黃琳雅 黎 明 陳清梅

論物理教學(xué)中科學(xué)方法顯化教育的教學(xué)原則

黃琳雅1黎 明2陳清梅3

伴隨著科學(xué)方法教育研究的逐步深入，在中學(xué)物理教學(xué)中進行科學(xué)方法顯化教育已成為共識。為了更好地進行科學(xué)方法顯化教育，就有必要確立其教學(xué)原則。依據(jù)科學(xué)方法的特點和學(xué)生的認知規(guī)律，我們確定了物理教學(xué)中科學(xué)方法顯化教育的教學(xué)原則。

一、顯化教學(xué)原則

科學(xué)方法是人們在認識和改造客觀世界的實踐活動中總結(jié)出來的正確的思維方式和行為方式，是人們認識和改造自然的有效工具[1]。從科學(xué)方法的特點來看，它比物理知識更抽象、更難于理解。因此，只有像物理知識教育那樣，對科學(xué)方法進行顯化教學(xué)，在教學(xué)目標、教學(xué)準備、教學(xué)內(nèi)容等方面展開明朗化、條理化的教學(xué)，讓學(xué)生一開始就明確科學(xué)方法的學(xué)習(xí)任務(wù)，厘清科學(xué)方法的學(xué)習(xí)過程，在練習(xí)和應(yīng)用中有意識地接受科學(xué)方法訓(xùn)練，才算得上是真正的科學(xué)方法教育。

所謂顯化教學(xué)，是指在進行科學(xué)方法教育時，明確指出科學(xué)方法的名稱，解釋科學(xué)方法的內(nèi)容，展示科學(xué)方法的操作過程，挖掘科學(xué)方法的內(nèi)涵，說明科學(xué)方法的使用條件，指導(dǎo)學(xué)生自覺地運用科學(xué)方法。由于“科學(xué)方法體現(xiàn)在具體知識的認知過程中。在進行物理教學(xué)時，應(yīng)當把認知過程充分、合理的展示出來，學(xué)生才能看到科學(xué)問題是怎樣提出的，是從什么角度、用什么方法去解決的，從而學(xué)會科學(xué)的方法”[2]。因此就需要充分闡明科學(xué)方法的定義，科學(xué)方法的操作過程、原理依據(jù)和適用范圍。也就是說，在物理教學(xué)中，要牢牢把握住科學(xué)方法這條主線組織教學(xué)，以科學(xué)方法教育引領(lǐng)物理概念和規(guī)律的教學(xué)，不僅要教“科學(xué)方法是什么”，還要教“為什么要用這種科學(xué)方法”和“科學(xué)方法適用的條件”，通過顯化的教學(xué)讓學(xué)生認識科學(xué)方法的存在，使抽象的科學(xué)方法變成一個生動、具體的東西[3]。只有這樣，學(xué)生才能體會到科學(xué)方法的奧妙之處，從而把科學(xué)方法納入到自己的認知結(jié)構(gòu)之中。

例如，在密度教學(xué)中，教師應(yīng)明確概念得出時用到了比值定義法，并且需要詳細說明為什么要用比值定義法以及比值定義法適用的條件。在這里，教師應(yīng)指出應(yīng)用比值定義法的關(guān)鍵是在比較時選取相同的標準，這樣比較出來的結(jié)果才有意義。

二、分類教學(xué)原則

在科學(xué)方法顯化教學(xué)中，要注意操作性和概括性等方面的差別。因此，需要將科學(xué)方法按照不同的特點進行分類，使教學(xué)更全面、更具針對性、更有規(guī)律，使學(xué)生更高效率地形成有序的知識結(jié)構(gòu)。依據(jù)邢紅軍教授關(guān)于科學(xué)方法的分類，科學(xué)方法可以分為兩部分：物理方法和思維方法。物理方法又可以分為獲得知識的物理方法和應(yīng)用知識的物理方法。

物理方法中，實驗方法、理想化方法等最為基本；思維方法中，分析、綜合、抽象、概括較為基礎(chǔ)。物理方法是一種認知結(jié)構(gòu)，屬于強認知方法，在操作層面上提出了具體步驟，可以通過傳授使學(xué)生掌握；思維方法是一種大腦功能，屬于弱認知方法，只在思維層面上進行了概括，必須通過訓(xùn)練才能使學(xué)生掌握。

