解了理想化的方法，但是卻不知道其屬于科學抽象的范疇；推導牛頓第二定律時運用了歸納推理的方法，但是卻不知道其屬于邏輯方法的范疇。(2) 探究性實驗需要學生自己設計實驗方案，在選擇正確的科學方法時，學生力不從心，足見學生對科學方法理解不深刻，應用不熟練，缺乏遷移能力。

3 高中物理實驗教學中科學方法教育的實踐

物理實驗教學是物理科學方法和科學內容聯系最密切的教學形式，實驗教學中蘊含豐富的科學方法教育內容，物理教師在實驗教學過程中要努力從以下幾方面開展科學方法教育。

3.1 對隱含在實驗過程中的方法要素加以顯化

人教版對實驗過程中涉及的科學方法要素多以隱性方式滲透在教科書中，雖然在完成實驗的過程中學生能體驗到科學方法，但是隱性呈現科學方法的一個弊端是：學生對科學方法的學習是無目的、無意識的，從隱含的印象中得出的認識將是混亂不清和零散的。而教育的一個特點就是有意識、有目的地影響人，實驗教學中科學方法教育的顯化過程，就是挖掘隱藏在實驗背后的科學方法要素，明確地告訴學生，并通過實驗過程形象地展現出來，讓學生深刻感受到科學方法的魅力，有意識地接受科學方法的訓練，并經歷檢討、修正和應用的過程。顯化教育可以明確學習科學方法的目的和意義，有利于學生有意識地運用科學方法。

案例1 物理選修3-2演示實驗：探究電磁感應的產生條件

教師演示圖1甲實驗，產生了感應電流，然后提問：你們認為產生感應電流的條件是閉合電路的一部分導體切割磁感線嗎？有學生說是。教師演示圖1乙實驗，學生通過觀察實驗，立即否定了剛才的想法。教師再提出問題：那產生感應電流的條件是磁場和閉合回路的一部分導體有相對運動嗎？學生有些遲疑，教師再演示圖1丙實驗，再次用實驗揭曉答案，導體沒有切割磁感線，磁場和閉合回路也沒有相對運動，只有電鍵的閉合和斷開，卻產生了感應電流。學生似乎明白了什么，但還是不知道怎么總結產生感應電流的條件。接下來教師再引導學生分析三組實驗共同的特征是什么，最終探索出產生感應電流的條件是閉合回路的磁通量發生了變化。教師總結：科學家就是通過以上實驗過程一步步分析歸納得到產生感應電流的條件的。

圖1

在課堂教學中充分體現學生的主體地位，注重學生的探究和知識的自主建構，讓學生體驗科學探究的一般過程，領悟科學研究方法。在整個教學中力求做到以實驗為載體，滲透物理思想、物理方法和科學精神的教育，使學生在學習知識的同時，領悟研究問題的一般思維過程，明確科學方法，進而提升學生的核心素養。

3.2 教師需要及時挖掘科學方法要素，并對其進行解構與融通

解構是指教師能夠從物理實驗過程中提煉出方法，能夠從大方法中分解出小方法，能夠從解決實際問題的過程中歸納出方法。融通是指教師引導學生將科學方法與知識規律的學習相結合，將科學方法融入其他實驗中。

案例2 物理必修1實驗：測定反應時間

圖2

師:在如圖2的實驗中，由于尺子下落時間太短，不好測量，但是下落的高度容易被測量，所以借助于下落的高度測量，通過位移、時間之間的關系來達到間接測量時間的目的，這種科學方法叫轉換法。請同學們想一想，在我們前面利用氣墊導軌測瞬時速度的實驗中有沒有運用過轉換法？

生：有。由于滑塊經過某一位置時的速度不容易直接測量，所以轉換成測量遮光條的寬度和遮光時間。由于遮光時間很短，在很短時間內的平均速度近似等于瞬時速度，將測瞬時速度轉換成測寬度和時間。

將轉換的原因、過程剖析清楚，通過前后知識的相互聯系使學生對轉換法有更深刻的認識，使學生在以后設計實驗時能主動運用轉換法。

3.3 使學生接受系統的科學方法教育

教師應當將分散在教科書中的各個方法要素聯系起來，將其歸類整理，將個別方法與一般方法相聯系形成完整的科學方法體系，將科學方法教育上升為方法觀的教育，使學生對科學方法的學習不只停留在認識層面，更要培養其科學方法觀。

案例3 物理選修3-3 實驗：用油膜法估測分子的大小。

圖3

師：如圖3所示，把油酸分子看成球形，且一個挨一個緊密排列。這樣分子的直徑即油膜的厚度，等于油酸的體積與油膜的面積之比，這里運用了理想化模型的科學方法。理想化的依據是什么？據你推測，固體分子和氣體分子模型分別是怎樣的？

生：液體分子間距很小，可以忽略不計；固體分子間距也很小，也可以忽略不計；氣體分子間距很大，不能忽略。

師：能不能把一個物體看成理想化模型(如把物體看成質點，把帶電體看成點電荷)都要看被忽略的因素對研究的問題影響程度。

4 結語

在基礎教育階段，我們要凸顯科學方法的工具性作用，提升科學方法的地位，引導學生掌握系統的科學方法，培養其終身學習能力和科學探究能力。高中物理實驗教學中科學方法的顯性化教育任重而道遠，需要我們每一位教育工作者潛心鉆研，為培養創新型人才貢獻自己的力量。