毛強

（宿州學(xué)院機械與電子工程學(xué)院，安徽宿州234000）

大學(xué)物理教學(xué)一個非常重要的目的就是要培養(yǎng)和提升學(xué)生在專業(yè)技能、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)態(tài)度以及情感、價值觀等方面的科學(xué)素養(yǎng)，為學(xué)生終身發(fā)展、面對現(xiàn)代社會中的實際需求以及應(yīng)對未來社會發(fā)展需要打下堅實的基礎(chǔ)。然而在實際教學(xué)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，有相當一部分學(xué)生在完成大學(xué)物理課程學(xué)習(xí)后，大腦中只留存一些瑣碎的物理知識概念、物理名稱以及一些解題技巧，對于科學(xué)思維方法的理解和運用更顯不足，顯而易見并沒有達到大學(xué)物理教學(xué)的目的。怎樣才能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)掌握物理知識的同時又能深刻理解和運用物理學(xué)思維方法，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，實現(xiàn)大學(xué)物理課程教學(xué)的目的呢？這是一個非常值得去深究的課題。本文針對物理教學(xué)中科學(xué)思維方法教育理論的構(gòu)建以及在大學(xué)物理教學(xué)中融入物理科學(xué)思維方法教育的方式和途徑進行了分析和探討。

1 物理教學(xué)中科學(xué)思維方法教育理論的構(gòu)建

物理學(xué)中的思維方法有：并列對稱、逆向思維、等效假設(shè)、等價轉(zhuǎn)換、依次簡化、顯微迭加、共軛互補、類比思維、無限延伸等[1-6]。充分利用物理學(xué)中的思維方法，可以讓學(xué)生學(xué)會思考，用彼知識解決此知識。而這種思維方法的培養(yǎng)需要科學(xué)合理的理論構(gòu)想和清楚明確的理論應(yīng)用思路，需要將科學(xué)方法融入到大學(xué)物理實際教學(xué)過程中，進而正確引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識，引領(lǐng)學(xué)生進行物理活動，同時歸納出既具有代表意義的物理教學(xué)規(guī)律。

通常情況下，物理學(xué)科的基本知識涵蓋了物理概念、定律、基礎(chǔ)理論、方法和以上幾者間的關(guān)系。早在上世紀50年代，美國哈佛大學(xué)物理學(xué)教授霍爾頓就曾提出了物理學(xué)知識能力結(jié)構(gòu)模型，即物理學(xué)中的基礎(chǔ)內(nèi)容是通過實驗(事實)、物理思想(邏輯、方法論等)、數(shù)學(xué)(表述形式或計量公式)三方面構(gòu)成?；诖擞^點，逐漸形成了一種以物理知識能力為核心的教學(xué)理論并寫入了物理教學(xué)法教科書中。此種教育理論的物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)圖

此物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)圖由5個區(qū)域構(gòu)成，即上(實驗)、下(延伸與應(yīng)用)、左(科學(xué)方法論)、右(數(shù)學(xué))、中(核心理論)，在顯示出物理學(xué)科中對于能力結(jié)構(gòu)要求的同時又體現(xiàn)了我國《普通高中物理課程標準（2017年版）》中提出的“具有建構(gòu)模型的意識和能力；能運用科學(xué)思維方法，從定性和定量兩個方面對相關(guān)問題進行科學(xué)推理、找出規(guī)律、形成結(jié)論”[7]這一教學(xué)目標。許多高校的大學(xué)物理課程標準中對科學(xué)思維方法的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)也是重要目標之一。實際上，科學(xué)思維方法能傳送物理現(xiàn)象與物理知識，是物理認知活動的中間場所，能起到承上啟下的作用。也就是說，物理概念、物理規(guī)律的教授以及物理理論的具體實踐都離不開科學(xué)思維方法的介入。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理過程中全面了解和學(xué)習(xí)科學(xué)思維方法就顯得更加重要。高凌飚教授曾指出“應(yīng)把方法視為比知識更重要的東西，視為知識的脈絡(luò)，按照科學(xué)方法所展示的路子，去組織教材，安排教學(xué)進程”[8]?？梢钥闯瞿芰εc方法是相互聯(lián)系密不可分的，通常來說，人們了解某個事物的方法以及熟練度直接影響了人們完成某方面任務(wù)能力的強弱。因此可以認為，在完成任務(wù)過程中，其方法運用是直接影響任務(wù)完成過程中體現(xiàn)能力的“核心”基礎(chǔ)以及重要因素。由此，李正福等[9]重新構(gòu)建了物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示：

