浅谈物理科学方法显性化教学的艺术

张甜云 袁海泉

[摘 要]随着物理科学方法隐性化教学中存在的教学目标不明确和教学效果不明显等问题的日益突出，物理科学方法显性化教学受到越来越多的关注，但是对物理科学方法显性化教学的方法与技巧的讨论不太丰富。文章将结合案例论述物理科学方法显性化教学的艺术，以便物理科学方法显性化教学在课堂教学中更好地落实。

[关键词]物理科学方法；显性化；教学；艺术

[中图分类号] G633.7 [文獻标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）29-0036-03

所谓物理科学方法就是运用现有的物理知识对物理进行深入的学习和研究，找到解决物理问题的基本思路和方法。简单点说，物理科学方法就是研究物理现象、描述物理现象、实施物理实验、总结物理规律、检验物理规律时所应用的各种方法和手段。

物理科学方法教学是指在物理教学过程中，结合物理知识有目的、有计划地渗透和传授物理科学方法，使学生受到科学方法的熏陶和训练，达到促进知识的学习、能力的培养和科学素养的提高的目的。物理科学方法显性化教学就是在进行物理科学方法教学时，明确指出这种物理科学方法的名称，传授与该方法相关的知识，揭示方法的内涵，说明方法的使用条件。显性化教学主张大张旗鼓地开展科学方法教学，它的形式是外显化的，强调的是传授和训练。显性化教学方式下物理科学方法的教学目标更明确，教学要求更高。具体的物理科学方法显性化教学可以从以下几方面着手。

一、介绍物理学史，点出物理科学方法

在物理课堂教学中树立历史的观点是物理教学对物理教育工作者的要求。开发和利用蕴含在科学研究过程中的物理科学方法，展示科学家的思维过程，能使学生更全面系统地体会物理科学方法。关键就是教师在教学时向学生介绍相关的物理学史，点出物理学史中所涉及的科学方法，并向学生解释该科学方法。

比如在“牛顿第一定律”这一节教学中，教师首先介绍伽利略理想实验的物理学史：伽利略让一个小球沿斜面从静止状态向下运动，小球将冲上另一个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度；减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍将到达同样的高度，但这时它将运动得远些；继续减小第二个斜面的倾角，小球仍将到达同样的高度并且运动得更远。若将第二个斜面变成平面，小球将一直运动下去。再介绍什么是理想实验法：在实验基础上经过概括、抽象、推理得出规律，但得出的规律却又不能用实验直接验证的方法叫理想实验法。接着再演示实验。

通过介绍物理学史，学习物理科学方法，可以激发学生的学习兴趣，加深学生的印象。但是在这一过程中教师要有意识地营造有利于对学生进行物理科学方法教育的环境和氛围，只有这样，学生才会对所教科学方法有深刻的印象，并能逐步体会和掌握。

二、运用异中求同，复习物理科学方法

物理科学方法具有高度的抽象性，学生需要经过长期的、多次的、多角度的学习才能够真正掌握。在大量的、表面上看起来毫无联系的物理问题中，往往可以找到解决这些问题所用到的相同的科学方法。在课堂教学中，物理科学方法的教学就可以从表面上看起来毫无联系的物理问题的解决中发现相同的物理科学方法。这种教学方式就是异中求同。

在进行功率概念教学时，教师问：（1）小明的教室在五楼，通常他上楼需两分钟，有一次他跑步上楼只花了一分钟。这两种情况下，哪种上楼方式做功快？（2）人挖土和挖土机挖土，哪种方式做功快？（3）怎么样比较做功快慢？

生：相同功比时间，相同时间比功。

教师继续提问：功和时间都不同的话怎么比？我们曾经学过类似的比较快慢的方法，请大家回忆一下。

学生回忆：学习速度时，路程相同比时间，时间相同比路程，路程时间都不同时，比较路程与时间的比值（速度）。

师：用的是什么方法？

生：比值定义法。

师：很好，我们曾用单位时间内通过的路程来表示物体运动的快慢，与此类似，我们也可以用单位时间内做的功来表示做功的快慢。这种方法叫作比值定义法。物理学中，功与做功时间的比值叫功率。

