专题论文《物理科学方法教育中应注意的问题》

物理科学方法教育中应注意的问题

On Problems of Scientific Methods in Physics Teaching

          王治国

(南京市雨花台中学  江苏省南京市  210012)

摘要：

新课程标准已经把科学方法教育确定为高中物理的目标之一，把科学方法确定为高中物理教学内容的一部分，充分体现了新课程标准对科学方法教育的重视，也说明科学方法教育在高中物理教学中的重要性。在新课标理念下，如何进行科学方法教育，进行科学方法教育要注意哪些问题？本文从科学方法教育的的目标性、科学方法教育要融于教学过程和学生的学习过程中、科学方法教育要符合学生的认知水平和能力发展规律、科学方法教育要有系统性、科学方法教育要贴近学生的生活和实践等五个方面谈谈在中学物理教学中实施科学方法教育的认识。

关健词：

目标性、教学过程、学习过程、认知水平、能力发展规律、系统性、生活和实践。

在科技飞速发展及科技竞争日益激烈的今天，人们已经普遍认识到，能力的高低在一定程度上，表现为掌握方法的多少和如何应用这些方法解决问题的能力，掌握知识的多少已经不是最重要的，学会掌握知识的方法才是至关重要的。当代世界各国都把科学方法论的研究和教育提到重要的地位。在我国物理科学方法教育已成为物理教学深化改革的迫切需要，在最新的《普通高中物理课程标准》中已经把科学方法教育确定为高中物理的目标之一，把科学方法确定为高中物理教学内容的一部分，充分体现了新课程标准对科学方法教育的重视，也足以说明科学方法教育在高中物理教学中的重要地位。如何在中学物理教学中能够行之有效地实施科学方法教育呢？下面结合本人多年的体会，谈谈在新课标理念下实施物理科学方法教育应注意的问题。

1．科学方法教育要有明确的目标性

在物理教学中进行科学方法教育，其主体目标是提高学生的科学素质，应当有利于学生终生发展的需要，使学生具有对自然界的好奇心，对科学的探索兴趣，乐于参与和科学技术有关的社会活动，养成良好的思维习惯具有初步的科学探究能力，具有创新意识，能独立思考，勇于有根据地怀疑，养成尊重事实、大胆想像的科学态度和科学精神；积极关心科学发展前沿，具有可持续发展的意识，树立正确的科学观，有振兴中华、将科学服务于人类的使命感与责任感。因此在研究科学方法教育计划时必须从教育学生学会做人、学会学习、学会做事这一素质教育的总目标出发，不仅考虑提高学生的科学文化素质和思想道德素质，还要考虑学生的个性发展、心理健康及锻炼学生解决问题的动手能力和技能技巧，从学生的发展的长远角度考虑，使学生真正感受到科学方法教育的意义。

2．科学方法教育要融于教学过程和学生的学习过程中

人类在经历几千年的发展和探索中，已逐渐形成今天这种比较完备的知识系统，不仅创造了各门学科坚实的理论基础和丰富的知识体系，而且还形成了比较完备科学方法体系。科学方法是伴随着人类探索过程而形成的，不能孤立于探索过程和科学理论知识内容之外，在中学物理教学中，脱离物理知识单独介绍科学方法，不利于学生真正理解科学方法的内涵，更不利于学生应用所学的科学方法解决问题，所以，物理科学方法教育不能独立于物理教学内容和教学过程和学生学习过程之外孤立进行。因此在物理教学中实施有效的科学方法教育必须注意以下两个方面：

2.1引导学生提出问题是科学方法教育的前提

科学理论和规律的发现过程就是提出问题和解决问题的过程，科学史上的每一项重大发现都是从问题开始的，牛顿发现万有引力是“从苹果为什么会落地”这一问题开始的；弗莱明发现青霉素是从“为什么霉菌周围不长细菌”开始的，正如爱因斯坦所说“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”，正是问题激发着我们从事科学研究，积极地创造性地开展科学探究活动。因此要实施科学方法教育，培养学生的创新能力就必须把引导学生善于发现问题、提出问题放在教学的首要环节。教师在教学中要注重创设问题的情境，启发引导学生自已提出问题。如“自由落体运动“的教学中，首先设计出两个相互矛盾的实验，从相同高度处同时释放一个小铁球和一张纸片，结果小铁球下落的快，然后引导学生分析，有的学生认为小铁球的质量大，下落快。接着分别演示两个对比实验，用两张相同的纸片，把其中一张揉成纸团，再从同样的高度同时释放，结果观察到纸团下落的快，再将一张质量较小的小纸片揉成团与一张质量较大的纸片，让其同时从高处下落，则观察到质量小的纸团反而下落的快。后两个实验展示的新现象与学生原有的认识产生矛盾，学生必然会重新思考原有结论，提出这样那样的问题，在此基础上教师进一步引导学生提出问题：如果没有空气阻力，将会出现什么情况？在这一问题的引导下学生会深入思考研究从而得到自由落体运动的概念。

