核心素養導向下物理科學方法的教學探討

羅杏姬

(廣東省廣州市第五中學，廣東 廣州 510220)

隨著課改的深化，物理科學方法教育無疑成為幫助學生形成正確物理觀念、培養良好思維品質、提高學生探究能力的重要環節。我國物理科學方法教育方式經過了由滲透到明了、由隱性向顯性過渡的不斷發展的過程。相關研究表示：對比隱性教學帶來的弊端，物理科學方法教育應采用顯性的教學方式，顯性教學是指在進行科學方法教育時，明確指出這種科學方法的名稱，傳授有關該方法的知識，揭示方法的形式，挖掘方法的內涵，說明方法的使用條件，學生將有意識地接受科學方法訓練。本文調查統計了高中生常用的科學方法，根據調查結果進行討論與分析，旨在為科學方法顯性教育提供可供參考的依據和建議。

1 調查結果

筆者以廣州市某中學高一、高二年級(理科班)的917名學生為研究對象，調查學生在物理學習中最常用到的科學方法。圖1是高中生常用科學方法調查統計圖，結果顯示：學生頭腦中反應出的科學方法數量較少，其中22.90%學生只填寫了1個科學方法、填寫2-3個科學方法的學生占58.23%，而能寫出3個上的科學方法的學生僅占9.81%。從科學方法類別來看，邏輯思維類和物理學科類方法被提及數較少；在有關實驗的方法中，學生對控制變量法的記憶深刻，68.70%學生會想到控制變量法。

圖1

2 問題與討論

2.1 學生對科學方法的認識不完全

根據圖式理論，知識與方法在學生頭腦中是以圖式的形式儲存的。如果圖式結構良好，當學生在受到問題情景的刺激時，會首先提取頭腦中熟悉的圖式用以解決問題。學生能在簡單問題情景下有效激活頭腦中的科學方法，說明這些科學方法的圖式在結構上是相對完好的，在實際解決問題中是學生能較快提取的。學生寫不出科學方法的名稱并不能說明他沒有掌握該科學方法，但在某種程度上可以認為這些沒有被提及的科學方法并沒有很好地納入到學生的認知結構中。

2.2 學生頭腦中能反映出的科學方法極少

由調查結果可以看到，能寫出3個及以上的科學方法名稱的學生僅占32.47%，而高中階段常見的科學方法不少于30個。造成這種現象最重要的原因是老師、學生對科學方法的學習不太重視，雖然三維目標中有一個是過程與方法，但是在課堂教學中教師和學生更重視物理知識的掌握和解題的應試技巧；其次，教師在教學中并沒有顯化科學方法的意識，隱性的科學方法教學容易導致學生對科學方法的認識比較模糊；再者，許多教師在講解科學方法時只是簡單提及，并沒有聯系實際問題或者相關物理知識，導致學生很難掌握科學方法。

2.3 絕大多數學生都能提及控制變量法

由調查結果可知，被提及最多的科學方法就是控制變量法，68.7%的學生能夠想到，有20.1%的學生只記得控制變量法。因為在初中學習物理開始，最先接觸的科學方法就是控制變量法，當時教師在授課時會反復強調，此外更重要的原因是控制變量法在初中物理的考試中經常出現。

2.4 學生年級越高，想到的科學方法越少

由不同年級學生的差異性分析可以知道，高二年級學生頭腦中的科學方法比高一年級要少，且在實驗和思維方法方面都有所減弱。也有研究者發現：高中階段學生的創造性思維呈下降趨勢。在應試教育的背景下，學生年級越高，學習壓力越大，大多數學生會投身到題海之中，他們更注重數學方法和解題技巧，對科學方法的關注不夠；其次，高二的物理教學與高一不同，教師會將更多的重心放在物理知識上，容易忽視科學方法教育。

3 教學建議

3.1 重視科學方法考查，開發相應測試題庫

在調查中，學生寫出的科學方法較少，很大程度上源于教師和學生對科學方法的不重視。想要提高他們對科學方法的重視程度，最有效的方法就是將科學方法納入考試范疇。編制的測試題不應是科學方法的單獨考查，而應結合問題情景、常用策略、重要物理概念等要素進行編寫。例如，比值定義法是在建構物理概念過程中常用的科學方法，因此在編制測試題時，可以將物理概念加入選擇題的選項中，不僅考查了學生對物理概念和科學方法的認識，還考查了學生的信息檢索能力和發散性思維。

例1：我們把電容器所帶的電量與兩極板間電勢差的比值叫電容，電容C是描述電容器儲存電荷本領大小的物理量，在建立電容概念的過程中我們應用到了比值定義法。下列哪些物理概念中同樣是應用“比值定義法”獲得的有( )。

3.2 注重將科學方法與物理知識、問題情景相聯系的顯性教學

在物理知識點的建立、引申和擴展中，知識點與知識點之間的聯結處，一定會體現物理科學方法。因此科學方法的教學應與情景問題、物理知識有機融合，引導學生發散思考，將科學方法有效納入學生的知識結構中。例如，我們知道萬有引力定律中常數G是由英國物理學家卡文迪許通過扭秤實驗測得，實驗應用了放大法。教師在教學中如果只是簡單提及放大法，不會給學生留下深刻的印象。因此，在梳理新知識的基礎上，創設問題情景：“中學物理實驗中有哪些是應用了放大法？”引發學生思考，將新舊知識聯系起來，再通過新、舊實驗的歸納，總結出放大法的應用情景和使用方式(如圖2)。將科學方法與新、舊物理知識有機結合，可幫助學生構建完整的知識結構體系。

圖2

3.3 突出科學方法的教學，深化重要概念的理解

《普通高中物理課程標準(2017年版)》強調物理觀念的形成與培養，而物理觀念的建構需要學生在理解的基礎上，構建出以大概念為核心的知識體系。每個物理概念的構建，都需要突出其物理本質，幫助學生切實認識物理原理，深化學生的物理觀念。例如，在建立功的概念時，學生需掌握兩種定義方式，一種是從功能關系(功是能量轉化的量度)角度做定義，一種則是通過乘積定義法，根據功的計算公式W=F·s(把力和在力的方向上移動的距離的乘積叫做功)做定義。乘積定義法體現“積累”的本質，要求相乘的兩個或幾個因素缺一不可,否則累積量為零。這也是為什么在力的方向上沒有位移，或力與位移方向垂直時做功為零的原因。因此，在功的教學中突出乘積定義法的教學，不僅能夠幫助學生理解抽象概念，更能切實體會物理概念的本質含義。

3.4 緊抓課堂小結的板書整理，加強思維方法的訓練

思維方法滲透在教學中的各個環節，將思維方法顯性化需要學生在教學過程中加以總結歸納，并有效提煉。而課堂中，學生的注意力大多聚集在知識點上，想要提煉思維方法，教師可注重課堂小結的歸納整理，引導學生梳理課堂脈絡，總結思維方法。圖3是庫侖定律一課的課堂小結板書，教師整理學習脈絡，引導學生提取科學方法，將知識與方法相結合，深化學生理解，同時也能令新、舊知識得到有效結合，構建知識體系。

圖3

總之，顯性的教學方式可使學生更好地掌握科學方法，在實際教學中教師應深挖知識獲取與應用過程中的科學方法，引導學生總結提煉，有效培養其核心素養。