中外物理科学方法教育的比较分析

赵佳音 彭朝阳

（云南师范大学，云南 昆明 650500）

1 引言

科学方法是科学思想的具体体现，《物理科学方法教育》一书中指出：物理科学方法即研究物理现象、描述物理现象、实施物理实验、建立物理概念、总结物理规律、检验物理规律时所用到的各种手段与方法.［1］物理科学方法教育即在物理教学当中，有目的、有意识、有步骤地对物理问题的研究方法进行教育，使学生受到物理科学方法的熏陶和训练，逐步掌握最基本、最主要的物理科学方法，达到促进知识学习、能力培养和提高科学素养的目的.

物理科学方法教育通常采用隐性和显性教育两种方式进行，所谓隐性教育方式，就是在科学方法教育过程中，隐蔽地发挥科学方法的导向作用，使学生受到科学方法的熏陶，在教学过程中一般不出现科学方法的名称，也不对科学方法的内涵进行讲解，主要是通过知识教学渗透科学方法，使科学方法教育和知识教学有机结合，以达到整体优化的目的.而显性教育方式则在进行科学方法教育时，明确指出这种科学方法的名称，传授有关该方法的知识，揭示方法的形式，挖掘方法的内涵，说明方法的使用条件，学生有意识地接受科学方法训练.［2］也就是要求教学中将物理科学方法以知识点的形式进行介绍、讲解和挖掘.

我国对物理科学方法教育的研究，已经取得了阶段性的成果，但也存在着一些不足之处，为了更加深入和透彻地研究科学方法教育，我们应该结合国外在这一方面所做的工作进行研究，从中汲取有价值的东西为我所用，将是行之有效的途径.因此，本文从以下4个方面来对比分析中外科学方法教育的差异.

2 教育目标中对物理科学方法的要求

物理科学方法教育被广泛关注，很多国家在制定课程目标时，都将科学方法列为目标之一.1999年，由欧洲物理学会举行的一次国际性的物理教育研讨会上一篇题为“Beyond 2000：Science education for the future：A report with ten recommendations”的报告，针对为5岁至16岁的学生设置的科学课程提出了10条推荐性意见，其中第6条为：科学课程应该引导学生对科学思想和科学方法进行认识，在科学历史发展的过程中，人们正是利用这些思想和方法获得关于自然世界的知识.

上世纪90年代日本初中物理教育目标中的方法目标为：在有关物质和能量的事物和现象中发现问题，通过科学的考察过程，学会发现规律和说明自然现象的方法.

《美国国家科学教育标准（草案）》明确指出，科学探究是学生学习科学中“最基本的、起支配作用的原则”，“学会用科学方法和原则做个人决策”，强调学生对思维、方法和过程的体验.

我国的物理课程标准中把“过程与方法”作为中学物理教学的三维目标之一，通过物理概念和规律的学习过程，了解物理学的研究方法、认识物理实验、物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用.［3－5］

从美国、日本和中国对物理科学方法教育的要求中不难发现，在各国教育中，科学方法的教育得到了明显的重视，将物理科学方法作为学生认识、发现、解决问题的一种手段.从某种意义上讲，掌握科学方法或科学思想比知识的学习更为重要.

3 教材中物理科学方法的呈现方式

教材是学生学习的主要辅助材料，教材中科学方法的编排对于科学方法的教育也起着至关重要的作用，不同国家教材中科学方法教育的呈现方式也存在差异.

美国物理教材《科学发现者》主要采用了隐性的方式呈现科学方法.知识目标的安排较为笼统，只编写了简单的内容提要和学习意义，没有指出每章必须掌握的知识点或者科学方法.除了第1章专门设置了“科学方法”板块，着重强调了什么是科学方法，列举了观察、假设等科学方法之外，该教材的其他章节中，物理科学方法均没有直接提出或者以知识点的形式出现，而是以隐性的方式存在.例如，在第2章第1节运动的描绘中，提出了质点模型这一概念，把忽略物体的大小和体积而把物体看做一个点的方法称为质点模型，同时对其进行举例说明，但并没有指出它是一种科学方法，也没对其相关内容进行扩展介绍.由此判断，这种编排的目的就在于将物理科学方法以隐性的方式呈现出来，让学生在不知不觉中掌握解决问题的方法，提高解决问题的能力，而每一个章节中都涉及多种不同的科学方法，这也充分表明该教材更加注重学生的科学思维.

