浅议高中物理科学方法教育的实践和分析

【摘要】物理教学中渗透科学方法应注意四条原则：适时性、适度性、隐含性、融合性。在物理教学中应有意识地加强科学方法教育，本文阐述了在物理概念、物理规律的教学过程中、物理理论的建立过程的教学中、物理实验教学和习题教学中、单元小结中进行科学方法教育的实践和研究。

【关键词】物理；科学方法教育；能力培养

物理学是一门基础的自然科学，发展到今天，已经构筑了严整的理论架构，积累了丰富的实验手段和思想方法.。在物理教学中实施科学方法的教育具有明显的学科优势，也是物理教学中重要的组成部分.。随着科技的迅速发展，知识迅速增殖。如今，知识已渗透到了方方面面，并且始终都在不断地变化发展，试图什么都知道已成为不可能的客观现实。越来越多的人意识到：能力比知识更有力量。而能力是系统的知识与科学方法的完美组合。虽然我们可以通过多种渠道（如研究性学习等）来试图达到。但是，从根本上讲，加强科学方法教育才是最重要的。物理科学方法主要有观察法、实验法（含控制变量法）、等效法、理想化法等等，其中理想化方法包括理想实验法和理想模型法。物理科学方法教育是指在物理教学中，有目的、有意识、有步骤地渗透和传授物理科学研究方法，使学生受到科学方法的熏陶和训练，逐步地掌握最基本、最主要的物理科学方法，达到促进知识学习、培养能力和提高科学素质的目的。

物理科学方法教育是在物理教学中，有目的、有意识、有步骤地渗透和传授物理科学研究方法，使学生受到物理科学方法的熏陶和训练，逐步掌握最基本、最主要的物理科学方法，达到促进知识学习、培养能力和提高科学素养的目的。 随着新一轮基础教育课程改革的进一步深入，科学方法教育受到了教育研究者及实践的广泛重视。我国高中物理新课程标准中明确提出课程目标之一是：经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律；通过物理概念和规律的学习过程，了解物理学的研究方法，认识物理实验，物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用。但在物理教学实践中物理科学方法教育也远没有像物理知识教学那样，教学内容具体、教学目标明确。在教学实践中完全依赖于教师的自己的理解去把握科学方法教育的内容和目标，这样在高中物理课堂教学中进行科学方法教育一直还处于较盲目和随意的状态。因此，在高中物理教学中开展科学方法教育的研究具有重要的现实意义。 本研究在对物理科学方法教育现状分析的基础上，针对目前科学方法教育不足，对物理科学方法教育目标的设计、物理科学方法教育因素分析、物理科学方法教育的原则、途径等进行了理论研究，并通过实践案例说明了物理科学方法教育的实施。

一、高中物理科学方法教育的意义

1、科学方法教育比知识教学更具有长远意义人类几千年的探索活动，汇集成今天这浩瀚无垠的知识海洋。不仅创造了各门学科坚实的理论基础和丰富的知识体系，而且形成了科学方法体系，成为人类宝贵的精神财富和进一步探索科学奥秘的税利武器。显然，人类创造知识的全部，不仅是各门学科的理论和知识体系，还应包括相应的科学方法。在这“知识的全部”中，正如法国科学家笛卡尔所说：“最有价值的知识，是关于方法的知识。”对教育而言，学生在校所能学到的知识很有限，而科学技术的迅速发展，要求社会成员具有较强的独立获取新知识、掌握新技术、解决新问题的创新能力。正如赞可夫所说：“无论学校的教学大纲编得多么完善，学生毕业后必然会遇到他们不熟悉的科学上的新发现和新技术。那时候，他们将不得不独立、迅速地弄懂这些东西并掌握它。”要迅速地弄懂这些新知识、新发现，掌握这些新技术，如果没有一套行之有效的科学方法是很难达到的。所以在物理教学中不仅要教给学生基本的科学文化知识，更重要的是要教给学生具有普遍价值的科学方法。观察、实验、假说、验证等物理学科的基本研究方法，它不仅适用于自然科学的研究，也适用于其他科学技术领域和各种工作领域。分析、综合、抽象、概括、归纳、演绎等基本的科学思维方法，更是普遍应用于人的各种思维活动，科学思维方法可以说是一个人终身不可缺少的基本素质。学生在物理教学中受到的科学研究方法和科学思维方法的教育和培养将终身受益。所以，教给学生发现问题、分析问题和解决问题的科学方法，应是学校教育给予学生的最具生命力的教育成果，也是学生离开学校后学习和工作的有力工具。因此，掌握科学方法比掌握具体的科学知识更具有长远的意义。