圖2 新的物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)圖

圖2這種新的物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)主要是以科學(xué)方法為中心，與圖1表示的以知識結(jié)構(gòu)為中心的物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)相比較，物理學(xué)特征能更好的反映出來，進而能讓知識和方法的使用聯(lián)系在一起。每種科學(xué)思維方法都需要進行學(xué)科聯(lián)系或者使用符號語言進行表達，各類方法若能綜合在一起則能形成有效的方法論，學(xué)習(xí)者往往需要在特定的領(lǐng)域內(nèi)先進行方法論的學(xué)習(xí)和研究，然后才能在該領(lǐng)域內(nèi)不斷地成長起來。從物理學(xué)角度看，思維方法的使用要靈活和科學(xué)，從教學(xué)效果看，在多數(shù)情況下教學(xué)效果主要取決于學(xué)生對物理知識的學(xué)習(xí)以及對物理思維方法的理解。

2 大學(xué)物理教學(xué)中融入物理科學(xué)思維方法教育的方式和途徑

在基于物理科學(xué)思維方法的基礎(chǔ)上結(jié)合物理實踐教學(xué)過程，以物理知識為教育載體，通過對學(xué)生進行物理學(xué)思維方法的培養(yǎng)和訓(xùn)練，使其在知識、能力、素質(zhì)等方面協(xié)調(diào)發(fā)展是十分必要的。

2.1 明確教學(xué)目標，使科學(xué)思維方法教育有的放矢

目前在物理教學(xué)中普遍存有的一個問題是教師在教學(xué)過程中對科學(xué)思維方法教育的認知不是很重視，具體表現(xiàn)是在教學(xué)實踐中只注重內(nèi)容知識的講授，沒有認識到科學(xué)思維方法教學(xué)的重要性，或者有的教師能夠認識到，但教學(xué)過程中卻沒能注意相關(guān)內(nèi)容的融入，使學(xué)生缺乏足夠的科學(xué)意識，教學(xué)效果不明顯。所以，這就需要教授者明確在教學(xué)過程中科學(xué)思維方法教育也是教學(xué)的重要目標，需要制定有效的物理科學(xué)教學(xué)法，加強科學(xué)方法教育的融入，讓教學(xué)方法具有很強的針對性，從而調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生做到能認知與理解知識，并能在思考中掌握知識。

2.2 確定教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化物理知識的學(xué)習(xí)過程

科學(xué)教學(xué)方法能使我們擁有更加科學(xué)的知識獲取手段和高效獲取知識的能力，但是在這個過程中需要探知科學(xué)教學(xué)方法的有效性，它能幫助學(xué)生理解知識，更能幫助學(xué)生獲取知識。學(xué)生進行知識學(xué)習(xí)，就像科學(xué)家進行科學(xué)研究一樣，都要先服從科學(xué)的認知，并能從直觀逐步走向科學(xué)抽象，從現(xiàn)象逐步走向本質(zhì)。科學(xué)思維方法的學(xué)習(xí)和使用過程，是人們透過現(xiàn)象看本質(zhì)的過程，也是從抽象開始進入形象的過程。人們從表面看到其本質(zhì)，特別是對學(xué)生進行物理知識講授的時候，同步的使用物理教學(xué)方法，可以從認知的角度對學(xué)生的思維方法進行引導(dǎo)，并能在思維過程化過程中，形成科學(xué)有效的認知，能讓學(xué)生的認知能力在整個學(xué)習(xí)中不斷地提升。所以在科學(xué)教學(xué)方法制定的過程中,需要對教學(xué)的內(nèi)容問題、課程設(shè)計和課程評價的實施等進行簡要的了解，進而能在課程教學(xué)中按照結(jié)構(gòu)的安排開展研究。

2.3 構(gòu)建良好的物理教學(xué)策略，提供良好的學(xué)習(xí)條件

雖然教育的方式和教學(xué)內(nèi)容是緊密聯(lián)系的，但教學(xué)內(nèi)容往往由教育方式所決定，教育方式也要服務(wù)于教學(xué)內(nèi)容?？茖W(xué)有效的教學(xué)方法的使用需要在顯性教學(xué)方式的使用中，按照目標開展有效的分類，并將教學(xué)的內(nèi)容和策略與之相匹配。如前文所述，物理教學(xué)中科學(xué)教學(xué)方法的使用包含思維方法、物理方法與科學(xué)方法三部分，這三部分各有利弊，且要在教學(xué)中根據(jù)特性開展研究，進而能讓學(xué)生在不同教學(xué)方法的使用中，更好的讓教學(xué)的策略增強。