在獲得知識的教學(xué)中，建立物理概念的物理方法主要有比值定義法、乘積定義法、理想模型法、理想實驗法等；建立物理規(guī)律的物理方法主要有實驗歸納法、演繹推理法等。物理實驗中的科學(xué)方法主要有觀察法、作圖法、控制變量法等。在顯化教學(xué)中要充分展示物理方法的內(nèi)涵、意義、條件，并逐步引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、體會、掌握物理方法。

在應(yīng)用物理知識教學(xué)中，運用較多的科學(xué)方法有隔離法、整體法、理想模型法、比例法、假設(shè)法、等效法、轉(zhuǎn)換法等。在顯化教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生明晰物理方法每一個環(huán)節(jié)的操作要領(lǐng)，使學(xué)生能夠從頭腦中提取物理方法并運用于物理問題解決中。

三、循序漸進原則

科學(xué)方法顯化教育要充分考慮到學(xué)生的認知特點，應(yīng)遵循由淺入深、由簡單到復(fù)雜、由形象到抽象、循序漸進的順序進行。既不能落后于學(xué)生的認知水平，也不能超越學(xué)生的認知水平。應(yīng)使科學(xué)方法顯化教育具有一定的層次，符合維果茨基的“最近發(fā)展區(qū)”理論。初中學(xué)生的觀察能力和動手能力比較強，而抽象思維能力比較弱，因此初中階段應(yīng)著重進行觀察法、實驗法的教育；高中學(xué)生的抽象思維能力迅速發(fā)展，除了進一步加強觀察法、實驗法的教育，還要逐步介紹理想化方法、等效法、圖像法等物理方法，也要訓(xùn)練分析、綜合、歸納、演繹等思維方法。

在具體教學(xué)中，不僅要明確不同階段科學(xué)方法教育的重點和難點，而且對于不同的科學(xué)方法，應(yīng)提出不同的要求。若一種科學(xué)方法在教學(xué)中多次出現(xiàn)，可以在首次使用時先介紹方法的名稱和操作步驟，以及如何使用；再次學(xué)習(xí)時，就需要強化學(xué)生對該方法的認識，加深對科學(xué)方法的理解；多次出現(xiàn)時有必要將層次提高。由于科學(xué)方法與科學(xué)知識存在對應(yīng)關(guān)系，可以參考高中《物理課程標準》和安德森認知目標分類學(xué)的基本思想，將“記憶”“理解”與“應(yīng)用”作為科學(xué)方法的教育目標。

例如，理想化實驗和比例系數(shù)法，由于主要在高中必修系列中出現(xiàn)且出現(xiàn)次數(shù)較少，故目標要求為“記憶”?？刂谱兞糠?、比值定義法、分類法在高中必修系列中較少出現(xiàn)而在高中選修系列中較多出現(xiàn)，因此可在高中第一學(xué)年將目標定為“理解”層次，在選修系列學(xué)習(xí)中，該目標應(yīng)提高至“應(yīng)用”層次。

四、整體教學(xué)原則

每一個科學(xué)方法都不是完全獨立存在的，這就要求在顯化教學(xué)中要處理好各個科學(xué)方法之間的聯(lián)系與區(qū)別，使科學(xué)方法教育具有連貫性。

“對于每一個知識點，都有一種或多種相應(yīng)的物理方法與之相對應(yīng)。”[4]不同的科學(xué)方法共同作用、相互支撐，這就要求教師權(quán)衡一個知識點突出了哪種方法，有選擇地重點突出一些科學(xué)方法的同時兼顧其他。例如，在牛頓第二定律的應(yīng)用過程中，運用較多的物理方法有整體法、隔離法、正交分解法、圖像法等，教師可以以科學(xué)方法為主線進行習(xí)題教學(xué)，從而避免題海戰(zhàn)術(shù)。

有些科學(xué)方法反復(fù)使用，貫穿不同的知識點，這就需要在顯化教學(xué)中注意融會貫通。一個方法對應(yīng)于很多知識的獲得，就可以應(yīng)用已學(xué)習(xí)的科學(xué)方法去研究那些尚未研究過的事物，進行有效的遷移，即運用科學(xué)方法合乎邏輯地推導(dǎo)出新知識，彰顯科學(xué)方法的教育功能。科學(xué)方法教育不是一朝一夕的事情，它比科學(xué)知識學(xué)習(xí)更困難，所以，在顯化教學(xué)過程中要適時地、恰當?shù)?、多次地引出，并在最后做出總結(jié)。如在學(xué)習(xí)質(zhì)點、單擺、理想氣體、自由落體、勻速圓周運動、簡諧振動等概念后，對它們做對比分析，可通過由特殊到一般的過程，概括出理想化模型的定義：雖然它們有的是理想的實物，有的是理想的過程，但它們的共同點是對客觀存在的純化反映，是抽象的絕對理想形態(tài)，所以我們把這些統(tǒng)稱為理想化模型。

