大学物理思想方法教育资源库的建设及其实施策略＊

朱雄 王向晖

（华东师范大学物理系，上海 200062）

大学物理思想方法教育资源库的建设及其实施策略＊

（华东师范大学物理系，上海 200062）

物理学思想方法教育不是大学物理课程额外的“附加物”，它的地位和作用是由大学物理课程的本质所决定的.本文首先对大学物理思想和方法教育的内涵和意义价值作了明确的定位，并着重论述了我们近几年来在大学物理思想和方法教育资源库的建设过程中实现的“三部曲”的主要内容并作了案例分析.本文还提出了在大学物理教学中实施这个资源库的策略和目标.

大学物理；物理思想和方法；大学物理课程资源库

1 从大学物理课程的本质看物理学思想方法教育的内涵和意义

物理学思想方法教育不是大学物理课程额外的“附加物”，它的地位和作用是由大学物理课程的本质所决定的.

什么是大学物理课程的本质？从根本上说，一门课程就是一种文化，大学物理课程就是进入教育领域的一种科学文化，它的特殊本质是人的学习生命的存在及其活动.我们往往比较容易看到大学物理课程具有“工具价值”，这常常被看成是有用的“硬”的价值，然而我们应该看到大学物理课程的目标取向决不是使人类成为站在自然界对立面上“主宰”自然界的工具；我们有时也会提到大学物理课程具有“理性价值”，但似乎这是没有用的“软”的价值，实际上大学物理的“理性价值”看似无用，实有大用.

大学物理课程具有科学的品格，更具有一种教育意义上的文化品格，它既是一项掌握知识和技能的活动，更是一种价值活动或文化活动，因此，学生学习大学物理的知识和技能，掌握物理学的方法，本质上都是在特定的物理情景中发生的文化行为与文化活动.在这种文化活动中，学生在学校里学习大学物理的过程就是生命存在的一种方式，是学生把自己作为主体与学习内容的客体融为一体的过程，它的价值目标最根本的取向是使学生在物理世界中发展人的主体精神和展现人的生命价值.因此，从文化的意义上看，物理课程作为文化主体的存在，承担着文化建构的使命.学生学习大学物理课程的过程是学生在物理世界里获得生命体验的过程，这种生命体验的过程也就是人属于自然界的一分子与自然界一起和谐发展的过程.

大学物理课程的文化建构既需要重视物理课程对于提高学生科学素养（包括科学思想、科学精神、科学方法和科学态度）功能的价值，也需要重视物理课程对于提高学生人文素养（包括认识人与社会、人与自然的关系和体会人的尊严、人的价值、人的认识局限性）功能的价值.实现这些价值的过程就是师生以课程实施主体的地位不断对大学物理课程的实施进行反思，不断推进大学物理课程创新的过程.大学物理课程以它特有的科学内容、科学思想方法和内在的科学精神以及情感动力能够赋予个体生命以价值、尊严、自由和创造力.

很多事实表明，在实现这个创新的过程中加强物理学思想和方法的教育，以物理学家认识世界和创新实践的方式学习大学物理，对于激发学生的创新意识，提高创新能力，展现生命的价值有着重要的地位和作用.就思想方法教育价值而言，作为一门研究物质基本运动形式和物质结构的基础学科——物理学发展显示的方法比其他学科更具有普遍性和代表性.

在很多物理学家的演讲或著作中，我们都可以找到他们关于物理学思想和方法教育重要性的论述.例如，物理学家玻恩指出：“每一个现代科学家，特别是理论物理学家都深刻地意识到自己的工作是同哲学思维错综地交织在一起的，要是对哲学文献没有充分的认识，他的工作就会是无效的.在我自己的一生中，这是一个最重要的思想.”爱因斯坦曾经明确指出：“在建立一个物理学理论时，基本观念起了最主要的作用.物理书上充满了复杂的数学公式，但是所有的物理学理论都是起源于思维与观念，而不是公式.”