2.3.1 利用物理思維進行物理概念教學(xué) 思維方法是一種需要訓(xùn)練來達到學(xué)習(xí)和發(fā)展目的的大腦功能。例如進行概括時，便需要剖析各種物理現(xiàn)象，從而尋找出其本質(zhì)的特征，利用這樣的方法便能夠有效訓(xùn)練概括能力。物理概念能夠有效反應(yīng)出物理相關(guān)概念以及過程本質(zhì)，是一種具有抽象性特點的總結(jié)。物理概念建立在實驗和觀察的基礎(chǔ)之上，需要使用邏輯思維將一些現(xiàn)象中反映出的事物本質(zhì)以及共同特征進行概況和總結(jié)，也是人們使用物理方法開展思維活動的基礎(chǔ)。例如在機械振動和剛體運動、力學(xué)等相關(guān)物理概念中，就是運用分析、比較、抽象等方法進行概括和總結(jié)的。建立物理概念需要使用創(chuàng)造性的思維，同時這種思維也是人們研究物理問題所必須要具有的基礎(chǔ)思維方式。在進行物理實驗觀察時，通過一定的背景知識指導(dǎo)，能夠有效地對客觀事物的特征和屬性進行分析，能夠利用物理的思維方式，對客觀事物所具有的共同屬性以及本質(zhì)進行抽象概括。

2.3.2 在物理知識教學(xué)中結(jié)合物理方法的教育 物理方法與物理知識間有著緊密的聯(lián)系，物理知識需要物理方法為基礎(chǔ)，同時又需要在物理知識之上提出方法，再結(jié)合這些方法進行系統(tǒng)化的分析和推理，以實現(xiàn)物理教學(xué)的主要目的。科學(xué)方法論教育意義的關(guān)鍵點主要是對學(xué)生的智力技能開展有效訓(xùn)練，并在實際的操作中，能理解科學(xué)的方法，更能靈活的使用這些方法。例如習(xí)題是物理學(xué)習(xí)中的一個重要環(huán)節(jié)，在習(xí)題教學(xué)中要從物理概念的理解和物理方法的靈活應(yīng)用上入手，使之產(chǎn)生質(zhì)的飛越，那如何才能完成這次質(zhì)的飛越，達到理想的教學(xué)效果呢，這也是物理教學(xué)中一個值得深入研究的問題。若從認識論角度來看其解決方案可表示為圖3中的模式圖形式：

圖3 解決物理問題（習(xí)題）的教學(xué)模式圖

從圖3中可以看出正確的思維方式是順利解決物理問題的關(guān)鍵，同時也決定了解題方法的便捷與否。所以在進行習(xí)題教學(xué)工作時，對學(xué)生進行科學(xué)的思維方法的訓(xùn)練就顯得非常重要和必要了。

2.3.3 使用科學(xué)方法開展物理知識教學(xué) 科學(xué)方法觀進行教學(xué)，較為重視傳播和消化學(xué)習(xí)觀念，教學(xué)過程中，需要教師結(jié)合全部物理知識將科學(xué)方法觀的價值取向、內(nèi)涵以及現(xiàn)實意義予以明示，通過掌握科學(xué)合理的發(fā)展走向，并組織學(xué)生、引領(lǐng)學(xué)生通過相關(guān)案例進行討論，進而增加學(xué)生的理解能力和思想感悟。例如，可以通過歸納產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件，并進行總結(jié)，進而求證出利用假設(shè)法判定楞次定律本身也并不違反能量守恒定律；在討論電勢能相關(guān)知識點時，所采用的是類比重力勢能的方法，利用微元法去證明重力做功的多少與物體所經(jīng)過的路徑并沒有任何關(guān)系等等。

3 結(jié)束語

科學(xué)的思維方法作為重要的物理學(xué)中定性分析各種物理問題的有效方法，在實際教學(xué)工作中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的物理思維方法，有助于提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，促進創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)奠定良好基礎(chǔ)，同時也是對新課程改革中“過程與方法”這一課程目標的具體實施，所以在物理教學(xué)中將科學(xué)思維方法進行恰當?shù)姆诸?，以合理的形式和方式有機結(jié)合到物理教材中，做到真正意義上的將物理科學(xué)方法教育落實到教材和課堂教學(xué)中。物理學(xué)方法論是研究物理學(xué)科相關(guān)知識以及理論，尋找并歸納物理規(guī)律，利用物理知識服務(wù)與人類的重要課題，同時也是一項非常復(fù)雜、非常繁瑣的系統(tǒng)性工程，它所涉及的相關(guān)理論以及實踐方向非常多。伴隨著物理學(xué)當中各個領(lǐng)域的快速發(fā)展，將會有越來越多的問題需要相關(guān)工作者進行深入研究以及探討。