謝麗華 李衛(wèi)東 王長(zhǎng)江

物理學(xué)是一門理論和實(shí)驗(yàn)高度結(jié)合的學(xué)科，它特別強(qiáng)調(diào)正確有效的研究方法，嚴(yán)謹(jǐn)縝密的推理和歸納，科學(xué)方法是中學(xué)物理教學(xué)主要內(nèi)容和任務(wù)之一，特別是新一輪基礎(chǔ)教育課程改革以來，物理課程的三維目標(biāo)中明確提出了“方法”目標(biāo)，要求學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中“了解物理學(xué)的研究方法”“嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的的方法研究物理問題”.這就對(duì)物理教學(xué)提出了明確的教學(xué)目的，使得科學(xué)方法教育得到更廣泛的認(rèn)識(shí)和實(shí)施.傳統(tǒng)的物理教學(xué)過分在學(xué)科知識(shí)積累與應(yīng)試技能上做文章，忽視了科學(xué)素質(zhì)、科學(xué)方法和學(xué)習(xí)體驗(yàn)，以至于高中生活成了“苦學(xué)”的代名詞，使得原本可以“開闊視野、充實(shí)思想、愉悅精神”的學(xué)習(xí)生活變得枯燥無趣.極大的束縛了青少年學(xué)生的成長(zhǎng).這種教育的失衡也嚴(yán)重影響了我們國(guó)家的創(chuàng)新能力和國(guó)際綜合競(jìng)爭(zhēng)能力.因此，在當(dāng)下新課程改革中深入思考科學(xué)方法教育具有十分重要的意義.

1 高中物理科學(xué)方法教育的兩種基本方式

物理知識(shí)和物理科學(xué)方法構(gòu)成物理學(xué)大廈.但是長(zhǎng)期以來，物理科學(xué)方法教育是最不清楚的問題之一.造成這種現(xiàn)狀的原因，一是沒有綱要性或權(quán)威性的教學(xué)目標(biāo)或課程標(biāo)準(zhǔn)來指導(dǎo)，二是從教材的編寫體系來看，物理科學(xué)方法這條暗線更是“猶抱琵琶半遮面”，在龐大的物理知識(shí)中難見只言片語(yǔ).這種情況就導(dǎo)致長(zhǎng)期以來物理教學(xué)對(duì)物理知識(shí)采用顯處理，而對(duì)科學(xué)方法采用隱處理.科學(xué)方法隱性教育就是在教學(xué)中隱蔽地發(fā)揮科學(xué)方法的導(dǎo)向作用，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中受到潛移默化的熏陶，教學(xué)過程中不明確指出科學(xué)方法的名稱，不說明科學(xué)方法的原理，不揭示科學(xué)方法的本質(zhì)與操作過程.所謂科學(xué)方法顯性教育，是指教師有意識(shí)地公開進(jìn)行科學(xué)方法教育，學(xué)生有意識(shí)地學(xué)習(xí)科學(xué)方法，以達(dá)到理解知識(shí)、掌握方法和形成科學(xué)態(tài)度的目的.雖然科學(xué)方法隱性教育考慮到學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)滲透和鋪墊，追求學(xué)生在潛移默化的熏陶中，水到渠成地體會(huì)和領(lǐng)悟科學(xué)方法，然而隱形教育不能讓學(xué)生有意識(shí)地學(xué)習(xí)科學(xué)方法和獲得對(duì)其理性認(rèn)識(shí)，不能讓學(xué)生自覺地以科學(xué)方法為指導(dǎo)來加深對(duì)知識(shí)的理解，容易使“過程與方法”維度虛化并導(dǎo)致科學(xué)方法教育的方式不甚明朗.在物理教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)方法顯性教學(xué)，可以使科學(xué)方法教育有的放矢，有據(jù)可依，并為學(xué)生提供學(xué)習(xí)科學(xué)方法的條件.