由此我们可以得出，大学物理学思想方法教育的内涵和意义应该是：“在传授物理学知识的过程中揭示物理学发生、发展和演化及其相应的认识论和方法论变革的历史规律，并对物理学发展的基本趋势和它在科学技术中的地位和作用提出科学的说明，从而使学生在接受物理知识的同时了解人类对自然界的认识发生发展的基本规律；了解物理学家认识和发现物理定理、定律的基本方法，以物理学家认识世界本来面目的方式去认识世界，从而实现个人的智力、智慧和创造力的发展与科学知识、科学体系的形成过程之间达到基本平行和同步.”［1］

2 我们推进大学物理思想方法课程资源库建设的“三部曲”

大学物理思想方法课程资源库是整个大学物理课程资源库的重要组成部分.作为一种科学资源，国外关于科学思想和科学方法的研究文献早在20世纪30年代就已经形成［2］.我国物理学界对物理学思想和方法的探究始于20世纪80年代.国内学者研究科学方法论的一部史料丰富、脉络清晰的著作则是1986年由上海人民出版社出版的《西方科学方法论史》（作者周昌忠），而1993年由湖南教育出版社出版的《物理学思想史》（作者杨仲耆和申先甲）以严谨详实的史料按历史时期叙述了物理学思想的发生和发展，是学习了解物理学思想的一本很有价值的文献.

1983年山东科学技术出版社出版的《物理学方法论》（作者张涛光）较早地提出了物理学方法教育在物理教育中的地位，并对物理学方法作了分类.从1983年到2008年之间还出版了多本以物理学思想和方法为主题或书名的著作［3］.

在实施大学物理思想和方法教育的过程中，已经出版的很多书籍和文章都已经作为教育资源库的一部分，这些资源可以为大学物理教学提供物理学思想和方法的系统介绍和分析，可供大学物理教学使用和参考.但是在教学中我们发现，这些资源在如何把思想和方法本身的发生和发展放在物理学史的背景下作“纵向”的考察尚显不足，缺乏“动态性”；在如何把对物理学思想和方法的分析渗透在大学物理课程呈现的学科体系中作“横向”的考察也显得不够紧密，缺乏“关联性”，因此，如何进一步完善大学物理思想和方法资源库的建设就成了多年来摆在我们面前的研究课题.

20世纪60年代，布鲁纳、施瓦布等人提出的“学科结构”概念强调了学科是“活”的实体，是不断地生长和改变的知识体.学生学习一门学科，必须对该学科的“动态历程”和某种“心智地图”有所感悟，即了解学科知识的主张从何而来，以及它们得到何种评价.美国哲学家和教育理论家杜威在20世纪初就指出，如果学生以毫无生气或机械化的方式记忆知识提供的信息，那么这样获得的知识是“静止的、冷藏的知识”.他认为，“与思考活动无关的知识是死的，是一种足以扼杀心智的负担”.

对大学物理课程而言，所谓感悟“动态历程”主要就是结合物理学史对物理学科内容及其思想和方法的形成和发展所作的历史考察.离开了这样的“动态过程”显示的“动态性”，面对教材中的物理公式和定理，学生会逐渐感到越学越乏味，充满着抽象感和神秘感，更谈不上理解物理知识的核心价值.这样的大学物理学习过程是毫无生气的，不能激发学生的创造性和批判性，学生由此获得的充其量只能是一种“冷藏的知识”.

对大学物理课程而言，所谓构建“心智地图”指的就是对物理学科体系结构各部分之间的内容在论证逻辑上和物理思想上互相关联所作的思维追踪.失去了这样的“心智地图”显示的“关联性”，学生虽然可以知道“物理公式定律”，但无法理解“物理学科结构”.如果大学物理学习过程与学生的思考过程无关，那么，学习物理学不仅不可能使学生在思维能力上得到改善和提高，反而对学生成为“一种足以扼杀心智的负担.”

从根本上说，“动态历程”和“心智地图”涉及的是归属于哲学范畴的物理学的思想方法问题.对物理学内容思想和方法的学习和研究必须结合物理学的发展作历史视野和整体视野两方面的考察，在科学思想和方法论的意义上认识物理学的思想方法，以体现大学物理课程的学习价值［4］.

