物理科学方法教育的研究与反思（下），本文主要内容关键词为：物理论文,科学论文,方法论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
3.物理科学方法的基本概念及方法存在的基本形式
广义地讲，物理科学方法应该包括物理学研究方法、物理学理论体系的建立方法以及物理学理论的学习与传播方法。狭义的物理科学方法主要是指研究物理学的方法。关于方法，我们做了一个比较简单、易于理解的界定，并总结出方法存在的3种基本形式，进而提出了“物理科学方法的判定原理”，使科学方法教育有一定的理论依据。
（1）方法的基本概念
方法，就是为了解决某一具体问题，从实践或理论上所采用的手段和各种方式的总和。物理科学方法，就是描述和研究物理现象、设计和实施物理实验、建立和定义物理概念、总结和检验物理规律，应用物理知识解决实际问题时所采用的各种手段与操作。它是科学方法的一种。
（2）方法存在的基本形式及判定原理
①方法存在的3种基本形式
Ⅰ.对于同一事物来说，沿着纵向或横向发展过程中的转折过渡处，一定存在方法。
Ⅱ.不同事物之间（包括人与事物之间）建立联系或者发生关系时，一定存在方法。
Ⅲ.将理论用于实践解决实际问题时，理论本身就具有了方法的意义。
②物理科学方法判定原理
根据方法存在的基本形式，我们又提出了一个寻找教学资源（含教材）中的科学方法因素的判定原理（原来叫命题，经过实践证明，它是正确的，后叫它为原理）。这个原理提供了一个寻找方法论因素的方法，利用它可以很方便地确定教学资源（含教材）中的科学方法因素，以便进行科学方法教育。
“在物理学知识点的建立、引申和扩展中，知识点以及知识点与知识点之间的连结处（我们把它叫做‘键’），一定存在物理科学方法因素”。
这是我们的理论研究与实践经验的总结，当然也可以作简单的论证（见《中学理科教学》，浙江，1990年第12期，此处略）
4.常用的物理科学方法及物理科学方法体系
（1）常用的物理科学方法
我们根据方法本身是否具有较为成熟的模式，把常用的物理科学方法分为两大类。
一类是具有一定规律和程式可循的常规方法。常规方法又分为经典方法和现代方法。经典常规方法是指观察实验方法、逻辑思维方法、数学方法等3种。也就是“物理科学方法之父”伽利略奠定的以物理实验为基础，自始至终进行科学的思维，最终以数学方法为工具建立规律的数学表达式。我们把它称为物理学研究方法的“工字形结构”，如图1所示。现代常规方法主要是指“老三论”和“新三论”。
另一类是非常规方法。这类方法的产生常带有或然性，它的运用有些“变幻莫测”，其特征与艺术有些相似。有时还会夹带着一些戏剧性事件，诸如直觉、灵感、想象、猜测等方法。另外，物理美学、物理学家的失误以及物理学悖论，在物理学的发展中，也具有方法论的作用和意义。所以，也把它作为非常规方法加以探讨和研究。这些方法在我们编写的《物理学方法论》中都专列一章加以论述（见参考文献[2]）。
当然，每一种方法都含有下一层次的方法，不同层次的科学方法是不能相互混淆的。例如，设计物理实验用以探究多变量之间的关系时，受技术条件和人们能力的限制，只能采取控制变量的方法来进行研究。所以，“控制变量法”是“实验方法”中下一层次的一种方法。类似的，“比值定义法”是定义物理量时经常使用的一种数学方法，是“数学方法”中下一层次的一种方法。我们不能因为“控制变量法”、“比值定义法”应用得很多、很重要，而把它提到不应有的层次上。方法的重要性、常用性和它的层次是两码事。
（2）物理科学方法体系
