物理實驗教學中科學方法分類研究

孟梨雨

高中物理課程改革實踐多年，“過程與方法”目標維度被明確提出，昭示著科學方法教育得到更多的重視與肯定。然而教學實踐表明，科學方法教育并沒有得到充分有效地開展和落實。有研究[1]認為，造成這一現象的根本原因在于：目前學科教育界始終沒有從理論上弄清楚科學方法的分類從而導致不能確定科學方法內容。

一、科學方法分類的相關研究

目前，關于科學方法的分類形式有許多，然而大多缺乏合理的標準與嚴密的理論思考。在眾多分類方式中，我們認為，以下兩種分別基于物理學意義的分類，與教學心理意義上的分類為實驗方法的研究提供了重要的啟發(fā)。

（一）物理學意義上的分類

物理學的基本范疇一般認為分為理論和實驗，理論分析和實驗探索的有機結合推動著整個物理學的向前發(fā)展。有研究提出將物理教學中科學方法分為理論方法和實驗方法，如圖1所示。

這種分類既符合物理學的特點，同時顧及了學生的認知，也是本文研究物理實驗教學中的科學方法即實驗方法的出發(fā)點。

（二）教學心理學意義上的分類

在邢紅軍教授提出的“智力—技能—認知結構”能力理論中，從能力因素的來源出發(fā)，區(qū)分了“硬能力”與“軟能力”。[2]從這種思想出發(fā)，邢紅軍教授進而提出了能力的組成結構，在“智力—技能—認知結構”理論的建構中，為我們明確指出了兩點：第一，明確提出了科學方法是能力的組成部分，這在以往的能力理論中是未有的。第二，進一步把思維方法和科學方法作了明確區(qū)分。邢紅軍教授提出把物理科學方法分為思維方法和物理方法。[3]這樣一種分類方式，來源清晰，使科學方法教育內容的研究豁然開朗。

在此分類基礎上，邢教授又將其中學科方法又分為獲得知識的學科方法和應用知識的學科方法，思維方法分為邏輯和非邏輯思維方法，這種分類理論為科學方法的研究奠定了理論基礎。分類如圖2所示。

基于以上分類，邢紅軍等研究者展開了系統的科學方法教育的理論與實踐研究，并在實踐中取得了相關的成果。以上研究都為物理實驗中科學方法的分類提供了重要的啟示與研究基礎。

二、物理實驗方法教育內容分類框架的確立

在上述分類理論基礎上，如何明確實驗方法的分類是本文要解決的重要問題。事實上，物理學是一門測量科學，物理學家是通過對物理量的測量來描述物理現象的。在物理量的測量過程中我們要經歷數據的獲得和處理兩個階段。基于此，為了使整個過程的實驗方法顯化更明朗化，并研究以實驗中方法使用的時空條件為標準，按時間的先后順序，提出將實驗方法分為獲得數據的實驗方法和處理數據的實驗方法。

進一步，結合科學方法的教學心理學意義上的分類，將獲得數據的實驗方法分為獲得數據的學科方法和獲得數據的思維方法，將處理數據的實驗方法分為處理數據的學科方法和處理數據的思維方法。如此分類使方法顯化過程更清晰、框架更充實豐滿，既良好體現了物理學的學科特征，又富于教學心理學的科學性與可操作性。具體分類如圖2。

在以上分類獲得的四種實驗科學方法中，“獲得數據過程中的學科方法”是物理實驗的思想方法，而不是指具體的測量過程中儀器的使用方法，如“探究加速度與力、質量的關系”實驗中的控制變量法、等效替代法等。

“獲得數據的思維方法”中，最常使用的是分析與綜合，我們的感覺表象對客觀事物的反映雖然是整體的，但是是膚淺的，要深刻地認識事物，必須把對象在思維中分解為各個部分、要素、方面加以分別地考察，透過現象看本質，思維活動是從分析開始的，而分析與綜合又是不可分開的，分析與綜合是思維活動最基本的要素，它是其他思維方法的基礎和先導。

“處理數據過程中的實驗方法”，是在獲得要測量的數據之后對原始數據加以分析、判斷、推導出實驗結論過程中所應用的方法。

“處理數據的思維方法”主要有抽象與概括。概括性是思維乃至智力的最顯著特征。思維之所以能揭示事物的本質和內在規(guī)律性的關系，主要來自抽象和概括的過程，即思維是一種概括的現象，概括在思維乃至智力的發(fā)展及其訓練中的意義是十分必要的，概括是科學發(fā)現的重要方法。

三、實驗方法教育內容分類框架的教育啟示

（一）物理課程標準應當把物理實驗方法作為課程內容

實驗方法作為科學方法的重要組成部分，具有重要意義。要使實驗方法教育在實際教學中有據可依，真正落到實處，就要從根本上進行規(guī)范，就必須將實驗方法教育納入課程標準，在課標中明確地提出實驗方法的教學內容。

（二）物理教材編寫應納入物理實驗方法內容

教科書編寫是科學方法教育異常重要的層面。基于本文的研究，建議將實驗方法融入教材編寫。教材編寫顯化科學方法，并非脫開具體的知識而只講方法，而是說應當強調、突出科學方法，按照科學方法所展示的邏輯去編寫教材。這樣容易使學生在實驗學習中建立良好的認知結構，并形成有序的知識結構。

（三）物理實驗應當按照實驗方法的邏輯組織教學

受課標和教材編寫的影響，目前的實驗教學中往往以掌握知識為“第一要務”，教師通常從傳授知識的角度來組織實驗教學，這樣使得科學方法教育大打折扣。如果按照科學方法呈現的邏輯組織實驗教學將會是另一番景象。