正是在这样的理念指引下，我们从2008年起开展了《物理学思想和方法教育资源库》建设“三部曲”的课程建设项目.

我们的“第一部曲”是编写出版了《物理学方法概论》（2008年，清华大学出版社）一书.作为对大学物理“动态历程”的考察，《物理学方法概论》一书的特色是以物理学史进程为背景，以物理学方法论的演化为主线，选取了古希腊时期以亚里士多德为代表创建的逻辑方法，中世纪时期以伽利略为代表创立的实验方法，近代时期以牛顿为代表创建的“分析—综合”方法，20世纪以爱因斯坦为代表创建的概念方法，以申农、贝塔朗菲和维纳等人创建的信息论、系统论和控制论为主要内容的系统科学方法以及复杂性层次上的非线性方法等几个重大发展时期的物理学思想和科学方法作为主要内容，阐述了物理学家力图按照物理世界的本来面目在不断深化对自然界的认识的过程中进行科学探究的方法.

案例1 注重思辨的逻辑方法：归纳、演绎和类比的方法.

逻辑方法是人们根据事实材料，遵循逻辑规律和规则，形成概念作出判断和进行推理的方法.逻辑方法是物理学研究中的理性方法，也是人们正确表述思想和互相交流不可缺少的一种思维方法.大致说来，逻辑方法包括了从“特殊”到“一般”的归纳法、从“一般”到“特殊”的演绎法和从“特殊”到“特殊”以及从“一般”到“一般”的类比法.

现在逻辑方法已经被渗透在大学物理教材之中，并正在大学物理的课堂教学中得到体现.例如，在关于自由落体运动的教学内容中往往会加入一段伽利略对亚里士多德提出的“重物下落得比轻物快”的论断从逻辑上的否定论证，这个论证的方法就是一种演绎推理法.还有伽利略从测量物体从斜面上滑下的过程中得出路程与时间平方成正比的结论当初是从实验中归纳得出的（注意：任何归纳法都是不完备的），而在大学物理力学中这个结论是通过演绎法从加速度积分得出的.尽管结论是相同的，但是对归纳的结果进行了演绎论证，这就是体现了从伽利略开始，后来由牛顿发展的把归纳和演绎相结合的“实验—归纳—演绎—推理方法论”.在力学教学中适当地指出方法论的主要表现，有助于学生在加深对运动学公式意义理解的同时，体会逻辑方法的要点.

注重实验的分析—综合方法：分析和综合的方法.

仍以力学为例.牛顿说：“如果说我看得更远的话，那是因为我站在巨人肩上的缘故.”正是站在伽利略的肩上，牛顿把实验方法论和数学—演绎方法论相结合并创造性地加以发展，超越了伽利略；正是站在培根肩上，牛顿进一步改造了实验方法论，并用微积分的数学工具发展了数学演绎的公理方法，创造性地用分析—综合模式创建了一个完整的科学方法论体系.牛顿继承了并成功地通过自己的科学实践发展了前人创建的“归纳—演绎”方法论，并把它们称为“分析—综合方法论”.牛顿的分析方法的要点是实验—归纳—演绎相结合，旨在发现定律.牛顿的综合方法的要点是确立原理进行演绎—建立理论发现定律—实践检验证实真理.牛顿在科学方法上的成功在于他创造性地把实验和数学相结合，把数学和逻辑相结合，把归纳和演绎相结合，并用分析和综合相结合的方法把它们构筑成了一个完整的科学方法论体系.例如，开普勒的行星运动定律和伽利略的自由落体定律都是通过观察和实验以归纳方法得出的，但牛顿从他提出的万有引力定律出发，以此作为基本原理把它们推导出来.这正是牛顿把归纳—演绎方法相结合以确立定律地位而运用的科学方法.在牛顿看来，在力学中一个是自然的力，一个是论证，有了这两者，力学的精确性是不容置疑的.实际上，牛顿的三大定律就是他推理力学的三条公理.正是从这样的公理体系出发，牛顿演绎出了大量的关于具体物理理论的定律，它们已超出了原来作为基础的公理.这正是牛顿公理体系具有的巨大逻辑力量的来源.牛顿的这种科学方法也延伸到其他学科的发展过程中.

