物理实验教学中科学方法分类研究

孟梨雨

高中物理课程改革实践多年，“过程与方法”目标维度被明确提出，昭示着科学方法教育得到更多的重视与肯定。然而教学实践表明，科学方法教育并没有得到充分有效地开展和落实。有研究[1]认为，造成这一现象的根本原因在于：目前学科教育界始终没有从理论上弄清楚科学方法的分类从而导致不能确定科学方法内容。

一、科学方法分类的相关研究

目前，关于科学方法的分类形式有许多，然而大多缺乏合理的标准与严密的理论思考。在众多分类方式中，我们认为，以下两种分别基于物理学意义的分类，与教学心理意义上的分类为实验方法的研究提供了重要的启发。

（一）物理学意义上的分类

物理学的基本范畴一般认为分为理论和实验，理论分析和实验探索的有机结合推动着整个物理学的向前发展。有研究提出将物理教学中科学方法分为理论方法和实验方法，如图1所示。

这种分类既符合物理学的特点，同时顾及了学生的认知，也是本文研究物理实验教学中的科学方法即实验方法的出发点。

（二）教学心理学意义上的分类

在邢红军教授提出的“智力—技能—认知结构”能力理论中，从能力因素的来源出发，区分了“硬能力”与“软能力”。[2]从这种思想出发，邢红军教授进而提出了能力的组成结构，在“智力—技能—认知结构”理论的建构中，为我们明确指出了两点：第一，明确提出了科学方法是能力的组成部分，这在以往的能力理论中是未有的。第二，进一步把思维方法和科学方法作了明确区分。邢红军教授提出把物理科学方法分为思维方法和物理方法。[3]这样一种分类方式，来源清晰，使科学方法教育内容的研究豁然开朗。

在此分类基础上，邢教授又将其中学科方法又分为获得知识的学科方法和应用知识的学科方法，思维方法分为逻辑和非逻辑思维方法，这种分类理论为科学方法的研究奠定了理论基础。分类如图2所示。

基于以上分类，邢红军等研究者展开了系统的科学方法教育的理论与实践研究，并在实践中取得了相关的成果。以上研究都为物理实验中科学方法的分类提供了重要的启示与研究基础。

二、物理实验方法教育内容分类框架的确立

在上述分类理论基础上，如何明确实验方法的分类是本文要解决的重要问题。事实上，物理学是一门测量科学，物理学家是通过对物理量的测量来描述物理现象的。在物理量的测量过程中我们要经历数据的获得和处理两个阶段。基于此，为了使整个过程的实验方法显化更明朗化，并研究以实验中方法使用的时空条件为标準，按时间的先后顺序，提出将实验方法分为获得数据的实验方法和处理数据的实验方法。

进一步，结合科学方法的教学心理学意义上的分类，将获得数据的实验方法分为获得数据的学科方法和获得数据的思维方法，将处理数据的实验方法分为处理数据的学科方法和处理数据的思维方法。如此分类使方法显化过程更清晰、框架更充实丰满，既良好体现了物理学的学科特征，又富于教学心理学的科学性与可操作性。具体分类如图2。

在以上分类获得的四种实验科学方法中，“获得数据过程中的学科方法”是物理实验的思想方法，而不是指具体的测量过程中仪器的使用方法，如“探究加速度与力、质量的关系”实验中的控制变量法、等效替代法等。

“获得数据的思维方法”中，最常使用的是分析与综合，我们的感觉表象对客观事物的反映虽然是整体的，但是是肤浅的，要深刻地认识事物，必须把对象在思维中分解为各个部分、要素、方面加以分别地考察，透过现象看本质，思维活动是从分析开始的，而分析与综合又是不可分开的，分析与综合是思维活动最基本的要素，它是其他思维方法的基础和先导。

“处理数据过程中的实验方法”，是在获得要测量的数据之后对原始数据加以分析、判断、推导出实验结论过程中所应用的方法。

“处理数据的思维方法”主要有抽象与概括。概括性是思维乃至智力的最显著特征。思维之所以能揭示事物的本质和内在规律性的关系，主要来自抽象和概括的过程，即思维是一种概括的现象，概括在思维乃至智力的发展及其训练中的意义是十分必要的，概括是科学发现的重要方法。

三、实验方法教育内容分类框架的教育启示

（一）物理课程标准应当把物理实验方法作为课程内容

实验方法作为科学方法的重要组成部分，具有重要意义。要使实验方法教育在实际教学中有据可依，真正落到实处，就要从根本上进行规范，就必须将实验方法教育纳入课程标准，在课标中明确地提出实验方法的教学内容。

（二）物理教材编写应纳入物理实验方法内容

教科书编写是科学方法教育异常重要的层面。基于本文的研究，建议将实验方法融入教材编写。教材编写显化科学方法，并非脱开具体的知识而只讲方法，而是说应当强调、突出科学方法，按照科学方法所展示的逻辑去编写教材。这样容易使学生在实验学习中建立良好的认知结构，并形成有序的知识结构。

（三）物理实验应当按照实验方法的逻辑组织教学

受课标和教材编写的影响，目前的实验教学中往往以掌握知识为“第一要务”，教师通常从传授知识的角度来组织实验教学，这样使得科学方法教育大打折扣。如果按照科学方法呈现的逻辑组织实验教学将会是另一番景象。