物理科学方法教育的几点尝试，本文主要内容关键词为：几点论文,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。
科学方法教育是新课标的重要目标之一，作为一门重要的自然学科，物理学既是一门实验学科，又是一门应用学科，在长期发展过程中，所凝聚和升华的科学方法不仅对物理学本身，而且对整个自然科学，乃至社会科学的发展都有着重要的意义。它一方面促进了科学知识的发展，另一方面又反过来充实着科学方法体系，形成了具有学科特点的“物理科学方法”。那么，在物理教学中如何进行科学方法的教育，或者说物理科学方法教育有哪些实施途径？
一、物理学史中“解读”科学方法，重现科学巨匠的探究历程
作为一门重要的基础自然学科，物理学包含了大量的概念、规律等科学知识，它们揭示了自然界基本的运动形式和物质结构的诸多真理；但从建立这种学科知识体系的历史过程来看，它所产生的科学方法推动了科学的巨大进步。因此，重温和解读体现那些巨匠们科学灵感的物理学史，也是科学方法教育的重要手段。
和以往不同的是，新课标把物理学史的教育提到了一个新的高度。以往如“伽利略对自由落体运动规律的研究”只是作为阅读材料处理，但现在将它单独列为一节，内容丰富翔实。这里不是侧重自由落体知识的学习（因为前面已学过），而是侧重于了解伽利略研究自由落体运动的科学方法和巧妙的实验构思。
在分析如图1（人教版新课标必修一第47页图2.6-3）的研究过程中，许多同学容易搞不清这样两个问题：伽利略为何要在斜面上做这个实验，直接自由落体不更好吗？为何要让倾角不断增大？其实这正是体现伽利略在研究自由落体运动规律时采用的两个重要思想：“冲淡”重力的思想和理想推论的思想。
在伽利略的时代，没有时钟、秒表，更没有打点计时器、抽气泵，今天真空管中“鸡毛和石块同时落地”的结论，不过是后人对伽利略结论的“现代化验证”。那时的时间估算手段是非常原始的滴水计时方式，一来不方便，二来误差很大，尤其是应对短时间计时的时候。因此如何“冲淡”重力，从而“拉长”时间，方便测量或比较，成为伽利略首先考虑的问题，斜面成了他巧妙解决这个问题的工具，从我们今天的观点来看，重力转换成了重力的分力，加速度可以大幅度减小，实验过程对应的时间得以明显“延长”，教学中可以让学生通过阅读、讨论、评议等手段来体验伽利略在研究自由落体运动规律时采取的几个重要步骤：
①通过逻辑推理的方法揭示亚里士多德重物下落快的“经典性”错误。
②从“自由落体运动应该是简单的”认识出发，猜想v∝x和v∝t两种可能性，但经过推理判断v∝x不正确，应为v∝t。
③从逻辑推理得出检验v∝t即是检验x∝
。
④巧妙设计斜面实验检验x∝。
从而领会这样的实验探究所带来的两个重要的结论：
①从不同质量的小球在同一倾角的斜面上通过相同位移所需时间相同（本质为加速度相同）。
②随着斜面倾角的增大，加速度不断增大。
在上两个关键结论的基础上，伽利略作了划时代的理想推论：当不计阻力且斜面倾角为90°即竖直自由下落时，不同质量的物体将以同一加速度下落。
上述物理学史的解读和体味，可以让学生明白：这是一种逻辑和实验相结合的科学方法，从而也发展了人类的科学思维方式和科学研究方法。伽利略对运动的研究，不仅确立了许多用于描述运动的基本概念（速度、加速度），而且创造了一套对近代科学的发展极为有益的科学方法，或者说给出了科学研究过程的基本要素，这些要素正如教材第48页中图例（如图2）所示。
二、概念和规律教学中渗透科学方法，培养科学探究的品质
正如上面实例所述，物理概念和规律的形成过程中，包含了科学前辈们所建立的丰富的科学方法，物理概念是反映物理现象和物理过程本质属性的一种思维方式，是物理事实的抽象。借助于这种概括、抽象的思维方式，人们找到了复杂自然世界的简单规律，建立了假说、模型和测量技术等物理方法，从而构成了规模宏大的物理学理论体系。显然，教师在概念教学中更要不断挖掘内在的、众多的科学方法，并与教材知识相结合，以有助于学生对物理规律和概念的深刻理解，并通过科学方法的形成和积累，学会科学探究的方法，培养科学探究的品质。
物理概念的引入一般运用观察和实验方法，运用比较和分类、归纳和演绎、分析和综合以及理想化方法抽象出客观事物的共同物理本质。如力、反射、折射等都是在观察的基础上建立起来的；质点、点电荷、匀强电场、匀强磁场、理想气体等则以物理事实和物理研究的需要，通过科学抽象和理想化的思维操作而建立起来的。通过这种理想化方法的教学，学生能体验物理学中抓住主要因素，忽略次要因素，突出主体删繁就简的思想。而加速度、功、功率、电势等概念则是以已有知识为基础，根据对客观事实研究的需要，运用逻辑和数学方法，进行分析、综合、推理等思维过程而建立的。电场、磁场、静电力、电势能等都是采用类比法，通过对比重力场与电场、磁场与电场、静电力与重力、电势能与重力势能的相似属性，学生尝试提出假设，进而猜测，提出问题，并设计解决问题的方法，进而唤起学生头脑中已有的知识或经验表象，实现经验或知识的有效迁移。通过这种引导和教育，反思和总结，学生会感悟到科学方法具有提供线索、启发思路、触类旁通的功效，从而促进学生学习的主动性和积极性，也为物理学习的有效性提供了科学的保障。