我们的“第二部曲”是编写出版了《物理学思想概论》（2009年，清华大学出版社）一书.作为对大学物理“心智地图”的构建，《物理学思想概论》一书的特色是以当前正在为各类高校使用的若干《大学物理》优秀教材的内容体系为主要依据，以物理学发展进程的丰富史料为主要背景，以物理学知识体系中体现的物理学思想为主要线索，按《大学物理》课程的教学内容分为力学中的物理学思想、热学中的物理学思想、电磁学中的物理学思想、波动和光学中的物理学思想、相对论中的物理学思想和量子论中物理学思想等六章阐述了主要物理学思想的表现以及形成发展的历史轨迹，探讨了物理学思想与哲学认识论和方法论的关系问题.对目前在物理教学中涉及的有关的物理学思想和方法论问题也作了适当的评述.

案例2 从力学和静电学的不同研究对象看静电学包含的“从头开始”的思想.

19世纪中期，法拉第和麦克斯韦就提出，“电磁力”是不同于“万有引力”、需要“从头开始”研究的对象.爱因斯坦敏锐地洞见了物理学发展史上这一重大转折，明确指出，牛顿的公理式方法已经不适用了，并进一步指出“在研究电和光的规律时，第一次产生建立新的基本概念的必要性”.

“从头开始”意味着什么？显然，“从头开始”指的是对电磁力的研究需要开辟新的完全不同于对万有引力研究的道路.这主要表现在：第一，牛顿仅得出质点之间存在万有引力的表示式，没有揭示万有引力的起源，而且引力是与物体的运动速度无关的.然而，在电磁学中电磁力的产生却来自带电体的物质结构，它的大小与方向与带电粒子的速度是密切相关的.第二，牛顿把物体之间的万有引力看成是一种“超距作用”，力的传递是即时的，传递速度无限大；但是，电磁力的作用不是“超距的”，传递速度是有限的.第三，牛顿以“三大定律”作为公理推理出其他定理，从而建立了一整套经典力学的理论体系，但是电磁学却不是基于公理体系建立起来的.相对于力学而言，整个电磁学理论体系的建立就是“从头开始”建立起来的，而静电场就是“从头开始”的开始.

在研究的对象上，力学研究的是质点运动状态描述及质点运动状态变化与外力的关系.静电学研究的对象不是场源点电荷，而是由场源电荷产生的“场”；也就是说，“电场”一旦得以产生，就可以把它作为独立的对象进行研究.此外，力学中的质点是一个“实体”，两个质点不可能同时占有同一空间位置，但两个点电荷在空间同一点产生“场”是可以叠加的.

在研究的逻辑层次上，力学先确定对质点状态的描述，再研究状态的变化及力的作用.而静电学一开始却先从定义“库仑力”开始，然后引出了对“场”的状态的描述.静电学强调，电场强度和电势都是描写电场本身性质的物理量，只与场源电荷有关，与检验电荷电量大小无关.由于开始只讨论静电场，因此，电场强度和电势都还不是时间的函数，只与场点的位置有关.后来，当人们从“静”到“动”，不仅发现了与电荷运动无关的静电力，还发现了与电荷运动速度有关的磁力以及与电荷运动的加速度有关的“电动力”，牛顿理论的那种研究模式在电磁学中就被完全改变了.

我们的“第三部曲”是编写出版了《大学物理学习导引——导读，导思，导解》（2010年，清华大学出版社）.

如果说，前两本书主要是为教师提供物理学思想和方法教育的课程资源，那么第三本书主要是为学生的学习提供物理学思想和方法的课程资源.

我们之所以把该书取名为《大学物理学习导引——导读，导思，导解》，是希望本书区别于一般的大学物理学习指导书，从历史视野和整体视野上，从理解和感悟物理学思想和方法意义上为学习大学物理课程的学生提供一个学习的导引.这个导引以导读、导思和导解为主线贯串全书.

“学习导读”是每一章的主体部分.

