探索科學方法教育提升科學思維素養

姚仁華

摘 要：科學思維是物理學科核心素養的重要組成部分，科學方法教育的有效實施對培養和提升學生科學思維素養具有至關重要的作用，本文探討了科學方法教育的基本方式、途徑以及策略。提出了在知識教學、學史領悟、習題訓練、探究實驗和復習教學中滲透科學方法的基本途徑和策略。通過科學方法教育的有效實施，實現物理課程的教學目標，從而培養和提升學生的核心素養水平。

關鍵詞：科學思維;科學方法教育;方式和途徑

“科學思維”指的是對事物本質屬性及其內在規律的認識過程，其主要包括了模型建構、科學推理、科學論證、質疑和創新等要素[1]。物理科學方法指的是人們研究物理客觀規律時所采用的主觀方法，是探索知識、理解知識、運用知識時所利用的有效工具。具體的物理科學方法有“比較與分類”“分析與綜合”“歸納與演繹”“類比方法”“數學方法”“圖像法”“理想化方法”“科學假說”等等。在物理教學過程中，“科學思維”具體表現為運用科學方法處理實際問題，因此，物理科學方法的教育對培養和提升學生“科學思維”素養具有至關重要的作用，下面筆者提出物理教學過程中科學方法教育的基本方式、途徑和策略。

一、物理科學方法教育的基本方式

物理科學方法是一種高度概括的抽象思維方法，科學方法教育一般有“隱形”和“顯性”兩種方式[2]。所謂“隱形”教育方式是指并不明確提出某種科學方法的名稱，但在教學過程中始終貫穿，從而做到隱性浸染的目的。所謂“顯性”是指明確指出某種科學方法的名稱，利用此種方法分析解決問題，并且加以小結，從而做到直接教育的目的。

在學生對于方法還沒有形成感性認識的時候，或者此種方法在教學主題中并不占主導地位時，我們往往采取隱性的方式處理。隱性教育的目的在于慢慢地啟蒙和熏陶，當然更多時候還要結合學生的年齡特征和心智條件，當學生較難理解或者把握不透時，隱性的方法教育就必然成為主要的教育方式，例如在初中階段，大部分的科學方法教育應該采取隱性的方式。而學生對知識背后隱藏的方法已經有了充分的感性認識時，或者方法本身已成為理解知識的必要手段時，顯性地提出并加以總結就成了方法教育的不二選擇。此時，若教師還遮遮掩掩，或者沒有自覺地進行科學方法教育，可能讓學生更加難以理解知識本身，更難以提高相應的能力。高中學生已經具有多年的自然科學和數學學習經歷，邏輯抽象思維能力也隨著年齡的增長得到了進一步發展，因而較多的科學方法可以采取顯性教育的方式。

二、物理科學方法教育的基本途徑

（一）在知識教學中滲透科學方法

教材往往是以知識作為內容，而以方法作為線索，并不是純粹方法論的教材，但在知識與知識的聯系之間，概念的建立、規律的得出之中都蘊含著極其豐富的科學思想方法。因此，結合知識進行科學方法的滲透是一條重要的途徑。有效的傳授知識或是學生對于知識的內化都需要用到相應的科學方法，沒有方法的連接，知識成了一盤散沙，當然脫離知識只講方法，方法教育也會變成空中樓閣。

知識的學習方式有發現學習和接受學習兩種。發現學習是指學生模擬科學發現的方式，大部分物理規律可讓學生通過發現學習的方式學習，在這個過程當中，進行科學方法教育是非常有效的，因為學生需要模擬前人的發現，通過方法來連接已有知識和新的規律。接受學習是指以教師的系統講授為主，概念的建立過程往往采取接受學習的方式。同樣，接受學習的過程也可以滲透科學方法的教育，教師傳授的新知識與學生頭腦的前知識發生碰撞，內化為學生頭腦知識的過程也需要科學方法的引領。當然，發現學習和接受學習這兩種知識的學方式并不是嚴格區分，很多時候，我們在教學往往是交叉使用。比如在質點概念的建立過程中，我們運用了理想模型的理想化方法，首先是通過學生的發現認識到質點概念建立的必要性，最后由教師進行總結，引入質點這個概念，在引入過程中滲透科學方法的教育。