對于容易產(chǎn)生混淆的科學(xué)方法要進行比較?？赏ㄟ^比較科學(xué)方法之間的異同點，使學(xué)生對其進行整體把握。例如，學(xué)生容易把理想化模型和理想化實驗混淆，我們可以指出它們的共同點是以事實為基礎(chǔ)，經(jīng)過抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素；它們的不同點是，理想模型是作為一種形態(tài)的形式存在，而理想實驗作為一種推理過程的形式存在。

五、理論聯(lián)系實際原則

根據(jù)科學(xué)方法高度抽象的特征，結(jié)合皮亞杰的同化順應(yīng)理論，可知學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)方法的認知過程主要是順應(yīng)過程。由于學(xué)生頭腦中缺乏必要的圖式支持，因此對科學(xué)方法常常只達到表面的理解和掌握，難以遷移到新情景中去解決問題。很多一線教師反映，學(xué)生在考試中不會做題，大部分并不是因為知識未掌握，而是因為科學(xué)方法未掌握或是科學(xué)方法未能很好地遷移。因此，在顯化過程中應(yīng)創(chuàng)造一個良好的認知情景，讓學(xué)生主動進行探索，沿著科學(xué)的思路和方法思考，從而更深刻地領(lǐng)略科學(xué)方法。在這里，可以建議使用原始物理問題深化科學(xué)方法教育。

所謂原始問題，是指對自然界及社會生活、生產(chǎn)中客觀存在且未被加工的科學(xué)現(xiàn)象和事實的描述。原始問題是把每個已知量鑲嵌在真實的現(xiàn)象中而不直接給出，需要學(xué)生根據(jù)面臨的情景，通過假設(shè)、估計等手段獲得所需的變量及數(shù)據(jù)，再構(gòu)造出理想的模型，經(jīng)過層層的“剝開”過程，最終使結(jié)論“破繭而出”，從而把能力培養(yǎng)落實到了實處。原始物理問題使科學(xué)方法和實際問題很好地結(jié)合起來，學(xué)生通過一定的問題情境，圍繞符合其認知水平的、難易適度的原始物理問題，重新組織已有的科學(xué)方法，形成更加高級的認知結(jié)構(gòu)，并用它來解決問題。問題一旦解決，學(xué)生所習(xí)得的科學(xué)方法就得到了遷移。

例如一道原始物理問題：用n塊磚，在水平地面上依次由下往上堆放，在磚不翻倒的條件下，為使最上面一塊磚伸出最底部一塊磚的距離最大，應(yīng)如何堆放？為了解決這個問題，可以采用理想化模型方法，抓住主要因素(磚長、磚的質(zhì)量等)，忽略次要因素(磚厚、磚寬等)；可以用歸納法或演繹法來解決問題，這種創(chuàng)造性活動的完成很容易使學(xué)生更深刻地掌握科學(xué)方法。

[1] 邢紅軍.中國基礎(chǔ)教育課程改革:方向迷失的危險之旅[J].教育科學(xué)研究,2011,4.

[2] 喬際平,邢紅軍.物理教育心理學(xué)[M].廣西:廣西教育出版社,2002.

[3] 張宇,邢紅軍,肖驍.初中物理科學(xué)方法教育的實踐研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2010,24:92-94.

[4] 浙江省教育學(xué)會中學(xué)物理教學(xué)分會.高中物理方法教育研究[M].浙江:浙江教育出版社,1995.

黃琳雅，在讀碩士研究生。黎明，本科，中教一級。陳清梅，碩士，副教授。

1.首都師范大學(xué)。2.湖北省十堰市張灣區(qū)實驗中學(xué)。3.北京中醫(yī)藥大學(xué)。

本文系北京市“十一五”規(guī)劃教育科學(xué)重點課題“高中物理科學(xué)方法教育內(nèi)容顯化的理論與實踐研究”(編號：ABA08010)。