趙維和 邢紅軍

(首都師范大學(xué)物理系,北京 100048)

在物理課程改革中,科學(xué)方法的重要性一再受到重視.最新的普通高中《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》總目標(biāo)指出:嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題、驗(yàn)證物理規(guī)律,通過物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)過程,了解物理學(xué)的研究方法.這大大提高了科學(xué)方法在物理教學(xué)中的地位,為廣大的物理教育工作者指明了方向.

但是,我們也應(yīng)當(dāng)看到,科學(xué)方法教育研究仍然有很多欠缺,其中一個重要的問題就是:對知識應(yīng)用過程中的物理科學(xué)方法研究不足.大多數(shù)學(xué)者把精力主要用在了知識獲得過程中的科學(xué)方法上,而沒有用在知識應(yīng)用過程中的科學(xué)方法上,忽視了這類科學(xué)方法的作用,認(rèn)識不到它們在培養(yǎng)、提高學(xué)生能力方面所具有的重要價值,這不能不說是一種缺憾.

本文對知識應(yīng)用過程中的物理科學(xué)方法進(jìn)行了研究,在其他學(xué)者的研究基礎(chǔ)上深化了對科學(xué)方法的分類,顯化了部分高中物理知識應(yīng)用過程中常見的科學(xué)方法,并且對不同類型的科學(xué)方法教學(xué)進(jìn)行了研究.

關(guān)于科學(xué)方法的分類問題,國內(nèi)觀點(diǎn)眾多,比如浙江省物理教學(xué)分會指出了科學(xué)方法的4個方面:物理方法、數(shù)學(xué)方法、邏輯方法和哲學(xué)方法,喬際平先生等在《物理教育心理學(xué)》一書中指出了科學(xué)方法的3個層次:具體方法、邏輯方法、分析解決問題的方法.

我們從思維形式具有相對獨(dú)立性的角度出發(fā),可以把高中常用的科學(xué)方法分為兩大類:思維方法和物理方法.思維方法是人腦對輸入信息進(jìn)行直接加工和處理的方法,它主要包括分類、比較、分析、綜合、歸納、演繹等,思維方法的應(yīng)用極為廣泛,它滲透于物理學(xué)習(xí)的各個領(lǐng)域.物理方法是在物理教學(xué)過程中用來分析、處理問題所采用的途徑、步驟、手段等.物理方法又可分為兩類,其中與知識獲得過程相聯(lián)系的科學(xué)方法我們稱之為知識獲得過程中的科學(xué)方法,例如控制變量法、模型法等.另外一些與知識應(yīng)用相結(jié)合的方法稱之為知識應(yīng)用過程中的科學(xué)方法,比如正交分解法、伏安法、逐差法等.

另外,在對知識應(yīng)用過程中的物理方法的研究過程中,我們發(fā)現(xiàn),這些方法又可以分為兩類:其中有一部分方法是物理思想的延伸,這一部分方法我們稱之為思想方法,例如等效法就是一種思想方法,它是對等效思想的應(yīng)用.除此之外,還有圖像法、極限分析法、微元法、模型法等.還有一部分方法是解決具體知識過程中應(yīng)用的方法,我們稱之為具體方法,比如正交分解法,它的具體步驟為:(1)明確研究對象(或系統(tǒng));(2)了解運(yùn)動狀態(tài);(3)進(jìn)行受力分析(按順序,場力、彈力、摩擦力);(4)建立坐標(biāo),對力進(jìn)行正交分解;(5)立方程求解.除此之外,高中常見的具體方法還有伏安法、逐差法等.這兩種方法具有截然不同的特征,其中思想方法是對物理思想的應(yīng)用,具有較強(qiáng)的概括性、遷移性,應(yīng)用十分廣泛.而具體方法操作性較強(qiáng),在問題解決中具有直接的效力.

筆者采用對應(yīng)的方法,結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),對高中物理知識的應(yīng)用過程進(jìn)行了深入分析,顯化了部分重要的物理方法,具體如表1所示.