（二）在物理學史中領悟科學方法

一部物理學歷史就是一部科學方法發展史，前人的研究歷程蘊含著極其豐富的科學方法因素，物理學史案例是我們進行科學方法教育不可多得好材料。物理學史材料往往來自兩個方面：一是教材正文內容提供的物理學史的知識教學過程中所包含的材料，比如伽利略對于自由落體運動的研究、牛頓第一定律的建立、牛頓萬有引力定律的建立、法拉第電磁感應定律的建立等等。二是課本提供的閱讀物理學史材料往往也包含豐富的科學研究方法。知識內容中的物理學史案例可以利用課堂時間，結合知識教學進行滲透，閱讀材料則可指導學生在課外進行閱讀，領悟其科學方法。教師還可以組織專題教學，搜集某位科學家的研究歷程和所涉及的科學方法，利用專門的時間，進行專題教學，使學生充分領悟到科學方法在其研究歷程當中的獨特魅力。

新課程高中物理教材較以往教材有很大的改進，就是充分引入了物理學家的研究足跡，以歷史的眼光重現了很多概念和規律的建立，讓學生領悟前人研究的曲折歷程，感悟其中的方法。比如牛頓第一定律的創立過程，從亞里士多德到伽利略、從笛卡爾再到牛頓，尤其是伽利略所采用的理想實驗方法推翻亞里士多德的經驗所得，給予學生相當的震撼。利用這樣的一些物理學史案例讓學生領悟科學方法有獨到的好處。

（三）在科學探究中體驗科學方法

科學探究實驗是物理學建立的基礎，眾多物理概念的建立、規律的得出都來自實驗，也是因為實驗的引入，物理學才真正創立起來。探究實驗的過程往往可以分成原理的設計、器材的選擇、實驗操作、數據處理、結論得出和誤差分析幾個部分，各個部分都蘊含著豐富的科學方法因素，利用實驗教學讓學生體驗并掌握科學方法是一條行之有效的途徑。

中學物理實驗一般有演示實驗、學生分組實驗和課外小實驗三類。在演示實驗中我們可以側重進行觀察方法的教育。在學生分組實驗中，需要多種方法的協同組合才能完成實驗，比如探究加速度與力和質量的關系這個實驗，我們需要用到控制變量法、圖像法等，這時可以視具體情況突出主要科學方法的教育。而在課外小實驗中，我們可以充分引導學生自己設計原理，進行科學方法的訓練。總之，物理實驗中蘊含的科學方法如能充分挖掘出來，結合實驗程序進行合理地設計，學生就能親身體驗到科學方法的妙處，自覺而主動地接受科學方法的教育和熏陶，對培養學生的實踐和創新能力能起到不可估量的重要作用。

（四）在習題教學中訓練科學方法

科學方法學習的目的在于運用，以提升學生的科學思維素養。只有在習題的訓練當中，學生才能更充分地掌握科學方法的內涵和外延，從而把方法內化為自己的知識，這樣在新的情景中就會自覺使用相應的科學方法。在涉及方法的習題訓練當中，教師應該明確具體使用何種方法，讓學生模仿、訓練，從而掌握科學方法。

教師也可以自己編制一些包含科學方法的問題，題目力求結合知識應用方法。當然在必要的時候，也可以編制一些純粹方法的問題，例如：電磁感應定律的得出具體使用到什么方法？這類問題可適當訓練，但不宜過多。更多時候我們應該結合具體的物理問題訓練學生使用科學方法的能力。

（五）在復習教學中總結科學方法

在復習課中，除了要幫學生搞清楚各部分知識間的聯系，讓所學的知識在學生頭腦中形成一個有機的整體外，還應對所學過的科學方法也進行回顧復習，而且要把前后所學的各種科學方法串聯起來，進行小結和加以應用[3]。

