高中物理教科书中的物理科学方法教育——以沪科版高中物理1为例，本文主要内容关键词为：高中物理论文,为例论文,书中论文,教科论文,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。
物理科学方法教育是指把各种物理学研究方法的名称、内容、特点和操作过程在物理教学过程中逐步传授给学生，使学生掌握并能够在今后的物理学习和研究过程中灵活地运用这些方法[1]。在物理教学中对学生进行物理科学方法教育，有助于学生掌握探究物理知识与规律的科学方法，有利于创新人才的培养，同时也是新课程对物理教学的要求。
一、高中物理教科书中的物理科学方法——以沪科版高中物理1为例
课程标准是编写和审定教科书最重要的依据之一。经教育部组织审定通过、全国推荐使用的教科书，都较好地体现了课程标准中的课程理念及对相应学科的要求。综观高中物理教材，常见的物理科学方法主要分为观察和实验的方法、逻辑思维方法、数学方法等几类，其中每一类科学方法在物理教科书中都有各自具体的体现[2]。沪科版高中物理1（以下简称物理1）是这样体现和渗透科学方法的。
1.章首导读中的教学目标方面
尽管物理1的章首导读中对教学目标的文本表述比较生动，并配有大幅图片，可谓是图文并茂，并且语言上也应用了很多学生容易理解的表达方式（如举例、提问、陈述等）。但是，这仅仅是对物理知识教学目标而言的，章首导读部分对物理过程与方法教学目标的表述却是十分笼统和含蓄的，甚至没有涉及此方面的教学目标。如第1章《怎样描述物体的运动》的导读内容如下：
2003年10月15日，一个令人骄傲的日子，一个彪炳史册的日子，我国第一艘载人飞船满载着全国人民的希望成功升空。
飞船在茫茫太空中邀游，如何描述它的运动呢？
文学家、艺术家采用形象的手法。“凌云戏月游银汉，转瞬翔天过太空”，短短的一两句话，就勾勒出了航天飞船的雄姿。
科学家需要先建立一些基本概念。20世纪的著名物理学家、量子力学的创立者之一海森伯曾说过：“为了理解现象，首要条件就是引入适当的概念。只有借助于正确的概念，我们才能真正知道观察到了些什么。”
在本章中，我们将首先引入描述运动的一些基本概念，进而通过对直线运动的初步研究，学会如何描述物体运动的快慢、运动变化的快慢，为进一步学习更复杂的运动打下基础。
从以上内容可以看出，这一章对教学目标的表述主要在最后一段，其中物理知识教学目标清晰可见，即学习一些描述物理运动的基本概念，而“学习如何描述物理运动的快慢和运动变化的快慢”看似是对物理过程与方法教学目标的表述，其实也是对基本概念（即速度和加速度）教学目标的表述。至于其中涵含的具体的物理科学方法，如建立质点理想模型的理想化方法，建立速度定义的比值定义法，描述速度、位移和时间关系的图像法，用光电门测量瞬时速度的探究实验法等，其教学目标在章首导读中是看不到的。虽然我们不能要求教科书将教学内容中所有隐含的科学方法都呈现在章首导读中，但是一些重点要求学生掌握和理解的科学方法应该加以强调，最好的途径就是将它们以教学目标的方式呈现在导读中。
2.内容选择方面
物理1的内容基本上包括了课程标准要求的基本概念、规律和实验，以及一些物理前沿知识、物理学史和STS教育等，但是仍然存在不足之处。如对物理学史相关内容的选择就存在着一定的不足。物理1的第2章《研究匀变速直线运动的规律》和第5章《研究力和运动的关系》中引用了大量物理学史，而且编排也很合理。这无疑有利于学生了解科学家的研究过程和方法。但是在物理1的其他章节，对物理学史的选择就显得有些欠缺，其主要表现是物理学史呈现的次数和容量少，呈现的方式也不完全合适。例如，物理1的开篇、第1章、第3章和第4章，四部分内容仅出现了两次对物理学史的介绍。一次是在开篇部分对美国发明家爱迪生的介绍，仅用了不到150字和一小幅他的头像，另一次是在第3章第3节《摩擦力》介绍了达·芬奇关于滑动摩擦力的研究，同样用了不到250字和一幅相当不清楚的头像。而且这两次对物理学史的介绍都是通过“信息浏览”这种小栏目的方式呈现的。由于该栏目空间小，教科书只能用最简练的语言介绍科学家最终取得的成果，对于他们经历的艰辛过程和使用的科学方法则无暇顾及。