除了上述利用“分析实验事实与已有理论的矛盾”来引导学生提出问题的方法外，在日常的教学中我们还应当从 “分析物理事物之间的联系及关系”“分析物理理论内部的逻辑困难”“比较各种假说之间的差别”“寻找物理事物的本质属性和规律”“追求物理理论的美”等多个方面注意引导学生学会提出问题。

2.2把教学过程变成“模拟科学研究的探究过程”

任何能力的形成和发展都离不开相应的活动，同样科学方法教育也必须具备一个与之相适应的教学过程，新课程标准强调过程与方法的有机结合是符合人类的认知规律的，物理新课程标准目标之一，是进一步提高学生的科学素养，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生，满足学生的终生发展需求，课堂教学应根据实际情况尽可能多地进行探究式学习、合作式学习、动手学习。探究式学习的本意在于“模拟”，使学生从基础教育时期就开始模拟科学家发现问题、提出问题、研究问题和解决问题的类似过程。这不仅有利于促进学生形成科学概念和对知识深层的理解，而且探究、合作的亲身体验，有利于培养学生运用科学方法去思考问题、解决问题的能力，体验成功的喜悦，以物理学家认识物理世界的本来面目去认识世界，获取认识世界和进行科学研究的能力和方法。这正是“纸上得来总觉浅，绝知此事要躬行”。例如在牛顿第二定律的教学中，我们首先引导学生定性分析a与F、m有关，进而启发学生提出探究a、F、m三者数量关系的课题，接着引导学生通过定性实验对三者数量关系进行科学猜想，然后设计实验进行探究，学生在探究过程中必定会遇到一些意想不到问题，教师乘机适时引导学生认真分析存在的问题，启发学生如何进行数据处理、如何进行分析推理，最终得出与猜想一致的结论。这样学生不仅明确掌握了牛顿第二定律的内容、研究对象的选取方法、实验数据的处理方法、加速度的测量方法，更重要的是熟悉了物理规律的探究过程，实实在在地感受到探究式学习既坎坷又生动有趣，这无疑会有助于学生熟悉和掌握科学研究的基本方法，增强探究学习乐趣。

3．科学方法教育要符合学生的认知水平和能力发展规律

物理科学方法教育要满足所有学生的发展需要，以学生发展为主，不是仅仅为了物理科学方法自身体系的完备。从近年来科学方法教育的历程来看，如果我们过于强调科学方法体系，就很容易导致出现“难、繁、偏、旧”等现象的出现，就会影响学生学习物理的兴趣，因此物理科学方法教育要结合学生实际情况，要关注学生的发展需求，适应学生认知水平和能力发展的规律。

科学方法教育在实施方式上可分为隐性和显性两种^［1］。所谓隐性，就是在教学过程中隐蔽性地发挥物理学方法的向导作用，使学生在学习过程中受到物理学方法的熏陶，但不去揭示所用方法的名称，也不对这些方法的内容进行解释。显性方式是指在教学过程中把这种方法的名称提出来，并且以学生所能接受的深度把这些方法的内容、特点和操作过程讲清楚，指导学生运用这些方法进行练习。这两种教育方式各有其利弊，隐性方式潜移默化，适用面广，不必另外为方法教育花费较多的教学时间，日积月累，学生也会自然地学到一些科学方法。缺点是这种方式不能让学生获得对科学方法的理性认识，更不能让学生自觉地以科学方法为指导加深对学习过程的理解。而显性方式正好弥补了隐性方式的弱点，但处理不当，会过份地增加课堂的信息量，学生不易接受，达不到预期效果。这就要求我们在隐性方式的基础上还必须适当地采用显性教育方式，从中学阶段学生的认知特点来看应当整体上以隐性教育为主，显性为辅，两者不能偏废，何时采用显性方式，关键是掌握合适的“度”。这个“度”是由教材知识体系，该方法出现的次数和难度以及学生的认知特点这三个因素共同决定的。当某一方法在某一知识教学过程中达到“呼之欲出”的氛围时，就应及时显化，并对这一方法作一总结。

初中学生已具备初步的观察能力和动手能力，但抽象思维能力、逻辑推理能力还未充分发展，他们对方法也不太注重，缺乏兴趣， 因此初中阶段，应着重进行观察实验方法的教育，对于科学思维方法，一般只作隐性渗透。方法教育应按层次展开，逐次递进，从隐性向显性过渡。如控制变量法，教材中多次用到，在讲影响蒸发快慢的因素时，一般不作介绍和强调这一方法；讲决定导体电阻大小的因素时，可适度介绍这一方法应用这一方法；讲欧姆定律时，应具体讲解怎样应用这一方法；讲液体内部压强时、可让学生自己运用这一方法来解决问题了。