在教學(xué)過程中，學(xué)生獲得應(yīng)用能力的關(guān)鍵就是科學(xué)方法的習(xí)得，一線教師所謂的學(xué)生不會(huì)“開生題”都是源于科學(xué)方法教育的缺失.然而科學(xué)方法有其獨(dú)立于物理知識(shí)的表達(dá)體系，并往往隱藏在知識(shí)背后，且需要學(xué)科特色與心理學(xué)的結(jié)合.這就要求教師以理論思維的觀點(diǎn)來規(guī)劃物理教學(xué)過程，從而實(shí)現(xiàn)充分、 有力、簡(jiǎn)約的教學(xué)邏輯.科學(xué)方法教育，作為物理知識(shí)活動(dòng)的中介，它是連接物理現(xiàn)象與知識(shí)的紐帶，物理知識(shí)（概念、規(guī)律等）只有通過科學(xué)方法的參與，才可能上升為知識(shí)形態(tài)，這就決定了物理科學(xué)方法教育與物理知識(shí)的教育過程不可分割.換句話說.科學(xué)方法是“因”，而物理知識(shí)則是“果”，所以它們之間客觀存在一種“對(duì)應(yīng)”關(guān)系，正是基于這種“對(duì)應(yīng)”，我們才可以把科學(xué)方法教育內(nèi)容“顯化”. 基于此，我們提出，物理科學(xué)方法的教育內(nèi)容主要包括兩個(gè)部分：思維方法、物理方法.思維方法是人的大腦的功能，是進(jìn)行各種學(xué)習(xí)和探索的基礎(chǔ)，在認(rèn)知心理學(xué)中被化為弱認(rèn)知方法的范疇，適用于解決各種普遍問題.物理方法是物理知識(shí)結(jié)構(gòu)中特有的方法，如比值定義法、理想模型法等，這類方法具有較強(qiáng)的加工功能，是物理教學(xué)歷來重視的內(nèi)容.顯化的科學(xué)方法不僅是教學(xué)的內(nèi)容，而且是教學(xué)的依據(jù)，還是表達(dá)教學(xué)邏輯的載體.在教學(xué)中，物理科學(xué)方法是一種外化操作的時(shí)空次序，不僅由內(nèi)部的思維方法伴隨和操控，而且還要使學(xué)生感受到思維方法的心理體驗(yàn).因此，這就需要物理方法與思維方法在顯化基礎(chǔ)上的融合，才能更加系統(tǒng)而有針對(duì)性地將科學(xué)方法傳授給學(xué)生.物理科學(xué)方法的顯性教育著眼于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成，根植于方法教育內(nèi)容的確定，落腳于學(xué)生科學(xué)方法的掌握.

2 高中物理科學(xué)方法教育的實(shí)施途徑

2.1 以知識(shí)教學(xué)為載體，滲透物理科學(xué)方法

物理教材大體可分為概念性教材、 規(guī)律性教材、實(shí)驗(yàn)性教材和應(yīng)用性教材四大類，在物理概念和規(guī)律的建立、發(fā)展和應(yīng)用過程中，以及各知識(shí)點(diǎn)相互聯(lián)系的地方往往蘊(yùn)涵著豐富的科學(xué)方法. 物理概念與規(guī)律的建立和發(fā)展，一般會(huì)運(yùn)用觀察和實(shí)驗(yàn)、比較與分類、分析與綜合、數(shù)學(xué)方法、歸納與演繹、猜想與假說以及理想化方法等物理科學(xué)方法中的一種或幾種，在教學(xué)中，要使學(xué)生明確發(fā)現(xiàn)或建立某一概念或規(guī)律所采用的方法、途徑和具體的依據(jù)，使學(xué)生對(duì)某一概念或規(guī)律的物理意義，適用范圍和條件有清晰的認(rèn)識(shí).如在牛頓第二定律、電磁感應(yīng)、楞次定律等規(guī)律的教學(xué)中，學(xué)生能充分感受到科學(xué)方法在發(fā)現(xiàn)規(guī)律中的作用；在將電勢(shì)能與重力勢(shì)能進(jìn)行類比的教學(xué)中，學(xué)生更容易理解和接受電勢(shì)能；由安培力演繹出洛倫茲力的概念教學(xué)中，學(xué)生能充分體會(huì)科學(xué)方法對(duì)學(xué)習(xí)知識(shí)的意義，可以激發(fā)學(xué)生自覺的學(xué)習(xí)運(yùn)用科學(xué)方法解決實(shí)際問題.

因此，教師在教學(xué)中應(yīng)充分利用和挖掘教材中科學(xué)方法的教育因素，抓住知識(shí)和方法的結(jié)合點(diǎn)，以具體的教學(xué)內(nèi)容為依據(jù)，采取不同的教學(xué)方法和手段，適時(shí)點(diǎn)撥， 學(xué)生才可以在獲取知識(shí)的同時(shí)看到科學(xué)方法有什么特征、有什么作用，是怎樣解決問題的，才能體會(huì)到掌握科學(xué)方法的意義，才能自覺地學(xué)習(xí)科學(xué)方法.

2.2 以物理學(xué)史為線索，理解物理科學(xué)方法

高中物理課程涉及很多物理學(xué)家，他們?nèi)〉脗ゴ蟪删偷脑蛑痪驮谟谒麄冊(cè)谔骄课锢硪?guī)律的過程中應(yīng)用了正確的物理科學(xué)方法.物理學(xué)家的事跡為進(jìn)行物理科學(xué)方法教育提供了很好的素材.物理學(xué)史體現(xiàn)了在一定社會(huì)文化背景下，人類認(rèn)識(shí)和探索活動(dòng)世界的現(xiàn)象、規(guī)律和本質(zhì)的歷程，其中包含了物理思想和觀念的變革，包括了認(rèn)識(shí)論和方法論的因素.伽利略創(chuàng)立的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法， 改變了從直觀感覺推演出結(jié)論的思辨方法，強(qiáng)調(diào)對(duì)直觀感覺材料要做理性分析. 為了證實(shí)重物下落不比輕物快的結(jié)論，他登上比薩斜塔做自由落體實(shí)驗(yàn).伽利略還把實(shí)際的實(shí)驗(yàn)與理論思維緊密結(jié)合起來，形成一種新的方法─理想實(shí)驗(yàn)的方法，并用此法導(dǎo)致了慣性定律的發(fā)現(xiàn).