3.内容呈现方面
物理1基本上有11种内容呈现方式，即图片与图像、小注释、讨论与思考、案例分析、实验探究、多学一点、信息浏览、STS、课题研究、分析论证和课外活动。这些内容呈现方式在培养学生掌握科学方法方面都有各自的功能。如数学方面的函数图像（位移—时间图像、受力分析的平行四边形图像等），有助于学生学习数学方法在物理学中的应用；对科学方法进行说明和提示的小注释（对质点这种通过理想化方法建立的模型的简单介绍、对伽利略斜面实验的合理外推法的介绍、对受力分析的隔离法的介绍等），有助于为学生提示并解释随时出现在正文中的科学方法；“多学一点”中还要求学生自己推导公式，有助于对学生进行数学方法和逻辑思维方法的训练与培养；“讨论与思考”、“分析与论证”则有利于学生判断与推理、分析与综合等逻辑思维方法的培养；“实验探究”、“课题研究”以及“课外活动”有利于培养学生综合应用各种物理科学方法的能力；“信息浏览”中的物理学史内容对于引导学生感受和体验科学方法具有十分重要的作用。
尽管物理1多样化的内容呈现方式在实施物理科学方法教育方面发挥了积极的作用，但是它仍然存在需要改进的地方：一是物理1对科学方法的提示和介绍多数以正文旁批处的小注释呈现，与正文相比，小注释文字量少字号小，不容易引起注意，学生如果不仔细阅读课文往往会将其忽略。二是名称不同的小栏目功能上有些重复，或者根本是徒有虚名[3]。如“课题研究”与“课外活动”基本上区别不大，“案例分析”呈现的内容基本上是传统教科书中的例题解析过程。三是有关物理学史的阅读材料太少，课后阅读材料的小栏目“多学一点”、“信息浏览”、“STS”等呈现的内容多数是物理前沿知识和物理知识在社会与生活中的应用，物理学史相关资料太少。这些问题在一定程度上都会影响教师在日常教学过程中有效实施物理科学方法教育。
二、教师实施物理科学方法教育的有效途径
通过对物理1中物理科学方法的分析可知，物理1章首导读中对教学目标的体现、内容选择和内容呈现等方面，在体现和渗透物理科学方法、实施物理科学方法教育上均具有自己的优势，但也存在一些问题。这些问题不仅是一本教科书特有的，在其他物理教科书中也有不同程度的反映。面对高中物理教科书在科学方法教育方面存在的问题，物理教师应从以下几方面有效实施物理科学方法教育。
1.制定物理科学方法教学目标，弥补教科书对教学目标呈现的不足
由于物理1在某些地方对物理科学方法教学目标的呈现与表述不够明显和全面。因此，物理教师在使用时，首先要分析教科书中的内容，把握每节内容中包含了哪些重要的物理科学方法，从而在教学过程中制定物理科学方法教学目标。目前，有些教师在上课前给学生呈现的物理科学方法教学目标往往太笼统，一般呈现的是学会使用什么物理公式或规律解决什么问题等这样的目标，往往不能将教学内容中隐含的物理科学方法真正挖掘出来，将其名称、特点、用法作为教学目标呈现给学生，这样不但不能引起学生对物理科学方法学习的重视，而且会使学生对物理科学方法的学习产生盲目性，最终影响到实施物理科学方法教育的有效性。因此，物理教师要发挥主动性，制定具体的物理科学方法教学目标，以弥补高中物理教科书对物理科学方法教学目标呈现的不足。例如，在制定物理1第1章物理科学方法教学目标时，教师应当将比值法、图像法等本章涉及的物理科学方法，分别按照学生需要掌握的程度，以子目标的形式一一详细地列在总的科学方法教学目标下方，以供学生参考。
