培养学生可持续发展能力的探索——浅谈初中物理科学研究方法教学，本文主要内容关键词为：培养学生论文,浅谈论文,可持续发展论文,科学研究论文,物理论文，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。
当今世界教育改革的潮流普遍重视人的可持续发展能力的开发。上海市中小学课程教材改革提出素质教育和对学生能力培养，宗旨之一就是要培养学生具有可持续发展的能力，使学生将来能适应高速发展的社会需要。
初中物理教学开展物理科学研究方法教学对提高学生可持续发展能力有很大的作用，近年来我们在初中物理科学研究方法的教学中作了一些有意义的探索。
一、初中物理科学研究方法教学的定位
初中物理科学研究方法教学目标的设定应当建立在初中学生物理认知水准的基础上。初中学生的认知结构的特点，主要有以下四个方面：
1、初中学生在学习物理学以前通过各种感知渠道对物理知识已有较多感受，构成了学生头脑中的物理印象。这种印象有正确的也有不正确的。正确的物理印象有利于学生学习新的物理知识、教学中应将正确的物理印象作为开展物理教学的基础出发点，而错误的印象往往在学生学习新的物理知识的过程中起很大的干扰作用。因而在教学中必须有意识地重视，有目的地进行纠正，在否定错误物理印象的基础上建立正确的物理概念或规律。
2、初中学生由于年龄较小，受思维水平的限制往往不能及时自学地将新知识与头脑中原认知结构建立本质的联系，因而他们头脑中尚未形成正确的、稳定而又完整的知识结构，遇到复杂的问题时时常要顾此失彼。
3、初中学生从小学习数学，长期的训练使数学知识先入为主，在处理量值关系时往往存在一定的思维定势，从而忽视物理意义，以数学方法代替物理概念，如在对密度、电阻、比热容等的物理概念的理解上常显露这一弱点；
4、由于物理学研究的某些领域超过一般初中生日常生活中感知的物理现象范围，因此有很多知识学生在学习时头脑中缺乏必要的知识基础。
初中学生的认知特点决定了在初中物理教学中开展初中物理科学研究方法教学是可行的，但由于初中学生目前尚无能力理解、掌握物理科学研究方法，因而也决定了我们在初中物理教学中物理科学研究方法教学不能盲地追求过高的要求，而违背教学规律。所以初中物理科学研究方法教学可以定位在让学生“体会”这一层次上。随着后继物理教学的进行，学生的物理知识结构越来越完备，就有可能进一步要求学生在“理解”或“掌握”的层次上学习物理科学研究方法。
二、初中物理科学研究方法教学的实施
初中物理科学研究方法教学必须以具体的物理教学内容为载体，寓物理科学研究方法教学于物理知识教学之中。初中物理知识中物理概念和物理规律的形成过程是从典型的物理事例出发，通过观察形成物理表象经过假设、分析、验证；再假设、再分析、再验证……，最后抽象归纳形成概念和规律的过程。这一过程本身就是一种物理科学研究方法，体现了一种思维方式，是进行初中物理科学研究方法教学的重要环节。
兰田中学是一所开办才四年多的新学校，学生学习能力的水准界于重点中学和普通中学之间。针对学生的具体情况，近年来我们从以下几个方面对初中物理科学研究方法的教学进行了探索。
1、在物理实验教学中进行物理科学研究方法教学
物理演示实验的新颖性，启发性、知识性和可操作性等对学生具有相当大的吸引力，可以集中学生的注意力，使教学过程活泼、生动并能激发学生兴趣。初中学生通常具有一定的观察能力，教师在物理演示实验过程中要重视指导学生掌握观察的基本方法养成观察的习惯，更要重视指导学生对观察结果进行分析、推论、概括使学生头脑中的感性素材上升为理性认识，从而形成物理概念，导出物理规律。教师还应该尽可能地创造条件，让学生多做实验、提高他们的实验能力，增强他们的动手能力和分析解决物理问题的能力。在解决物理问题过程中使他们体会科学研究方法的重要性。