进行物理科学方法教育，必须要有一个完整的物理科学方法体系为基本参考，形成系统性，克服盲目性。随着物理科学及技术的发展，现在已经具备了建立科学方法体系的条件。我们总结了一个物理科学方法体系如图2，请读者参考并指正。
因受篇幅所限，此处不能详细阐述各种具体的方法了，请参阅参考文献[2]。
5.如何分析教学资源（含教材）中的科学方法因素
进行物理科学方法教育的基础工作之一，是首先分析教材中的科学方法因素：也就是以物理学史料为线索，对比物理学发展中的研究方法，分析、挖掘教材中是用什么方法描述和研究物理现象的，是怎样设计物理实验的，是如何建立物理概念的，是怎样探讨、总结并检验物理规律的等等。我们总结了以下3种分析教材中科学方法因素的方法。
（1）知识结构分析法
所谓“知识结构分析法”，就是在分析一节（或一单元）教材的知识结构、内在联系，画出知识结构图示的基础上，针对知识的内在联系（体现在知识点的连接处）分析其中的方法论因素。
具体步骤包括：
①找出该单元教材中的知识点（概念、规律、实验、习题等），并用方框把每个知识点分别框起来；
②按知识点的内在联系及扩展、引申的线索，用箭头把各方框（知识点）连接起来，构成该单元教材的知识结构；
③分析箭头处（键）所存在的方法论因素（实例见参考文献[1]）。
（2）教学逻辑程序分析法
所谓“教学逻辑程序分析法”，就是依据某一节或某一单元教材所提供的传授知识的逻辑程序，或者教师自己设计的教学逻辑程序，把它分成明显的若干步骤（也就是许多“子程序”）。因为程序之间反映了知识的纵向联系，是知识逐渐引申的过程，再根据《物理科学方法因素判定原理》，即可分析对应每两步之间存在的方法论因素（实例见参考文献[1]）。
（3）知识类型归类分析法——对应分析法
所谓“知识类型归类分析法”，就是从物理学科本身的体系结构出发，把物理教材按其内容的侧重点不同，宏观地分为4大类：
①讲授概念为主的概念教材；
②研究物理规律为主的规律教材；
③实验为主的实验教材；
④解决实际问题为主的应用（含习题）教材。
详细分析每一种知识类型中一般具有的科学方法因素，以此为借鉴，再遇到同类型的知识时，即可做对应类比分析。例如：
概念教材中主要的科学方法因素：
①概念的引入与建立方法：Ⅰ.“概念建立”；Ⅱ.概念同化；Ⅳ.概念顺应。
②概念的分类方法；
③定义概念的基本原则：Ⅰ.普遍性；Ⅱ.简单性；Ⅲ.可测性。
④定义概念的主要方法：Ⅰ.操作定义法；Ⅱ.人为定义法；Ⅲ.数学推论法；Ⅳ.比值定义法。
规律教材中主要的科学方法因素：
①总结规律的基本方法：Ⅰ.实验归纳法；Ⅱ.逻辑推理法；Ⅲ.理想实验法；Ⅳ.假说方法；Ⅴ.图像法。
②总结规律的数学表达式：Ⅰ.做单因子实验；Ⅱ.写成数学关系式。
③简化数学表达式：如外推法——改变坐标原点（查理定律），改变坐标参量（斯涅尔定律）。
④介绍物理学家的方法论思想。
⑤重要物理规律发现中的方法论思想。
⑥介绍物理学家的失误（失败反思法）。
实验教材中主要的科学方法因素：
①物理实验的基本组成部分（实验对象，实验源，实验效果显示器）。
②实验效果显示器的设计方法：Ⅰ.比较法（共同、差异）；Ⅱ.转换法（力、热、电、光、机械等）；Ⅲ.放大法；Ⅳ.其他方法（叠加平均，平衡思想等）。
③实验结果的分析方法：Ⅰ.定性的因素分析法；Ⅱ.定量的数学分析法等。
6.制订物理科学方法教育的教学目标
教师在深入钻研教材，确定知识教学目标的同时，应该同时制订物理科学方法教育的目标要求及达标方法，明确不同阶段物理科学方法教育的重点，制订具体的、与教学内容相配合、适应学生特点的、可操作的目标计划。
（1）制定物理科学方法教育教学目标的依据
①依据全日制义务教育和普通高中《物理课程标准》；