我国的物理教材中，每个章节在教学目标中对物理基本知识方面的目标表述都很明确，但是在过程与方法方面却过于笼统和含蓄，甚至就没有真正涉及到.在教材的编排上，采取信息提示、信息浏览或基于物理学史开展物理科学方法教育等形式，这些形式存在的弊端就是往往不能引起师生足够的注意，导致对于其中的内容只是简单阅读了解，并未进行深入思考和挖掘.

美国教材中的物理科学方法或科学思想是采取潜移默化的方法，而我国的教材中针对物理科学方法的教育更多的使用显隐结合，但两个版本的教材中均没有对物理科学方法形成专题.

物理科学方法，是学生学习物理知识，了解物理过程，解决物理问题的一个重要手段，在教材中通过专题的形式展示出来，既能引起师生的重视，又能加深学生在学习中对科学方法的注意和应用.

4 物理科学方法教学的内容载体选择

中外物理教师在进行科学方法教育的载体选择时也有所不同，我们通过2个案例来进行比较分析.

案例1.一位新西兰科学教师Azra在中国为某高师课程与教学论（化学、物理）研究生演示了关于“哪种炸薯片含有的热量更多”的一个教学片段.教师给出两种不同品牌的炸薯片，要求学生通过实验判断它们中哪一种含有的热量更多？在讨论各种可能的方案后，演示了其中的一个方案：用回形针将薯片固定在软木塞上，点燃薯片，用薯片燃烧产生的热量加热盛有50ml水的大试管，根据试管中水温上升的多少比较薯片含有的热量.观看之后，学生们认为此实验的不合理之处有很多：① 两薯片的厚薄、大小可能不同.② 两薯片的质量可能不同.③ 两薯片燃烧的完全程度可能不同.④ 加热水时热量的散失多少可能不同（火苗的稳定性不一样）等等.Azra肯定了听众的质疑，并自然地过渡到下一个问题：“在这个实验中，我们需要保持哪些量不变？”以及更进一步问到：“如果全班分成若干个小组，每个小组都做上述实验，还可得出不同的结果，怎样看待这种不同，它为什么会产生？应该如何处理？”［6］

案例2.这是某中学物理教师讲授“大气压强”的一个教学片段，教师首先演示了如图1所示的喷泉实验，向长颈漏斗中注水，在另一端便出现了“喷泉”，之后鼓励学生们想办法，怎么做出喷泉实验，学生们在进行小组讨论之后，有的学生说可以用酒精灯对右边的烧瓶加热，可以用化学中的氨气溶于水的原理来做，在没有收到意想的回答后，教师便进入对喷泉实验的过程以及原理进行讲解.

图1

案例1中，新西兰教师选择的载体是与生活密切相关的教学内容，她更注意科学过程和方法的引导，且对所讨论的内容在原理上作了适当的近似处理和简化，也可以说运用我们物理科学方法中的理想化方法，用源于生活的简单方法，实现枯燥内容的教学，更容易引起学生的思考和关注.案例2中，中国教师选择的教学内容是重点学科知识，逻辑推理严密，但在生活中不常见，有点像实验室中的智力游戏，在没有对学生的回答做出评价与解释的前提下，就进入本节课的教学，虽节省时间，但容易造成学生注意力不集中，仍停留在之前的答案上，同时，也可能导致学生对此失去兴趣.这种差异在中外科学教育教学中普遍存在.结合生活中的相关问题，是常见的国外教学设计的载体，而我国教师则更注重教学难点和重点的突破.中外科学方法教育教学在内容载体选择上明显不同，教学内容要选择适当的辅助材料和方法作为载体，有些教学内容的学习和传授需要特殊的教学载体，在实施科学方法教育中，我们应该根据具体的问题选择恰当的载体，突显出本节课的教学重心，而新颖、复杂的实验不一定就是好的实施载体.