为什么需要“学习导读”？在学习大学物理每一章内容的开始，学生往往容易产生的一个想法是，为什么要学习这部分内容？从这部分内容能够学到什么？从认识论角度看，产生这样的想法是很自然的.当一个人参加旅游团第一次到达一个陌生的城市时，他可能会发问，为什么要安排这个旅游点？到这个城市来能够观赏到什么景色和获得什么感受？对此一个好的导游就会做出详细和明确的讲解，使旅游者对这次旅游的目的和途径获得一个大致的了解，从而在旅途中保持一定的主动性，这就是“导游”的作用.同样，学生在开始学习大学物理课程时，为了实现从被动的学习方式向主动的学习方式的转变，同样需要一个“导游”——这就是“学习导读”.例如，第一章学习结束后为什么要进入第二章的学习？什么问题在第一章得到了解决，但是还有什么问题没有解决？第二章将会从什么角度提出问题，在物理学发展史上物理学家用什么物理学方法探讨了物理现象及其规律等等，这就是“学习导读”应该包括的主要内容.

从教材编写的角度上看，一本优秀的大学物理教材的编写者在构思教材内容框架时一定包含着编写者自己如何提出问题和解决问题的理念和意图，但由于教材篇幅的限制，这样的理念和意图一般是不写在教材上的，需要学习者自己去领会和感悟.从物理学发展史上看，一个重要的物理问题的提出和解决，一个物理定律和定理的形成总有它的地位和作用，总会蕴涵着一代一代物理学家对问题思考和分析的思想方法，他们的成功之道对后人来说是比具体知识更有价值的一笔“财富”.但是由于受到课程内容的限制，这样的思想方法一般也是不会被写在大学物理教材上的，然而对于学习者来讲，这是完整的学习过程所必需的，尤其对于体现基础课程的地位和价值是完全必要的.虽然没有这样的学习过程，学习者可以记住定律和定理，可以解出难题，但是，他无法获得对大学物理学科知识体系的整体把握.如果没有对整个学科从历史和整体上的把握，缺少了对学科中蕴涵的物理思想和方法的感悟，那么学习者记住“定理”和“定律”再多也是没有意义的.本书在“学习导读”栏目中力图把物理学发展史和渗透在物理学史中的物理学思想方法结合在一起，既引导学习者经历一个“动态”的学习历程，也引导学习者构建一个“心智地图”，这样的“动态历程”和“心智地图”将有助于提升学习者的全面素养.实际上，这样的“导读”方式不仅在学习大学物理课程时是必需的，在学习其他课程时也是必要的，与其他课程相比，大学物理课程在这方面显然有着其他课程所不可取代的价值和作用.

案例3 “质点运动学”导读.

运动学首先以质点为模型，讨论质点运动学.所谓质点运动学就是指研究质点位置在哪里、质点运动状态是什么以及质点的运动状态怎样随时间改变的物理学的一个分支.本章内容对学生可能并不陌生，其中关于匀速运动和匀加速运动的路程公式和速度公式可能早被学生背得“滚瓜烂熟”，那么，为什么在学习大学物理一开始还要学习这部分运动学内容呢？大学物理的运动学与中学物理学习的内容有什么区别吗？

确实，从内容的表述上和公式的形式上看，似乎大学物理与中学物理没有什么不同，初学者往往产生的一个印象是，大学物理不过是中学物理加上一点高等数学而已.这是对大学物理课程的一种误解.从建立的物理理论体系看，中学物理分别讨论路程和位移、平均速度和速度和加速度及其运动的公式，这些公式只能适用于匀速运动和匀加速运动.而大学物理却通过高等数学工具建立了从位移依次微分得到速度和加速度和从加速度依次积分得到速度和位移的一般关系，由此可以讨论更一般的变加速运动的运动规律，中学物理课程中的匀加速运动的路程和速度公式只是其中一个特例而已.因此，大学物理关于质点运动学的理论比中学物理更着眼于对来自实验和观察得到的一般过程和结论.如果说，中学物理讨论的是“特例”，那么大学物理就从“特殊”上升到“一般”，大学物理具有比中学物理更加严密的逻辑性和系统性.