教師應(yīng)當(dāng)通過多種渠道，主動(dòng)搜集與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的物理學(xué)史資料，并在課堂上結(jié)合教學(xué)內(nèi)容為學(xué)生介紹眾多物理學(xué)家在研究過程中使用過的科學(xué)方法.例如，在講光速的大小時(shí)，教師可以結(jié)合教學(xué)內(nèi)容給學(xué)生介紹法國(guó)物理學(xué)家斐索第一個(gè)不借助天文觀察來測(cè)量光速的人，他采用了旋轉(zhuǎn)齒輪的方法測(cè)定光速為342539.21 km/s；傅科采用了旋轉(zhuǎn)平面鏡的方法，測(cè)得光速2.98×108 m/s；邁克爾遜繼承了傅科的實(shí)驗(yàn)思想，用旋轉(zhuǎn)八面棱鏡法測(cè)得了準(zhǔn)確的光速值為 299796 km/s.這幾位物理學(xué)家在測(cè)定光速時(shí)都使用了正確的科學(xué)方法，也最終取得了正確的測(cè)量結(jié)果.結(jié)合這些物理學(xué)史料，教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行光速大小的講解，既在教學(xué)中實(shí)施了科學(xué)方法教育，又活躍了課堂氣氛.如此教學(xué)，必然有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)光速的記憶，從而取得事半功倍的教學(xué)效果.

2.3 以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，運(yùn)用物理科學(xué)方法

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，觀察和實(shí)驗(yàn)是科學(xué)認(rèn)識(shí)的基本研究方法.一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)，大致包括提出問題、設(shè)計(jì)操作、數(shù)據(jù)分析和理論解釋四個(gè)階段.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是為了驗(yàn)證或解決某些問題，提出的問題確定了實(shí)驗(yàn)的方向和目標(biāo)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和思路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，按設(shè)計(jì)的步驟進(jìn)行操作和觀察，然后對(duì)實(shí)驗(yàn)所得的資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并進(jìn)行理論上的解釋和概括，使實(shí)驗(yàn)上升到理論的高度.在整個(gè)過程中蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)方法，如比較、分類、分析、綜合、歸納、演繹等等.因此實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)方法的有效途徑.教學(xué)中要注重把教材上的演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)變?yōu)閷W(xué)生探索實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生通過親身實(shí)踐去領(lǐng)會(huì)科學(xué)家們研究問題的科學(xué)方法并內(nèi)化為自己的思維和行為方式，培養(yǎng)他們用科學(xué)方法主動(dòng)探求新知識(shí)、研究新問題的習(xí)慣和能力.如牛頓第二定律、玻意爾定律、楞次定律、電阻定律等規(guī)律的教學(xué)采用探索式教學(xué)，依次提出問題，學(xué)生猜想、實(shí)驗(yàn)、觀察，分析、判斷、綜合、概括，得出規(guī)律，解決實(shí)際問題，使學(xué)生強(qiáng)烈地感受假設(shè)一實(shí)驗(yàn)一理論一應(yīng)用的邏輯思維方法，體會(huì)數(shù)學(xué)方法、歸納演繹等科學(xué)方法在發(fā)現(xiàn)規(guī)律中的作用.

2.4 以原始物理問題為渠道，掌握物理科學(xué)方法

新課程要求實(shí)現(xiàn)生態(tài)化的物理教育，原始物理問題的引入就是一條重要渠道.原始物理教學(xué)讓學(xué)生通過探索和應(yīng)用物理知識(shí)來掌握科學(xué)方法，學(xué)生在反復(fù)運(yùn)用科學(xué)方法解決物理問題的過程中，科學(xué)方法掌握了，運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力也就提高了.所謂原始物理問題是指自然界及社會(huì)生產(chǎn)、生活中客觀存在的，能夠反映物理概念、規(guī)律本質(zhì)且未被加工的典型物理現(xiàn)象和物理事實(shí).它和物理習(xí)題有著本質(zhì)的區(qū)別，兩者之間的關(guān)系如下圖所示：

學(xué)生在解決原始問題時(shí)，首先需要明白是針對(duì)什么物理現(xiàn)象和事實(shí)，其次要把它轉(zhuǎn)化為物理模型，最后解決問題.這個(gè)過程中就要用到理想化方法、等效方法、近似方法等具體科學(xué)方法，將一定的物理現(xiàn)象或物理情景轉(zhuǎn)化為物理模型，又要用到分析、綜合、概括、抽象等科學(xué)思維方法.可見，運(yùn)用原始物理問題能將思維方法的訓(xùn)練和具體科學(xué)方法的掌握很好的結(jié)合起來，同時(shí)這與物理學(xué)家探究世界的過程很相似，兩者都是從已知的知識(shí)出發(fā)探究未知的知識(shí).由此可見，引入原始物理問題教學(xué)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)科學(xué)方法的充分融合與顯性的教育.