2.提醒学生教科书中隐含的物理科学方法并适当地显化，让学生逐渐掌握
高中物理教科书是按照知识体系和学生的认知规律编写的，它不是方法论书籍，我们不能苛求物理教科书将科学方法都一一明确呈现，供教师参考和学生学习。物理科学方法教育必须与物理知识的教学结合起来，在传授物理知识的过程中潜移默化地教给学生。尽管如此，物理教师也不能只追求科学方法的隐性教育和长期效果，使学生看不到具体的科学方法或看不到运用科学方法的效果而最终失去学习的兴趣[4]。相反，在教学过程中，物理教师要在适当的时候，针对适当的内容有意识地显化隐含的物理科学方法。例如，在对合力与分力的概念进行教学时，教师可以向学生揭示其中蕴含的等效替代思想，让学生认识到等效替代思想的重要性；在探究牛顿第二定律实验的教学过程中，教师不要急于让学生动手实验、盲目探究，应该将实验中要用到的各种科学方法（如控制变量法等）为学生一一揭示，并让学生进行认真的思考，然后再让他们应用正确的物理科学方法去探究实验。
3.主动搜集相关物理学史资料，利用物理学史实施物理科学方法教育
高中物理课程涉及很多物理学家，他们取得伟大成就的原因之一就在于他们在探究物理规律的过程中应用了正确的物理科学方法。物理学家的事迹为进行物理科学方法教育提供了很好的素材[5]。然而，由于多种因素的制约，物理教科书往往大量呈现物理学知识，对相关物理学史的介绍相当有限。面对这种现实，教师应当通过多种渠道，主动搜集与教学内容相关的物理学史资料，并在课堂上结合教学内容为学生介绍众多物理学家在研究过程中使用过的科学方法。例如，在讲光速的大小时，教师可以结合教学内容给学生介绍法国物理学家斐索是第一个不借助天文观察来测量光速的人，他采用了旋转齿轮的方法测定光速为342539.21km/s；傅科采用了旋转平面镜的方法，测得光速为2.98×
m/s；迈克尔逊继承了傅科的实验思想，用旋转八面棱镜法测得了准确的光速值为299796km/s。这几位物理学家在测定光速时都使用了正确的科学方法，也最终取得了正确的测量结果。结合这些物理学史料，教师对学生进行光速大小的讲解，既在教学中实施了科学方法教育，又活跃了课堂气氛。如此教学，必然有助于激发学生的学习兴趣，加深学生对光速的记忆，从而取得事半功倍的教学效果。
4.发挥教师的主观能动性，正确利用各种小栏目实施科学方法教育
高中物理教科书多样化的内容呈现方式对学生科学方法的培养起到了重要作用。但是一些物理教科书由于过于追求内容呈现方式的多样化，尽管设置了大量不同名称的小栏目，却忽视了它们在培养科学方法上独特的作用和功能，导致不同名称的小栏目在作用和功能上的重复。如果教师在教学过程中照本宣科地利用这些小栏目来实施物理科学方法教育，就会使学生在某些科学方法上得到重复训练和培养，而在其他一些科学方法上得不到应有的训练和培养。因此，首先，教师应该充分发挥主观能动性，用批判的眼光看待这些花样繁多的小栏目。其次，教师要深刻理解小栏目的作用和功能，正确利用这些小栏目实施科学方法教育。第三，在利用这些小栏目实施科学方法教育时，教师应对其进行适当的筛选和补充。例如，由于“课题研究”和“课后小活动”栏目的作用和功能相近，其中蕴含的科学方法也有可能相同。利用其实施科学方法教育时，教师可以在不同的栏目中侧重于不同的科学方法，以避免对相同科学方法的重复讲解和多次训练。又如，“总结与归纳”类的小栏目是一些高中物理教科书缺乏的，而总结与归纳的科学方法又是学生应当掌握的。因此，教师可以增加“学生小结”，通过学生对所学内容的总结与归纳，训练学生对这种科学方法的应用。