中学物理教材中物理科学方法教育的研究

刘晓燕

科学方法是人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的正确的思维、行为方式，是人们认识和改造自然的有效工具。作为一种基本的研究途径、方式和方法，它与自然科学的概念、规律等知识是平行的，包含在自然科学的范畴之中。〔1〕新课程标准要求在突出科学探究内容的同时，重视研究方法的指导，使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中，逐渐拓宽视野，初步领悟到科学研究方法的真谛。

一、物理科学方法

物理科学方法指在严格的科学条件下，通过严密的观察实验 （观察和实验的方法）和严格的逻辑推理 （理性思维的方法），去伪存真，去粗取精，由此及彼，由表及里，找到事物内部各部分之间及事物与外部环境的相互关系和相互作用，确定由相互作用产生的结构、运动变化和因果关系，形成规律性的认识的过程中所使用的方法。〔2〕物理体系自身包含着丰富的科学方法，它既表现在知识的结构上，也表现在这些知识结构的建立过程中。

二、物理教材中的科学方法教育

物理学科是一门具有方法论性质的一门学科，蕴含着丰富的科学方法，教师要在物理教学中利用这些资源，让学生学习物理概念和规律的同时，掌握科学方法，提高分析问题和解决问题的能力。新课标中提到教师 “要根据学生的具体情况，对教材再加工，有创造性的设计教学过程”。开展物理科学方法教育，必须结合教材进行。

综观中学物理教材，常见的物理科学方法主要分为观察和实验的方法、逻辑思维方法、数学方法等几类，其中每一类科学方法在物理教科书中都有各自具体的体现，如控制变量法、等效替代法、转换法、理想化模型法、类比法、假设法、放大法、累积法、分析、归纳、抽象、概括等方法。

以往的教学观点认为方法只能潜移默化地渗透，主要靠学生自己领悟，因此我国物理科学方法教育方式长期以隐性教育为主。在我国传统的物理教学中，一般是以知识的内在联系为线索展开的，对知识点的逻辑联系采用显性处理，而科学方法大多蕴含在知识的发展过程中，往往很少直接点明用了什么科学方法。反思物理科学方法的这种教育方式，是教师当前的重要课题。

三、物理方法显性教育的意义

物理方法的学习属于心智技能或认知策略的学习，心智技能作为技能的组成部分，直接调节心智技能活动，其形成过程包括三个基本阶段：①原型定向；②原型操作；③原型内化。〔3〕而心智技能培养是借助语言来实现的，所以教师如果不能将物理方法显化，就难以促进学生能力心理结构的形成与发展，就不能使学生真正掌握物理方法。

在教学过程中，物理方法先以陈述性知识保存在学生头脑中的，经过一定量练习，学生将这些物理方法转化为程序性知识。随着多次练习，这些物理方法就逐渐地内化到学生的头脑中，成为学生的心智技能或认知策略。从教学论的角度看，显性教育能够唤起学生学习物理方法的意识，有利于使学生把掌握物理方法作为明确的学习目标，这就使得学习目标与教学目标达成一致，从而促使学生主动学习物理方法。反之，以往对物理方法的隐性教育方式，就淡化了学生学习物理方法的意识，不利于学生掌握物理方法。对于知识应用过程中物理方法教育，更应将物理方法转化为外显的可操作的程序，当学生再次面临一定的情境，在没有任何提示的情况下，主动选择并正确地使用认知策略，这时学生已经掌握了物理方法，也就达到了教是为了不教的目的。

四、物理教材中科学方法显性化的实施途径

（一）教材分析

教学工作的一项最基础、最重要的工作就是教材分析，落实科学方法教学则需要及时分析教材内容，整体把握教材中的科学方法，体会编者的编写意图，这样能使我们在进行科学方法教育的过程中有一个总体安排，使科学方法的教育在物理教学中具有一定的连续性。通过对教材进行整体分析，整理出两条线，一条对教材教学知识分析即知识线，一条是对教材科学方法的分析即方法线。编写教案时在传统的教案设计的基础上按知识发展的线索明确标出所用到的科学方法，体现科学方法的显性化。以沪科版高中 《物理Ⅰ》第一章 《怎样描述物体的运动》为例，在本章中，教材首先引入描述运动的一些基本概念，进而通过对直线运动的初步研究，学生学会如何描述物体运动的快慢、运动变化的快慢，为进一步学习更复杂的运动打下基础。而本章所涵含的具体的物理科学方法，如建立质点理想模型的理想化方法，建立速度定义的比值定义法，描述速度、位移和时间关系的图像法，用光电门测量瞬速度的探究实验法等，其教学目标在章首导读中是看不到的。所以要求教师去分析、挖掘本章所涉及到的科学方法，并将教学内容中所有隐含的科学方法都呈现出来，便以学生掌握和理解的科学方法。