高中学生已经掌握了一定的物理知识，认知水平和学习能力也有了较大的提高，具有一定的分析能力、综合能力、推理能力、抽象概括能力及空间想象能力等等，对方法论开始感兴趣，因此在进行科学方法教育时要注意根据教学内容和学生实际，采用隐性的、显性的或两者相结合的教育方式。方法教育内容就可以选择那些较抽象但很重要的方法，例如，比较与分类、分析和综合、归纳和演绎、等等方法。要结合学生实际，合理调节和安排各个学习阶段中各种方法教育的侧重点和深浅度。例如，高一侧重实验方法、归纳方法、理想化方法；高二侧重演绎、假说——验证和数学方法；高三可相对集中地、显性地归纳一些科学方法，并着重进行运用训练。这样，将有助于形成科学方法教育的体系。

总之，科学方法教育要循序渐进、层层深入，要符合学生的认知水平和能力发展规律，只有对这些方法的不断了解、积累和熟练，才能尽快地获取知识，并通过一定的网络结构深刻体会和掌握知识。从而帮助学生逐步树立起科学的世界观和科学态度以及掌握科学方法，使科学思想扎根头脑之中，那才是我们物理教学和物理教师的希望所在。

4．科学方法教育要有系统性

从物理教学的整体来看，方法教育绝不是孤立的，它与知识传授、能力的培养紧密联系，在中学物理教学中，各种科学方法交叉在一起，例如牛顿第一定律的学习，就综合了多种方法：让小球从斜面上的同一高度由静止滚下（控制变量法）；若平面越光滑，运动的距离就越大，假如无摩擦小球就将永远匀速运动下去（合理外推法）；而平面无摩擦就是一种理想化的方法。在这种情况下，不可能在一种科学方法的教育完成以后再进行另一种科学方法的教育，需要进一步研究它们之间关系，以求在教学中有机结合，协调处理。因此，在物理教学过程中，必须充分利用物理教材中的科学方法教育因素，把各种方法有机地结合在一起，如：在物理实验中注重渗透观察和实验方法的教育；在物理概念的教学中渗透观察、实验、分析与归纳等方法；在探究物理规律的过程中渗透科学猜想、观察与实验、归纳与演绎、比较与分类、图像等方法等。在进行科学方法教育因素分析和落实教学时，要注意分清轻重、缓急和分布，有主有次、有先有后地进行系统性安排，一个知识点可渗透进行多种方法的教育，一个方法也可应用于不同的知识点，要权衡一个知识点突出哪个方法，兼顾其它，一个方法重点落实在哪一个知识上，同时又借助哪些知识点教学作为铺垫，或作为起点，或突出该方法的某一个侧面，等等。总之一定要有系统地考虑。

5．科学方法教育要贴近学生的生活和实践

自然科学方法论是自然科学和哲学的一个结合点，是在人类认识自然、改造自然过程中总结出来的智慧结晶，若仅停留在书本上的学习，学生只能被动地接受，就很难认识到科学方法的真正意义所在，也不能提高自身的探究能力；因而科学方法教育要贴近学生的生活，让学生将学到的物理科学方法与社会实践及其应用结合起来，从生活走向物理科学方法，再把物理科学方法运用到社会，让他们体会在生活和生产中的实际应用，了解物理科学方法与社会科学及其它自然科学的相互渗透，只有这样才能让他们深刻理解科学方法的精髓，从而准确而灵活地运用科学方法，因此教学中应向学生提供大量生产、生活中实际问题，要求他们运用科学方法去解决，让他们感受到科学方法对解决实际问题的指导作用。如：学习了单摆的振动周期公式后让学生用“时间测量法”测绳长，学习了自由落体运动后让学生运用“自由落体运动规律”粗测楼高，让学生从中掌握间接测量长度的科学方法。这样既提高了学生的乐趣，又培养了学生良好的思维习惯和科学探究能力。

另外，在现代物理科学技术的新发展、新成就的研究中也蕴含着丰富的科学方法，因此我们还要注意物理科学方法在科技发展中的应用，关注物理科学与技术、社会的关系，用学到的物理知识和科学方法来认识、分析和解决科学技术及社会生活中的重大问题——即STS问题。关注STS 问题的好处是可以使科学方法教育更加贴近生活、贴近社会、贴近科技发展前沿，同时在此过程中能促进不同学科之间知识和方法的整合。例如：航空、航天技术的应用、计算机技术、激光技术、超导及磁悬浮技术的应用、通迅技术、电力网的知识、太阳能的利用、环境保护、能源危机、噪声污染、水土流失问题等等。这些一方面为我们实施科学方法教育提供了很好的素材，另一方面也能增强学生学好物理科学方法的使命感、责任感。

参考文献

书籍：1 张宪魁．物理科学方法教育．山东：青岛海洋大学出版社，2000．192