表1 高中物理知識應(yīng)用過程中的常用物理方法對照表

牛頓運(yùn)動定律研究物理量之間的相互關(guān)系 控制變量法 思想方法研究兩個物理量之間關(guān)系 圖像法 思想方法驗(yàn)證牛頓第二定律 等效法 曲線改直法 思想方法連接體問題 隔離法 整體法 思想方法曲線運(yùn)動類平拋問題 部分復(fù)合場問題 等效法 思想方法研究物體的實(shí)際運(yùn)動速度及軌跡 運(yùn)動合成法 具體方法研究物體的兩個方面的運(yùn)動效果 運(yùn)動分解法 具體方法機(jī)械能重力功問題 等效法 思想方法變力功問題 微元法 思想方法動量 驗(yàn)證動量守恒實(shí)驗(yàn) 等效法 思想方法機(jī)械振動 機(jī)械波類單擺問題 等效法 思想方法簡諧運(yùn)動 簡諧波的研究 圖像法 思想方法波動圖像研究 上下坡法微平移法臨近點(diǎn)法 特殊點(diǎn)法 具體方法熱學(xué)分子大小和分子間距的計(jì)算 理想化模型法 思想方法單分子油膜法測分子直徑 估算法(填補(bǔ)法)具體方法處理永動機(jī)的存在問題 假設(shè)法 思想方法電場電場中平面上的等勢線 描跡法 具體方法電勢的求解 補(bǔ)償法 疊加法 思想方法恒定電流電阻測量 伏安法(內(nèi)接法 外接法 限流式接法分壓式接法)具體方法電路圖分析 等效電路法 思想方法電阻測量 等效法(替代法)思想方法含滑動變阻器的電路分析 極限法 思想方法電路故障分析 假設(shè)法 思想方法輸出功率分析 解析法 思想方法磁場 交變電流電磁場和電磁波不規(guī)則導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電動勢的計(jì)算及部分電磁感應(yīng)綜合問題等效法 思想方法交變電流描述 圖像法 思想方法光學(xué) 光路分析 圖像法 思想方法

通過表1的分析,我們可以看到,科學(xué)方法集中分布在力學(xué)、電磁學(xué)部分,而在其他章節(jié)的分布較少,這兩部分應(yīng)成為科學(xué)方法教育的主陣地.另外,圖像法、等效法、假設(shè)法、極限分析法出現(xiàn)的頻次較高,這些方法應(yīng)成為科學(xué)方法教育需要攻克的主要堡壘.

在具體的教學(xué)過程中,各類科學(xué)方法應(yīng)區(qū)別對待.一般地說,科學(xué)方法教育有“隱性”和“顯性”兩種方式.隱性方式重在使學(xué)生感受科學(xué)方法,受到科學(xué)方法的啟蒙和熏陶,初步體會到科學(xué)研究的方法和策略.這種方式比較適合在對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維方法訓(xùn)練時使用.顯性方式重在解決問題中模仿應(yīng)用科學(xué)方法,對科學(xué)方法進(jìn)行操作訓(xùn)練,使學(xué)生有意識地掌握科學(xué)研究的方法和策略.這種方式適合于在學(xué)生對這種科學(xué)方法的感性認(rèn)識較豐富的前提下,有目的有意識地培養(yǎng)學(xué)生解決科學(xué)問題的能力時使用.我們認(rèn)為,對于思想方法,應(yīng)以隱性教育為主,顯性教育為輔.這樣做的原因,一方面是因?yàn)樗枷敕椒ū容^抽象,學(xué)生缺乏必要的感性認(rèn)識,直接顯化難度較大.另外一方面是由于思想方法應(yīng)用較為廣泛,我們沒必要處處顯化.比如等效法的教學(xué),一開始只需要讓學(xué)生感性認(rèn)識到等效法的存在,能夠模仿例題解決一些簡單問題就可以了.等學(xué)生的感性認(rèn)識積累到了一定的程度,“呼之欲出”的時候,就可以設(shè)一個專題,系統(tǒng)的講解等效法的思想、解題策略等等.而對于物理方法,則應(yīng)以顯性教育為主,隱性教育為輔.物理方法比較直觀,操作性強(qiáng),且出現(xiàn)頻次相對較少,比較適合顯性教育模式.比如正交分解法的教學(xué),初次出現(xiàn)的時候,就應(yīng)明確告訴學(xué)生正交分解法的名稱、適用對象、適用范圍、操作步驟等等,為后續(xù)的知識應(yīng)用階段的學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備.

思想方法和具體方法在教學(xué)上的區(qū)別還在于,思想方法教學(xué)的重心在于對物理思想的理解,這種理解達(dá)不到一定的深度,是不可能真正掌握思想方法的.而具體方法則要特別注意練習(xí)的重要性,也只有在反復(fù)的練習(xí)中,學(xué)生才能掌握具體方法的適用條件、操作步驟,最終達(dá)到熟練化的目的.

馮忠良教授指出“應(yīng)用是知識掌握不可缺少的一個階段”,科學(xué)方法的學(xué)習(xí)更是如此,不經(jīng)過應(yīng)用這個階段,學(xué)生對科學(xué)方法的認(rèn)識就只能處于一個膚淺的層面上.另外,在當(dāng)前的教育形勢下,學(xué)生習(xí)題課在總課時中所占的比例,要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于新授課所占的比例,這就為知識應(yīng)用過程中的方法教學(xué)提供了時間優(yōu)勢.因此,我們要充分重視知識應(yīng)用過程中的科學(xué)方法的教育價值,讓學(xué)生在不斷的實(shí)踐中認(rèn)識科學(xué)方法、掌握科學(xué)方法,在不斷的實(shí)踐中提高自己的科學(xué)素養(yǎng).