特别值得注意的是，大学物理关于物理学思想和方法的渗透比中学物理体现得更加突出，而这些思想和方法的渗透正是从力学的运动学开始的.

例如，在中学物理中学生学习过路程，位移，速度和加速度等物理量，但在大学物理中仍然从讨论这些物理量开始，这是不是不必要的重复呢？仔细考察可以发现，中学物理讨论速度和加速度是通过对生活经验和实验结果的直接观察得出的，这是一种基于观察事实进行归纳推理的方法.而大学物理在运动学中着重展示了从定义位置矢量到定义速度和加速度矢量的过程以及从加速度矢量可以得出速度和位移矢量的过程，这是一种基于数学原理进行演绎推理的方法.

又如，中学物理使用的是初等代数工具，它只能描述物理量之间的静态关系.大学物理利用的是高等数学的工具.它描述的物理量之间的随时间的动态变化关系.正是从运动学开始，数学工具的改变不仅大大延伸了力学讨论的范围，而且体现了物理学描述事物“从静到动”的认识论思想和逻辑推理的科学方法.

在大学物理课程中，时间t是作为参数出现在微积分的表示式中的，例如，通过位移对时间变量的微分可以依次得到速度和加速度，反之由加速度通过对时间变量积分可以依次得到速度和位移，由此可以建立一系列运动学公式.一般地讲，运动学得出的路程、速度和加速度表示式都是时间的函数，因此，任何物体的运动变化都是用空间和时间来度量的.运动学一系列公式虽然是用数学符号来表述的，实际上已经渗透了时间和空间的思想.

此外，从大学物理的力学开始，物理量分为“基本量”和“导出量”，“强度量”和“广延量”等等，这里体现的就是物理学的一种重要的分类思想.可以说，没有分类就没有认识和研究的具体对象，没有分类就没有物理学中的归纳演绎方法；没有各种分类就不能进行类比，也就没有物理学中的形象思维.物理学中这样的分类的思想和方法正是从运动学中定义“基本量”和“导出量”开始的.

在运动学中，大学物理按照质点运动函数的表示式对运动作了分类.在直线运动中把从位移出发演绎推理的结果主要用于重新导出了匀速运动和匀加速直线运动的相关公式，在曲线运动中主要用于重新导出了抛体运动和圆周运动的公式.由于在运动中位移、速度和加速度之间的公式在中学物理中都已为学生所熟知，初学者往往感到这是不必要的重复，于是以“短平快”的学习方式跳跃过去.实际上，大学物理课程中之所以再重新得出上述公式，其目的正是在于以运动学演绎推理的结果与学生已有知识的相符合来渗透演绎推理方法的基本过程并由此证明演绎推理方法的一般性和正确性.

由此可见，运动学在大学物理中占有重要的地位.大学物理的力学不是中学物理公式的简单重复，而是在物理思想方法上对中学物理的深化和发展.

从学科体系内容的逻辑关系上看，本章建立的运动学描述（物体质点位置在哪里、质点运动状态是什么以及质点的运动状态怎样随时间改变）为下一章讨论动力学问题（物体运动状态改变的原因以及变化的规律）奠定了基础，而只有建立了质点运动学和动力学的描述，才能讨论质点的动量守恒定律、能量守恒定律等基本规律.

因此，开始学习大学物理时，学习者既要看到与中学物理的联系，更要看到大学物理与中学物理的区别.“联系”指的是从中学物理到大学物理在知识内容和体系上的一种“衔接”，学习者注重这样的“衔接”是完全必要的；“区别”指的是从中学物理到大学物理的在思想和方法上的一种“提升”，学习者把握这样的“提升”是完全必须的.

“本章的主要内容体系和学习指导”栏目是每一章的重要内容.如果说，“学习导读”是一个从历史和整体上引导学生对内容的把握，那么“本章的主要内容体系和学习指导”是一个从具体知识体系和学科思想和方法上引导学生对物理内容的把握.在这个栏目中不仅列出了知识的框架，还同时伴以“学习指导”，以尽可能体现具体知识在结构上的互相联系和学习的主线.