（二）教学实施

1.在物理实验中加强物理科学方法的显性教育

物理实验中蕴含着丰富的科学方法，在实验教学中渗透科学方法是科学方法教育的一个重要途径，很多的科学研究方法在实验教学中都有所体现。物理在实验教学中，不能仅仅是实验的简单展示或者再现，而要将实验每一个环节设计时运用到的科学方法阐明给学生听，使学生不仅掌握实验的结论，而且学到了实验者的科学方法，体会到了实验者的科学思想。在探究性实验的教学中，应当引导学生充分挖掘实验中可探究的要素，运用科学的研究方法进行亲身的实践，通过在实践中收获成功的喜悦，感悟科学方法的重要作用。

2.在物理概念和规律的教学中实施物理方法的显性教育

物理概念的建立过程和物理规律的形成过程本身就是科学方法的具体体现。研究发现，在知识点的建立、引申和扩展过程中，知识点与知识点之间建立联系时一定存在科学方法因素，所以在知识呈现的同时，也是科学方法呈现的过程。因此在概念教学中应按照学生的认知规律教给学生形成概念的科学方法，即提出问题→观察实验 （直接感官）→分析、比较、抽象、概括、演绎 （抽象思维）→形成物理概念，使学生学习领会比值定义法、乘积定义法、类分法、比例系数法等物理概念定义的一些基本方法。物理规律是物理知识的框架，和物理概念教学一样，在探索、总结物理规律时，也应重视科学方法的传授，即教会学生：①提出问题→观察实验→归纳、演绎→物理规律；②已有概念和规律→建立假说→实验验证→物理规律；③已有概念和规律→数学或逻辑推理→得出物理规律。使学生学习领会实验归纳法、实验验证法、演绎推理法、类比法等总结物理规律的方法。比如安培环流假说，卢瑟福类比太阳—行星模型，提出原子核结构学说等。

3.在习题教学中实施物理方法的显性教育

根据认知策略学习的相关理论，应用知识的物理方法的学习需要经过如下三个阶段：规则习得阶段；变式练习阶段；策略的运用和迁移阶段。〔4〕在不同阶段，教师应该采取不同的教学策略促进学生学习物理方法。在规则习得阶段，学生是以陈述性知识的形式习得物理方法的，教师要引导学生通过比较几种不同方法的优劣来促使学生对物理方法进行反思，并使学生感受到用物理方法解题的效益。在变式迁移阶段，教师要制定一套外显的可操作技术，讲明物理方法的运用条件，给学生多次变式练习的机会，促使陈述性知识转化为程序性知识。即在解题过程中具体说明何时何处用哪些物理方法，帮助学生更好地学习物理方法。

4.在物理学史中强化物理方法的显性教育

物理学史体现了在一定社会文化背景下，人类认识和探索活动世界的现象、规律和本质的历程，其中包含了物理思想和观念的变革，包括了认识论和方法论的因素。伽利略创立的科学实验方法，改变了从直观感觉推演出结论的思辨方法，强调对直观感觉材料要做理性分析。为了证实重物下落不比轻物快的结论，他登上比萨斜塔做自由落体实验。伽利略还把实际的实验与理论思维紧密结合起来，形成一种新的方法—理想实验的方法，并用此法导致了惯性定律的发现。

其实知识本身是一种客观实在，它们无方法可言，但人们去研究问题探索知识时，必须借助于一定的工具 （如仪器），一定的手段 （包括人的思维），通过一定的操作去观察、去发现，这就体现为方法了。物理教材中的科学研究方法是实现学生增长知识、发展能力、提高素质的一个有效途径。在教学中，教师要成功的利用教材中的科学方法，就需要建立一套较完善的物理科学方法体系，这是一个漫长的过程，需要长期坚持不懈的探索与实验。

注释：

〔1〕邢红军，陈清梅.论中学物理教学中科学方法的教育〔J〕 .中国教育学刊， 2005 （8） .

〔2〕吴元樑.科学方法论基础 〔M〕.3版北京：中国社会科学出版社，2008（3版）.

〔3〕 〔4〕冯忠良.结构化与定向化 〔M〕.北京：北京师范大学出版社，1999.