物理规律反映了物体运动及其变化的各个因素、状态或过程之间的本质联系，揭示了同一物体不同物理本质属性或不同物体相同物理本质属性之间的内在关系。物理规律不仅是物理学家的成果，更是人类智慧的结晶，蕴涵了丰富的科学方法，具有物理科学文化的价值。物理规律的建立和发展一般在直觉思维、形象思维和抽象思维的共同作用下，经历观察和实验、归纳和演绎、分析与综合、类比、想象、假说、理想化和数学方法等方法的探究，通过假说的试探、直觉的洞察、灵感的激发、想象的发挥，对观察结果和原有的理论进行全面、综合、深入地研究得到的。因此，在物理规律教学中，教师要创设便于发现问题、讨论问题、探索规律的教学环境，将物理规律的教学作为帮助学生认识事物本质、揭示运动规律、训练思维能力、掌握科学方法的手段，使学生能够将知识与方法巧妙地结合，从而真正领悟到物理学的内在魅力。
三、实验中“体验”科学方法，感受科学探究的过程
物理学史是大半部实验学史，但回忆和解读这些经典实验仅是物理教学中的一小部分，学生的亲历实验才是实验教学的主要内容。新课标中安排了大量的“演示”、“实验”、“做一做”，它把实验与其他教学内容紧密地结合在一起，使实验成为中学物理教学中“教”的手段，也成为“学”的手段，更是学习、认识科学方法的手段。例如在必修一教材中v=
+at的教学，教材采取了“走弯路”的方法，没有根据学生已掌握的a=
来直接变形求得，而是采取了实验探究得出规律的方法：
通过实验，真实记录小车在重物牵引下运动时，时间与速度的数据→做出速度-时间图象→发现存在着这样一种运动，它的v-t图象是一条倾斜的直线→发现倾斜直线的v-t图象所描述的运动，是加速度不变的运动，得出匀变速运动的定义→通过图象一般性地研究，得出匀变速直线运动的速度和时间的关系式：v=+at。
上述实验探究的过程，侧重的不是实验操作技能，而且实验探究中的科学思想与方法，强化了从实验得出规律的一般性过程，当然也强化了物理实验中的一种综合科学素养的体验，如实验探究设计中的逻辑线索、图象分析问题的有效方法。
另如“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的教学中，通过实验研究导体电阻跟导体长度、截面积、材料的关系，如图3，学生既可以体验到控制变量法这种科学思想在具体应用中的巧妙体现，还可以体验到利用串联电路电流相等的特点可将电阻比转变为电压比的物理实验方法。
四、在解题和运用中“理解”科学方法，形成“物理思想方法”
“学以致用”，科学方法教育的最终目的无非是提高学习者的科学探究能力，而在中学物理中的一个重要落点无非是解题和运用的能力。那么这里的科学方法是否就是平常所指的具体的物理解题方法？
《基础教育课程改革纲要（试行）》和《课程标准》中所说的科学方法，指的是人类认识客观世界、影响客观世界的一些基本观点和基本方法，例如处理实验基础与逻辑结构关系的方法、处理具体事例与一般规律关系的方法等，也包括科学工作中通用的，具有某些技能性的方法，如用图象处理问题的方法等。但它并不指有时解题中的诸如整体法、微元法、等效法等具体物理方法。
现在中学物理的方法总结得很多，除了上面提到的，还有：“对称法、映射法、作图法、补偿法、逆向法……”，举不胜举，但学生反而无所适从。方法多了，“教”的容易了，“讲”的丰富了，“听”的简单了，但做起来却束手无策。学生普遍反映学物理一听就懂，一看就会，但一做就错，其实这是有深刻原因的。
认识领域里的中学物理所运用的逻辑推理主要有三种：归纳法、演绎法、类比法。就认识论讲，掌握知识和运用知识来解决实际问题是认识的两个过程。值得注意的是，作为认识的第一个过程，物理知识的学习，基本概念和规律的导出，大多采用归纳推理的方法，极少运用演绎和类比的方法。而作为认识的第二个过程，即运用知识来解决实际问题，则较多采用演绎推理的方法。许多同学听课时感受良好，对概念和规律的掌握并不感到费劲，这是因为由于教师采用启发式讲解，辅之以直观的实验和深入浅出的分析、归纳，易于让学生接受。但学生遇到实际问题时，往往先要考虑问题的性质，弄清物理过程的图景，还原物理模型，分析所给条件，再选用适当的规律。这和平常较多采用的归纳推理的逻辑思维方法完全不同，而且在这一步之前，也谈不上什么“极限法、特殊值法、微元法”等具体方法的运用。要完成这一步跨越，就要去掌握学习物理过程中所必须掌握的最基本也是最必要的科学方法，这就是要抓住实际问题中的主要矛盾方面，而忽略次要矛盾方面，实现具体事物具体过程的模型化，实现从具体到抽象的飞跃，学会建立理想的物理模型，学会运用概念去设计理想化实验。在具体的解题指导中，侧重于物理过程的分析，侧重于物理条件的讨论，要重分析、重引导、重讨论、重总结，用一系列最基本的思想方法去解决一般乃至于最困难的问题，形成一套行之有效的“物理思想方法”，从这个高度去看各种具体解题方法，不过是掌握了“物理思想方法”之后的必然产物，而这一切，正是科学方法教育的最终目的。