5 物理科学方法教学的方法选择

归纳和演绎是物理科学方法教育的主要方法.而中外在物理科学方法教育当中，对两者的倾向各不相同.

美国科学教师注重演示和动手操作，倾向于在科学教学中使用归纳推理方法.一般选择指导学生从观察生活现象开始，逐步进入概念和理论研究.在教学过程中，选择日常生活中的简单示例，促进学生独立思考，参与实验，进行真正的课题研究.通常由教师提供不同的设计题目给学生，学生根据自己的兴趣和知识背景选择课题.然后，教师引导学生进行整个研究项目—查阅文献、进行调查、收集资料、检验假设、撰写并提出研究报告.通过这种教学过程，学生更能熟练掌握科学方法，从而进一步形成科学精神.［7］

中国教师更倾向于使用演绎推理法，首先由教师提出概念或理论，然后依托教材上的例题进行阐述或论证，演示与实验活动常常容易被忽视.中国学生在课堂上一般是听教师对基本概念、基本问题的讲解，然后通过习题巩固，当对基本概念理解清楚或对基础知识熟练掌握之后，在教师指导下循序扩充到特殊事物的规律上.这种教学模式被我们错误的理解为演绎科学方法的应用，学生在这样的模式下，学习目标仅限于对知识的记忆，根本没有意识到对科学方法的掌握.

6 小结

本文分别从科学方法在教育目标、教材呈现方式、教学内容的载体和教学方法的选择4个方面探讨了中外物理科学方法教育的差异，针对上述比较分析，我们提出以下几点建议.

（1）在物理课程标准的三维目标中，我们对“过程与方法”重视的同时，也应该加强在“情感态度和价值观”目标中进行物理科学方法教育的开展.

（2）物理教材中物理科学方法的呈现，是物理科学方法教育的一个关键点，无论是显性直观的呈现，抑或隐性的呈现方法，单一的呈现手段都不是最有效的方法，通过显隐结合呈现物理科学方法，可以提高教师教授，学生学习物理科学方法的效率.

（3）在教材中增加关于物理科学方法的专题，通过这样的环节，引起师生的关注，同时，也可以提高学生对物理科学方法学习的系统性.

（4）作为新课改下的物理教育工作者，在课堂教学当中应该改变传统的重难点突破是关键的思想，但这不意味着忽略知识的掌握和逻辑的严谨，而是在选择教育载体的时候，可以根据教学目标做出适当的调整，这样更能突出一节课的重点，有利于提高学生对科学方法的重视.

（5）在教师教学中，基于物理科学方法的问题解决手段应该是多角度、多方法的，应该克服传统教学中的思维定式带来的负面影响，对于一个问题的解决选择不同的物理科学方法，能够让学生充分了解、掌握和应用多种科学方法，同时也能提高学生对物理科学方法的学习兴趣.

物理科学方法教育在中学物理教学中越来越重要，教师应该深刻地意识到，掌握物理科学方法对于学生物理学习的意义.通过融合国内外教育方法和手段来实施中学物理科学方法的教育，不断地探索更新更有效的方法，更好地推进我国的物理科学方法教育.

1 张宪魁.物理科学方法教育.青岛：海洋大学出版社，2000.13，25

2 李正福，李春密，邢红军.从隐性到显性：物理科学方法教育方式的重要性.课程·教材·教法，2010（12）.

3 Robin Millar、Jonathan Osborne，Beyond 2000：Science education for the future（A report with ten recommendations）［R］，Robin Millarand Jonathan Osborne 1998（20）.

4 陈连松.从比较的观点看中国与日本的初中物理教育.辽宁师范大学学报（自然科学版），1998（1）：40

5 母小勇，李代志.美国《科学教育标准（草案）》对我国科学教育改革的启示.学科教育，1999（11）：45

6 马宏佳，周志华.中外科学教育教学策略比较.课程·教材·教法，2005（1）.

7 中美中学 物理教学比 较，http：／／blog.163.com／sdyuyou＠126／blog／static／19433978200702710321113／.2007，1.