以初中物理【沸点与压强的关系】的教学为例。教师演示“沸点随气压增大而升高”的实验，指导学生观察，当瓶中水沸腾时，教师设问：如果用打气筒向瓶内打气，水会继续沸腾吗？学生的回答是肯定的。然而实验的结果却使学生惊奇不已。此时教师应当注意到，学生的这种兴趣，还只是停留在现象的本身，有时并未产生探索物理现象原因的渴求。所以教师要指导学生对观察的结果进行科学分析，指出向瓶内打气的实质是增大瓶内液面上方气体的压强，当压强增大时水的沸点升高了，所以尽管酒精灯继续在对水加热但由于沸点升高的原因水还是停止了沸腾。教师可继续引导学生思考：如果此时将瓶塞打开，水是否会再次沸腾，让学生作出判断，并演示证明这种判断的正确与否，从而得出沸点随压强增大而升高随压强减小而降低的结论。这时教师不失时机地告诉学生科学的问题必须通过科学的方法去解决，使学生体会到物理科学研究方法在解决物理问题中的重要作用。
当学生明确了物理科学研究方法在解决物理问题中的重要作用后，教师再安排【冰“烧”开水】的学生实验，让学生通过亲手实验去体会这种作用。实验装置如图1所示，在烧瓶中装半瓶热水，不塞瓶塞。在酒精灯上加热，至水沸腾后熄火，迅速用瓶塞塞往瓶口将其倒置在铁架台上。此时烧瓶中的水已停止沸腾。教师让学生立刻将冰块放在烧瓶底部，学生惊奇地发现冰果然将水“烧”开了，接着教师引导学生联系前面的演示实验分析沸点与压强的关系，得出结论。学生在分析过程中，不仅思维能力得到了培养同时也体会到了物理实验中的物理科学研究方法。
物理实验数据的分析对引入物理概念具有十分重要的作用，同样是物理科学研究方法的一种体现。例如在引入“密度”概念时，我们将实验数据列表如图3所示，组织学生讨论，首先我们让学生对两表的第一列“体积”和第二列“质量”进行比较，得出同一物质的体积增大几倍时，质量也随着增大几倍的结论。然后对两表中第三列中的数据即每1厘米[3]的质量进行分别的比较，得出单位体积的某物质的质量是一个确定的量。最后对照比较两表的第三列数据说明对不同的物质来说，单位体积的质量通常是不同的。通过科学的分析实验数据从而引进密度概念，并说明密度是物质的一种特性。
对实验的数据进行科学分析的方法是物理科学研究方法的一种重要手段，有利学生加深对物理概念的理解，更有利于培养学生严谨的科学态度。教师要注重对学生数据分析能力的培养。通过数据分析的过程让学生体会物理科学研究方法。
2、在物理概念教学中进行物理科学研究方法教学
初中物理教学中，较典型的科学研究方法是控制变量法。它在研究物理问题，建立物理概念中有着十分重要的作用。为了使学生体会这种方法。我们在教学过程中，有计划地安排了这方面的训练，例如：在形成速度概念的教学中，教师引入课本中游泳运动员比赛的情景（如图2所示）分析归纳得出比较速度大小的二种方法：一是在相等的时间里看谁通过的路程大；二是通过相同的路程看谁用的时间少。然后，组织学生讨论三个问题，问题1：假如运动员从起点出发的时间各不相同，我们能根据谁游在前面来判断推游得快吗？问题2：假如运动员从不同的起点出发同时到达终点，我们能根据谁花的时间少来判断谁游得快吗？问题3：假如某运动员保持游泳的速度不变，那么他游的路程越大，所用的时间是否越大、通过对上述问题的讨论，使学生懂得这样一个道理：在路程、时间和速度这三个物理量中，研究任何两个量之间的关系时第三个量都应保持不变，否则这两个量间的关系就无法确定，从而使学生体会控制变量法这种科学研究方法在学习物理概念中的重要作用。
随后，在压强等物理概念的学习中这种科学研究方法还将被一再地体现，使学生加深印象。
3、在解决物理问题过程中进行物理科学研究方法的教学
物理学中提出的解决问题要靠思维。初中学生具有一定的抽象逻辑思维能力。他们能进行抽象概括，通过逻辑推理得出新的结论。但却又往往习惯用粗略概括的思维观念代替反映事物本质的科学物理概念，遇复杂问题时常缺乏全面的科学分析问题的思维品质，缺乏思维的逻辑性和严密性，因而教师在教学过程中必须重视对学生抽象逻辑思维能力的进一步培养。初中学生逻辑思维一般还需要具体物理事例的支持，教师应尽可能就具体的物理现象提出问题，通过对物理现象的讨论得出进一步的结论。例如，教师在学生完成“测定小灯泡额定功率”的实验后，组织学生讨论在测定小灯炮额定功率的实验中（如图4所示），已知电源电压恒定为6V，如果电压表15V量程已损坏，如何用这个电压表的3V量程测出额定电压为3.8V的小灯泡的额定功率？