2、科学方法教育能使物理教学达到更高的境界

物理学作为一门科学，有本学科的知识体系，有本学科的研究方法、施教方法和学生的学习方法。现行教材是按知识体系编排的，科学方法大多蕴涵在知识的发展过程中，需要教师挖掘教材中隐含的科学方法教育因素。在教学中有意识地以科学方法为线索组织教材、组织教学过程。对一些重点知识，模拟科学家的研究过程，切实运用必要的科学方法，让学生在科学方法的导引下主动地去获取知识。这样的教学，必然符合学生的认识规律，能使学生对知识的获得过程有切身的体验，从而对知识本身有扎实的理解，同时又受到科学方法的训练和培养。这就使学生不仅掌握了知识，还明白了这一知识是用了那些科学方法来获得的，即能在科学方法层面上理解和体验学习过程。这样，学生经过学习逐步地掌握了科学方法，进而形成自己的科学的学习方法，就会有效地提高学习效率。当学生掌握了方法取得了独立获取知识的本领时，就得到了开启物理知识宝库的“金钥匙”。这种教法与学法的结合，才能体现叶圣陶先生所倡导的“教是为了不教”的原则，物理教学质量必然会达到更高的境界。

二、科学方法教育的原则。

开展物理科学方法教育需注意以下四条原则：

（一）适时性当教材内容确有进行科学方法渗透的必要才加以渗透，反对脱离教材内容而空谈方法。例如：在原子模型教学中，从实验观察到的现象，经过推测、假设、推理、演绎提出了原子核式模型，用新的理论推翻旧的学说，将人们对原子结构的认识又深入一层。教材将方法和内容紧密地结合在一起，突出了从实验事实出发，通过各种思维方法，建立新的物理学说。

（二）适度性科学方法教育要根据教材的需要、学生的特点来挖掘教材的方法教育因素，制定出切实的渗透目标，不宜过难、过高。另外也要注意学生的特点，有些方法在重点中学可以讲解，但到了普通中学用同样的方法教学可能效果就不好，教师应该考虑各方面因素，适当的调节自己的教学难度，适度的进行方法教育。

（三）隐含性开展物理方法教育的最好方式就是渗透。在进行方法教育时，要做到潜移默化，让学生在学习知识的同时不知不觉地接受物理方法的培养和熏陶。在高中电场教学时经常用到类比的方法，把电势差、电势、电势能、电场力做功和重力场中的高度差、高度、重力势能、重力做功进行类比，在教学过程中教师并未提及“类比”二字，但学生在学习中不知不觉接受了类比这一物理方法。

（四）融合性知识、方法和能力在学生的学习活动中是密切联系在一起的。开展物理科学方法教育和学习物理知识、培养学生能力可以结合在一起，促进知识的掌握和能力的培养。例如：在得出牛顿第二定律时就要用到控制变量法，应用牛顿第二定律解题时就要用到隔离法和正交分解法等典型的物理方法。能力的培养是通过学习知识和方法渗透等实践活动来培养的。知识越丰富，方法越多、越巧，解决问题的能力就越强。 三、教学过程中对学生进行科学方法教育的途径。

1、在讲清物理概念、物理规律的教学过程中渗透科学方法教育一个物理概念的形成或一个物理规律的建立，必然有与之对应的科学方法的运用和形成。例如在高中物理教材中速度概念的教学中，教师可引导学生首先分析、比较不同物体的运动快慢从而引入速度的概念，进而分析如何定量地表示不同物体运动的快慢，引导学生认识到可用位移和时间的比值即表示，即采用比值法定义速度。在平均速度概念的基础上，运用近似法、微元法建立瞬时速度的概念，用比值法、微元法定义瞬时速度，也可以向学生介绍用气垫导轨或打点计时器测量瞬时速度渗透实验法。由此可见，在速度概念的建立过程中，伴随着许多科学方法的运用。同样，一个物理规律的建立，如牛顿定律、万有引力定律、气体实验定律等规律的建立，也充分运用了实验方法、分析和归纳、推理方法及数学方法。