作为“导解”，“例题分析”栏目选择了一些典型的例题从“情景解析”，“解题步骤”和“拓展思考”三个方面作了分析表述，对部分例题，还添加了“错解分析”栏目，这样的分析是针对目前不少学生在解题过程中存在的“代公式，凑答案”的不良学习习惯而设计的.“情景解析”是为了引导学生学会如何提出问题而设计的；“解题步骤”是为了引导学生学会分析问题和有条有理地合乎逻辑地表述问题而设计的；“错解分析”是我们针对学生经常会出现的错误（学习中的错误往往是教学的一笔“财富”）而设计的；“拓展思考”是为了引导学生从解题的学习过程中不满足于得到“标准答案”，而是学会“由此及彼”地进行更深入的思考而设计的.在“自我检测”栏目中提出了若干“讨论题”，以引导学生从物理学思想和方法论的层次上对物理问题进行更深入的思考.

3 我们对大学物理思想和方法论资源库的实施策略

1）“学史”和“学论”相结合.在大学物理教学过程中结合讲解物理定律讲一点物理学史已经成为很多教师经常采用的教学方法.学一点“史料”可以激发学生的学习兴趣，可以了解物理学家发现物理问题、提出物理问题和解决物理问题的过程，有助于学生加深对物理定律的理解和掌握.

应该看到，物理学史不是由史料的罗列和堆积而成的，一部物理学史就是“研究人类对自然界各种物理现象的认识史，研究物理学概念和思想发展和变革的过程，研究物理学史怎样成为一门独立学科，怎样不断地开拓新领域，怎样产生新的飞跃，它的各个分支怎样互相渗透，怎样综合又怎样分化.”“物理学史是一块蕴藏着巨大精神财富的宝地.”［8］

物理学思想和物理学方法是指在物理学各个发展阶段中逐渐萌发出来并成长为这个阶段物理学最重要的、对促进和发展以后物理学认识有突出影响的物理学的主流思想以及科学的方法，这些思想和方法既体现在物理学家对他们研究领域和研究工作的思考、理解和认识以及创造性发展的过程中，也体现在与不同学派和不同观点的比较、切磋和争论以及逐渐为同行所认可的过程中.在一个时期占有突出主体地位的物理学思想和物理学方法不仅给那个时期的物理学发展打上了深深烙印，而且对以后物理理论的发展方向和速度产生着重大的影响.

因此，学习物理学史不等于对物理事件的背诵和记忆，也不是仅仅作为引起学生兴趣的“点缀”而在课堂上所作的某种“补充”.学习物理学方法也不是对方法论条条框框的死记硬背，物理学方法也不是以达到更快地对付“题海”为目的而编制的“方法”.学习物理学史和物理学方法是对人类精神财富宝地的深刻领悟，对物理学家不断开拓和发展人类认识过程和思想的总结提升.“学史”和“学论”是相互交织在一起的.

2）“显性”和“隐性”相结合.在大学物理教学中进行物理学思想和方法的教育，一种是显性的，在学生已经理解物理概念和物理定律的基础上教师可以以总结物理定律发现过程的方式指明其中渗透的物理学思想方法或要求学生以课外写作小论文的方式课后查找有关文献梳理物理学定律中体现的物理学思想方法.另一种是隐性的，一个物理教师应该通过自己对教学内容的理解和再创造，从具体的物理学内容中结合物理学史去揭示出体现在物理学公式、定理和定律中的物理学思想方法，并以学生容易接受的方式向他们展示——其中包括引导学生进行探究性的学习——以启发学生对物理学思想方法的思考和领悟.“显性教育强调明了”，而“隐性教育重在渗透”［9］.

3）“言教”和“身教”相结合.进行物理学思想和方法论的教育，需要“言教”，即需要教师结合物理学的内容进行适当的点拨和引导，无论“显性”的教育还是“隐性”的教育都是“言教”的方式；除了“言教”外，更需要进行“身教”，即需要教师在引入物理概念，分析物理问题到得出公式定律等结论的教学过程中把物理学思想方法的各个要素化解为课堂的教学行为，给学生以物理学包含的思想和方法的潜移默化的教育.