结果从学生中得到的最佳方案是将电压表先接在滑动变阻器两端，调节滑动变阻器使电压表的读数为2.2V，那么小灯泡两端的电压就是3.8V。根据电流表的读数用公式P=UI，即可算出小灯泡的额定功率。学生认为这无疑就是标准答案了。显然这种做法是不妥的。教师这时应提出疑问：“实验操作规程规定在闭合电键时滑动变阻器连入电路的电阻应最大。电源电压恒定为6V的情况下，据串联电路的分压原理。此时滑动变阻器两端的电压很有可能超过3V，大家想过没的？”学生突然发现自己考虑问题时似乎有失偏颇。紧接着教师指导学生证实滑动变阻器的电阻确实大于小灯泡的电阻，使学生发现了原解题方案中不严密的地方。这时教师又提醒学生注意此刻灯泡两端的电压一定小于3V，是否可先将电压表接在小灯两端调节滑动变阻器使小灯两端的电压为3V后再将其移接到滑动变阻器两端去呢？至此，学生心中的疑惑顿释，于是教师教育学生，在对物理问题的研究过程中不仅要注意科学性还必须注意思维的逻辑性和严密性，学生深受启发。这对学生思维的发展和潜能的培养无疑是大为有益的。
总之，教师要打破常规，想方设法，通过各种途径使学生体会物理科学研究方法，因势利导地培养学生可持续发展能力。
三、初中物理科学研究方法教学的几点收获
初中物理科学研究方法教学的尝试是一项有意义的工作。近年来，教学实践证明了，由于学生对物理科学研究方法有所体会，他们的实验能力、思维能力、科学分析能力均在一定程度上有所提高。学生归纳和解释能力也相应地提高了，他们不仅能独立分析和解答一些简单的物理问题，而且勇于和乐于研究分析一些较复杂的物理现象，课堂效益高，学生学习成绩大面积的提高。
笔者在任教的初二教学班中随机选择两个班作为实验班和对照班。表一为实验前二个班级的学习情况对照表。（表一）
从表中可见二个班同为物理起点班，选用相同的教材、同一教师任教、周课时数相等，表中第六列显示的学生初一第二学期语文和数学期末考试成绩及标准差说明了二个班的学习成绩无显著差异，所以选择初二(2)班为实验班，初二(1)为对照班是合适的。通过一学期的实验后，对二个班的学生进行有关的测试，测试情况如表二：
物理实验部分采用物理实验考试组合“用天平测物体质量”和“研究凸透镜成像规律”。物理解题能力部分采用“自编能力测试卷”，表二测试结果表明实验班无论在实验能力还是解题能力方面均优于对照班。
为了进一步证实学生学习物理能力的提高确实得益于初中物理科学研究方法教学。在初二第二学期欺末时，我们再次对实验班和对照班进行了测试，测试结果如表三：
物理实验部分采用物理实验考试组合“使用弹簧秤测力”和“伏安法测电阻”。物理解题能力采用“自编能力测试卷”，表三测试结果表明实验班与对照班的差异明显较第一次测试大，另一统计还表明实验班学生在市青少年创造发明设计竞赛和“金钥匙”竞赛中获奖人次几乎是对照班的二倍，奖项等第也高于对照班。可见，在初中物理教学中开展初中物理科学研究方法教学对培养初中学生学习物理的能力不仅是可行的，而且是卓有成效的。
九七年兰田中学首居毕业生在物理中考中最高平均分位居全区第一，83%的学生考进了市、区重点中学。
学生学习物理能力水准的提高，使更多学生勇于涉猎较高层次的知识，物理竞赛辅导班的人数“爆满”。九七年物理竞赛兰田中学荣获普陀区“梅陇杯”团体一等奖，初三(2)班的一位同学还以全区唯一的满分获得这项比塞的第一名。九八年物理竞赛我们又获“兰田杯”团体一等奖。
学生学习物理能力水准的提高，使学生视野开阔，不断在知识的海洋中漫游。他们在金钥匙竞赛中能有效地分析解答物理问题，能力的迁移也有助于他们解答其他学科中的问题。九六年市金钥匙竞赛，兰田中学获一等奖的人数占全市的50%，获二等奖和三等奖的人数各占全市的30%，代表上海市去北京参加颁奖大会。九六年和九七年在市青少年创造发明设计竞赛中分别获得团体二等奖和团体一等奖。
跟踪调查结果显示，兰田中学毕业生都能适应高中阶段的物理学习，其中不乏姣姣者。学生反映他们所取得的成绩得益于初中阶段开展的初中物理科学研究方法的教学。