2、在说明物理理论的建立过程的教学中进行科学方法教育物理学中有许多物理理论：如分子动理论、麦克斯韦电磁理论、光的粒子说和波动说、玻尔理论等。这些理论都是在实验事实的基础上，经过科学思维及数学方法建立起来的。其中科学假设在物理理论建立过程有突出的运用。例如“玻尔理论”的建立，充分体现了科学假设的运用。教师可按以下的程序组织这部分知识的教学：首先指出玻尔根据当时已有的实验和理论，发现用经典电磁学理论不能解释“原子结构稳定”和“原子光谱不连续”的事实，大胆放弃了某些不适用于原子内部的经典电磁论，创造性地把卢瑟福原子核式结构学说、普朗克量子说和爱因期坦的思想结合起来，融合光量子理论于原子结构理论中，提出了三条科学假设：能量量子化假设、轨道量子化假设和跃迁假设，然后以氢原子为例进行演绎推理，把抽象的假设具体化，再借助电子轨道图和能级图，使抽象的假设形象化。但假设是否正确，还需要实践的检验，最后向学生介绍玻尔的理论一方面被德国物理学家夫兰克和赫兹共同完成的著名实验所证实，同时用玻尔理论可以很好地解释氢原子光谱，玻尔理论的正确性得到证实。循着理论建立的历史进程“事实和已有理论”→“理论假设”→“新事实”→“修正理论，甚至建立新的假设”组织学生进行学习，实际上是让学生经历一次用科学方法研究物理问题的模拟活动，学生既能学到了物理知识，更体会到了科学方法在科学理论建立过程的重要作用．

3、在进行物理实验教学中，对学生开展科学方法教育教师介绍了一些物理方法以后，要让学生在实践中加以应用，实验课是进行物理方法应用训练的最好机会。实验教学是中学物理教学的重要组成部分，在实验教学中，开展科学方法教育大有文章可做。在实验课中让学生进行观察、记录并整理数据，排除次要因素，突出主要因素，经过分析、运算、归纳、总结，从而得出正确的物理结论，给学生提供亲自运用科学方法探索的机会。

4、在单元小结中进行物理方法的讨论和归类讲完一章新课后，在对该章内容进行小结的同时，也要对该章所用到的物理方法进行讨论和归类。如讲完牛顿运动定律后，对控制变量法、实验法进行分析讨论，对隔离法、整体法进行小结。讲完电场和磁场之后，复习时可以运用类比的方法，把这两者知识联系起来。总结这些物理方法的特点、应用条件，引导学生站在更高的层次去审视这些物理方法，这对启发思维，培养能力帮助极大。

四、高中物理科学方法教育的意义。

（一）科学方法教育比知识教学更具有长远意义正如法国科学家笛卡尔所说：“最有价值的知识，是关于方法的知识。”所以在物理教学中不仅要教给学生基本的科学文化知识，更重要的是要教给学生具有普遍价值的科学方法。观察、实验、假说、验证等物理学科的基本研究方法，它不仅适用于自然科学的研究，也适用于其他科学技术领域和各种工作领域。学生在物理教学中受到的科学研究方法的教育和培养将终身受益。

（二）科学方法教育能使物理教学达到更高的境界对于教学中的重点和难点知识，要切实运用必要的科学方法，让学生在科学方法的导引下主动地去获取知识。比如对于质点的概念学生很难理解，可以引用例子。一架飞机从温州飞到杭州，由于飞机的大小和形状在与宁波到杭州的航程相比是微不足道的，在研究的问题中不起作用，所以可以把飞机看作是一个没有大小和形状的点。在物理学上我们把它叫做质点。如此质点这个理想化模型的建立过程，必然符合学生的认识规律，能使学生对知识的获得过程有切身的体验，物理教学质量必然会达到更高的境界。

（三）科学方法教育具有深刻的德育功能，有助于学生树立辩证唯物主义的世界观例如，我们强调观察实验是物理学最基本的研究方法，让学生逐步懂得观察和实验既是物理知识的基本源泉，又是检验物理知识真理性的唯一标准，这就可以培养学生树立物质第一性、意识第二性的哲学观点。例如，通过对光的本性的认识过程等教学和有关科学家事迹的介绍，可以告诉学生科学工作需要有实事求是、严格要求的科学态度和独立思考、追求真理的创新精神，所有这些，都说明了科学方法教育具有深刻的德育功能。在物理教学中有意识地加强科学方法教育，是实现学生增长知识、发展能力、提高素质的一个有效途径。

总之，在高中物理教学中，渗透科学方法的教育，所花的时间不多，但对学生掌握知识和培养能力作用很大，值得我们重视。

【参考文献】

［1］南冲．中学物理教学研究．北京：海潮出版社，1993，9．

［2］徐志长．高中物理科学方法教育的研究．课程•教材•教法.2002（6）．

［3］苏明义．中学物理教学建模．广西教育出版社，2000.