此方法的优点是运用已学物理科学方法学习新的内容，加深学生的印象，更有利于学生对物理科学方法的掌握。学生在学习了这种科学方法之后，在以后的学习当中，遇到难的知识点，就会自己联系前面学过的简单知识点。在物理上很多方法都会一直用到，从最简单的控制变量法，到之后的比值定义法，学生在学会这种方法之后会受益良多。异中求同这种教学方式可以让学生领略物理科学方法的抽象性、灵活性，经过多次的、多角度的科学方法教育，提升学生对科学方法的理解。

三、通过问题诱导，引出物理科学方法

问题诱导就是指在物理课堂教学这样一个特定的、有目的的教学过程中，教师为了达到一定的教学目标、完成教学任务，围绕某个问题或问题连续体进行物理课堂教学，使学生在具体的物理问题情境中、在教师的引导帮助下主动地思考、探究，通过学生亲自参与的探究，最终解决问题，实现科学方法的教学。教师在进行物理科学方法教学时，要让问题诱导学生进入物理情境、回忆相关经验、展开思维活动、寻找科学方法并寻求对问题的解释，紧紧围绕问题这个核心展开教学。

在“质点”概念的教学中，利用问题诱导方式进行的教学过程如下。

师：北京到南京距离约为1200km，一列长为400m的火车在两地之间运行。若要在10个小时的时间内完成整个运行过程，则火车运动的平均速度至少是多少？

生：平均速度至少为120km/h。

师：你们是怎么算的？

生：路程除以时间。

师：路程是多少？

生：1200km。

师：那么火车的长度400m为什么不算在路程里呢？

生：北京到南京的距离为1200km，而火车自身的长度才400m，这400m对整个运行的距离和时间影响很小，可以忽略不计。

师：如果同样还是这列火车，我站在火车旁不动，测量出火车经过我的身旁用了3分钟。问火车在这段时间内的平均速度为多少？

生：这段时间内的平均速度约为2.2m/s。

师：这次能不能忽略火车的长度呢？

生：不能。若忽略了火车的长度，这个问题就没有办法解决了，就没意义了。它主要是考虑到火车的长度，才能用这种方法测量火车的速度。

师：很好。你们能用天体运动的知识来说说什么是一年？什么是一天吗？

生：地球绕着太阳公转一圈的时间是一年，地球自转一圈的时间是一天。

师：在我们考虑地球绕太阳公转问题的时候，我们考虑地球自转的影响了吗？

生：没有考虑。这个时候我们可以把地球当作一个点在绕着太阳运动。

师：那么我们在考虑一天时间的长短的时候，主要考虑的是什么？

生：主要考虑的是地球的自转。

师：这个时候能不能还把地球当作一个点来处理呢？

生：不能。

师：好。那么，我们能不能从这两个实例总结一下什么时候我们能够忽略一些因素，把物体当作一个点，我们的依据是什么？

生：如果一些因素对问题的计算影响不大，就能忽略。反之，则不能忽略。能不能把一个物体当作点主要取决于要解决的问题。

师：对。当一些因素对我们所研究的科学问题来说是次要因素时，可忽略不计。只考虑主要因素的影响，而忽略次要因素的影响，这种科学方法就叫作理想化的方法。它是我们在研究复杂的世界时常用的一种物理科学方法。这种方法忽略次要因素、突出主要因素，可以把我们的问题简化，便于抓住本质、解决问题。对物体来说，如果物体的形状、大小或体积对我们所研究的问题是次要因素，在忽略了物体的形状、大小和体积之后，可以只把物体看作有质量的一个点，这样的理想模型就叫作质点。

问题对学生的思维活动和实际活动起着重要的导向作用，会引导学生的思维活动过程，为学生的思维加工提供明确而具体的方向。问题也能够激发学生的学习兴趣，激发学生思考和探索的动机。而且解决任何问题，都是在已有的知识经验基础上进行的，通过问题诱导策略，恰能有效引发学生对相关内容的反思，唤起原有的知识经验。