4）“灌输”和“感悟”相结合.心理学研究表明，任何一种能力或技能都是在学习主体参与了相应的实践活动后才得以形成和发展的.在课堂教学中加入物理学史和思想方法的内容有助于抓住学生的注意力，激发学生的求知欲望；有助于充分调动学生进行外部感知活动和内部思维活动的积极性，促使学生主动学习.

研究表明，只有当学习主体对自己的学习过程获得比较具体深刻的认识后，才能容易引起学习方法的迁移.学生在经历一次学习活动以后，他意会到的学习过程往往是在不自觉中获得的一种体验.这种体验的性质与程度也是因人而异的，或朦胧、肤浅，或清晰、深刻.但就某一学习者个体而言，此时获得的对学习过程的认识还是处于浅层表面的，意会到的“关于思想和方法的知识”还不具备广泛的适用性和较强的迁移功能.因此，教师在教学中加入物理学史和物理学思想方法的内容，就要让学生“不仅知道完整的结果，而且要追溯到结果的步骤”，即引导学生反思、总结自己的学习过程，把握正确的学习方法，进而感悟学“物理”更学“做人”的人生道理.

4 来自理科学生的一个反馈信息

我们最近对数学、物理、化学和教育信息技术四个专业的513名理科学生作了一个问卷调查，其中有一道选择题是：

作为一名理科学生，你认为学习知识和学习科学思想方法的关系应该是

（A）在学习知识的过程中要重视学习其中包含的科学思想和方法，对今后的发展而言，后者比前者更重要；

（B）在学习知识的过程中也要学习其中包含的科学思想和方法，对今后的发展而言，前者比后者更重要；

（C）在学习知识的过程中，掌握知识和理解科学思想和方法是同样重要的；

（D）在学习知识的过程中，只要掌握知识就行，这是实的，有用的，科学思想和方法是虚的，没有用的.

调查的结果表明，选择（A）的学生数是299人，占整个被调查学生总数的58.3%，选择（C）的学生数是142人，占整个被调查学生数的27.7%，以上两者相加，认为在学习知识的过程中，学习和掌握科学思想和方法的重要性不低于学习知识重要性的学生数占被调查学生数比例高达86%，而选择（D）的学生是14人，仅占整个被调查总数的2.72%.

图1 问卷调查结果统计分布

这些数据表明，学生对于学习科学思想和方法有着强烈和愿望.基于学生主体这个本体资源的需求，我们的大学物理课程改革应该重视研究和实施物理学思想和方法教育，在建设条件资源库的同时，更加重视建设本体资源库，从而补上这方面教育存在的缺失，更好地体现大学物理课程的基础地位和作用，不断提高大学物理课程的教育教学水平.

［2］ 1923年由大不列颠出版社作为科学哲学系列中第5卷出版的《Scientific Method》（作者A.D.Ritchie）就是一本关于科学方法论的早期著作.而最近期的科学方法论著作则是1997年在美国和加拿大同时出版的《Scientific Method——An historical and philosophical introduction》（作者Barry Gower）

［3］ 按照出版时间的先后排列，它们分别是：

（1）张宪魁，王欣.物理学方法论.西安：陕西人民教育出版，1992

（2）王溢然，束炳如.中学物理方法丛书.河南教育出版社，1993

（3）张遥.中学物理方法.黑龙江科技出版社，2002

（4）项红专.物理学思想方法研究.杭州：浙江大学出版社，2004

（5）吴宗汉，周雨清.物理学史与物理学思想方法论.北京：清华大学出版社，2007

（6）张宪魁，李晓林，阴瑞华.物理学方法论.杭州：浙江教育出版社，2007

［5］ ［美］小威廉姆，E.多尔.后现代课程观［M］.王红宇译.北京：教育科学出版社，2000，p12

［7］ 郭奕玲，沈慧君.物理学史［M］.2版.北京：清华大学出版社，2005年8月，前言，第一版序

［8］ 李正福等.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）：71～73

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2011－11－21）

＊资助项目 2010年教育部高等学校物理基础课程教学指导分委员会资助课题项目批准号：WJZW－2010－29－hd.