②依据相应的中学物理教材；
③依据物理学发展史料；
④依据学生的年龄、心理特征与接受能力。
（2）物理科学方法教育目标的分类层次
①物理科学方法的记忆层次；②物理科学方法的领会层次；③物理科学方法的简单运用；④物理科学方法的灵活运用。
（3）初中及高中物理科学方法教育的目标要求（见参考文献[1]）
限于篇幅，以下的3个课题，在此不再详述。
7.开展物理科学方法教育试验（见参考文献[1]）
8.物理科学方法教育课堂教学模式的探讨（见参考文献[1]）
9.物理科学方法教育的检测评价（见参考文献[1]）
五、新课程理念下课堂教学中如何落实物理科学方法教育
1.倡导
（1）和学生一起从“起点”看“终点”。
（2）充分还原、稀释（重演）重点知识点的建立和总结过程。
充分还原稀释——让学生体验物理概念的形成过程；
坚持延迟判断——让学生探寻物理规律的发现过程；
渗透思想方法——让学生参与物理实验的设计过程；
注重思路分析——让学生亲历实际问题的解决过程。
（3）大胆显性地、适时有计划地传授科学方法。
2.切忌
只重视“动作”操作过程，忽视科学思维过程；或者过程短平快，方法简单欠妥。
3.实现
复杂问题简单化，简单问题规律化（不能仅仅满足于实验，都要应用科学方法进行总结）。大胆地开放，科学地收敛（形成包括知识与方法的完整的知识结构）。
4.具体做法
（1）一事一议，体现方法
每做一个实验，建立一个概念，总结一个规律，解决一个实际问题，都要说出应用的科学方法（实例略）
（2）典型事例，综合分析，多种方法
例如，一个真空铃实验（视频略），至少可以分析出其中应用的5个方法论因素：①如何探究真空中能否传播声音——实验法；②实验的3个基本组成部分：实验对象——封有空气的钟罩及发声闹钟；实验源——抽气机；实验效果显示器——人的耳朵；③实验验证真空不传声的过程分析，主要应用了因果分析法：声音较大——（抽出空气）——声音减小——（理想实验——真空）——声音消失——（反向充气）——声音变大；④如何分析得结论—应用因果共变分析法、理想实验方法、反向对比方法……；⑤共变法（略）。
（3）重点方法，多个知识，反复应用
例如，在总结右手螺旋法则、电磁感应规律、楞次定律等规律时，都应用了因果分析求同求异法；在定义速度、压强、密度、比热、功率、电场强度、电容等概念时，都应用了比值定义法。
（4）针对教材，系统有序，全面展开
全面分析教材中的科学方法因素基础上，制订系统地落实科学方法教育的计划。（具体计划略）
（5）课堂教学中凸显科学精神
①宣扬科学家的科学精神；
②鼓励学生对所学概念和规律提出质疑；
③对实验反思设疑，改进创新，随时捕捉生成的资源，点燃学生创新的思维火花：Ⅰ.对实验现象、规律进行反思、鼓励学生的求异思维；Ⅱ.对类似实验的异同点进行反思；Ⅲ.对实验方法进行反思，设计新的实验方法；Ⅳ.对实验仪器、器材进行反思，改进创新；Ⅴ.拓展外延，让物理实验走进生活——“玩”进物理世界，“玩”出学习方法及能力。
六、物理科学方法教育的反思——几个值得思考和研究的主要问题
（1）如何进一步研究国内外科学方法教育的成果，建立一个完整的物理科学方法体系，以供老师们参考。
（2）建立一套全面具体、科学可行的初中及高中物理科学方法教育的教学目标体系。
（3）如何解决实施物理科学方法教育与中考、高考的“矛盾”，总结出信服、可行的经验。
（4）如何进行科学方法教育的检测与评价，建立科学、可行的检测评价的标准和方法。
（5）我们建议，有志于科学方法教育研究的老师，集思广益，编写出一套借助于视频资料的《物理科学方法教育视频教程》。