四、参与过程体验，学习物理科学方法

过程体验就是指要让学生亲身经历解决问题的过程，并且在此过程中联系已有的知识经验，形成自己对遇到的新问题的解决思路、要采取的科学方法等认知，并通过问题的解决，顺利实现带有个人体验的科学方法和新知识的意义建构学习。

在探究影响摩擦力大小的因素中，可利用过程体验处理教学过程。

教师先让学生做个小活动：手按在书本封面上摩擦，手在桌面上摩擦，再用点力使手在桌面上摩擦，让学生根据自己的感受猜想影响摩擦力大小的因素，一般学生会猜想跟接触面大小和接触面粗糙程度都有关系，然后教师问“如果摩擦力大小跟这两个因素都有关系，怎么研究？”学生回想之前学过的知识，答出“用控制变量法进行实验”。教师再讲解一遍控制变量法的定义：它就是在研究多个物理量之间的关系时，先研究其中两个量的关系，保持其余量不变，再改变研究的两个物理量，并保证其余的量不变，最后将研究的结果综合在一起，从而得出多个量之间的关系。然后让学生自己设计实验运用控制变量法探究。

此设计的优点就是全程让学生参与思考，动手实验，得出结论，这样的设计有利于学生掌握物理科学方法，而且也体现了学生的主观能动性，确保了学生的主体地位。物理是一门以实验为基础的科学，学生参与过程就是参与实验。比起直接给出实验结论，让学生跟着教师得出的结论，这样学生的记忆会更加深刻。同时还可以锻炼学生的动手能力和思考能力。

五、通过归纳总结，明确物理科学方法

这种方法就是教师先进行教学，教学后归纳所用到的物理科学方法。归纳总结分两种情况，第一种是教师归纳总结，第二种是教师引导学生进行归纳总结。在此，以教师归纳总结为例进行教学设计。

在牛顿第二定律的教学中，学生第一次接触比例系數法。在上一节课的教学中，教师运用多媒体播放了演示实验，根据图像关系，引导学生总结a、m与F可能存在的关系，学生得出a∝F/m的结论。所以在进行这节课的教学时，教师首先带着学生回忆上节课所学的内容，然后引导学生通过正比例关系式y=kx，则得出F=kma的关系。接着对牛顿第二定律F=kma进行讲解（强调F为物体所受的合外力、a为研究对象因F作用而产生的加速度、m为研究系统的总质量）。通过讨论对比可以知道，k是一个比例系数，国际上k=1，那么为什么呢？接下来向学生讲解k=1的原因（习惯上所有的物理量都取国际单位，即质量m的国际单位是kg，加速度a的单位是m/s2，但是当时力F的概念还没有被提出，所以人们就规定了，什么是力呢？我们认为使质量为1kg的物体由静止状态到获得1m/s2的加速度所需要的劲儿就是大小为1kg·m/s2的力，这个国际单位就是牛顿（N）。由于k是一个比例系数，并没有实际意义，在上式中就可以使k=1，上式就简化为F=ma）。最后教师总结，得出公式F=kma的方法叫比例系数法。

总结归纳也是科学教学必不可少的一个环节，毕竟一节课有45分钟，所有的学生都不能保证在这段时间内都能集中注意力，那么势必会遗漏一些。对于这个问题，总结归纳就是一个很好的方法，最后的总结，教师会提出本节课的学习内容，重点是什么，这样对于每一位学生都是一个很好的帮助，这就是它的优点所在。

在中学物理教学中，物理科学方法的显性化教学很有必要。但是教师要注意不能单纯地只讲科学方法，而要将物理知识教学与物理科学方法教学有机结合，要有意识地让学生掌握科学研究的基本方法，将其内化为学生自己的思维方式，促进学生科学素养的提升。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 张宪魁.物理科学方法教育[M].青岛：中国海洋大学出版社，2000.

[2] 李正福，李春密，刑红军.从隐性到显性：物理科学方法教育方式的重要变革[J].课程·教材·教法，2010（12）：71-74.

[3] 李莉.高中物理课堂中渗透科学方法教学的研究与实践[D].兰州：西北师范大学，2007.

[4] 侯爱琴. 高中物理科学方法显性教育的实践研究：以高中物理力学部分为例[J].物理教师，2014（8）：8-11.

（责任编辑 易志毅）