在進行復習課的教學之前，各種方法已經被分散地滲透到知識教學當中，同種方法在不同內容中各有所用，如果能在復習課堂中加以總結并運用，科學方法教育就有水到渠成之妙，學生不僅掌握了方法的應用，方法的適用范圍，甚至方法運用的局限性也了然于胸。

例如：人教版物理必修1第一和第二章是關于物體的直線運動的，兩章內容學完以后，我們發現數學方法在這兩章中應用非常廣泛，具體有用比值定義法定義物理量、用數學方法表達物理規律、用圖像方法直觀展示物理變化過程，如能在復習課中加以總結，學生對于數學方法的應用將掌握得更加徹底。

三、物理科學方法教育的基本策略

（一）首先是教師要重視科學方法的教育

科學方法教育的口號已經喊了多年了，新課程也把科學思維設為課程核心素養目標之一，可我們很多教育工作者對待科學方法教育仍舊只停留在口號上，缺乏切實有效的實施。這里面有很多原因，比如教材雖然提出了方法教育的課程目標，但具體的方法教育內容沒有明確給出，相應達到的層次也未設定，尤其是進行方法教育的方式和途徑都不太明白;還有就是很多教師認為方法教育費時費力，難出成果，還不如教學生多背背、多記記知識點，諸多原因都使得科學方法教育在中學物理教學中難以有效地開展。

科學方法教育的成效已經被眾多的事例所證實，再來懷疑科學方法教育的效果已無意義，關鍵是我們教師要主動轉變教學觀念，由過去的老師教學生學習變成老師指導學生學習，學生自主合作學習;由過去只注重知識點的學習轉變為既注重知識點的學習，又注重方法的學習和學生的體驗，從而培養和提升學生的科學思維素養水平。

（二）其次是教師要善于把握科學方法教育的方式

科學方法教育有兩種方式，即隱性教育和顯性教育。在具體的教學過程中，我們要善于利用好隱性、顯性或兩者相結合的方式開展科學方法教育。學生初次接觸的、非本節內容需要重點介紹的以及學生現有水平難以理解的科學方法，我們往往采用隱性教育的方式。重要的科學方法或者學生已有較多感性認識的方法可以進行顯化教育，明確提出并加以總結。知識教學過程中多用隱性滲透的辦法實施科學方法教育，但必要的時候也需加以顯化，使學生易于掌握。習題教學中的科學方法教育往往是采取顯性的方式，目的使學生盡快掌握，并能在新的問題解決中運用這一科學方法。有一點需要清楚，那就是不管采取何種方式開展科學方法教育，都應該結合相應的知識點和問題情境，切忌完全拋開知識大講方法，這樣往往會適得其反。

（三）最后是教師要明白科學方法教育的長期性，注意循序漸進

科學方法教育具有長期性的特點，我們不能急于求成，拔苗助長。科學方法教育的目的是學生思維能力的提升，我們都知道能力的提升并非一朝一夕之事。在進行科學方法教育時，我們要堅持不懈，同時更要注意循序漸進。學生處在不同的年齡段，心智成熟的程度也不太一樣;還有，不同章節和知識點之間，各種科學方法的使用和使用的程度也不盡相同。總之，我們一定要結合教材，結合學生的實際情況，有計劃、有步驟地實施科學方法教育。只要我們堅持這樣做了，學生掌握相應的科學方法和能力的提升就成了“水到渠成”之事。

結束語

科學方法教育是一項需要長期堅持的工作，開展好了，學生“科學思維”素養的培養和提升就有了切實的出發點和落腳點，于我們的教學，于學生的發展都將受益無窮。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中物理課程標準（2017年版）[S]北京：人民教育出版社，2018.

[2]浙江省教育學會中學物理教學分會.高中物理方法教育研究[M]杭州：浙江教育出版社，1995.177-180.

[3]繆建忠.物理教學中實施科學方法教育的途徑[J]物理通報，2007（12）：26-28.