高中物理科学方法教育的实践研究，本文主要内容关键词为：高中物理论文,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。
1 问题的提出
在科学方法教育中，科学方法教育的实践是一个重要的方面。由于科学方法往往体现在探索和发现知识之中，不亲身经历这种探索的过程，就很难发现其中的方法要素及关键之所在，更无法体会某些只能意会，难以言传的奥妙之处。进一步，由于科学方法的高度抽象性，目前还没有一套表述科学方法的术语或系统，因此，希望把运用科学方法的要素概括出来，形成系统的方法学向学生讲授还不大可能[1]。人类在长期的科学实践中形成了丰富多样的方法，而学生学习的时间是有限的，不可能事事都要独立探索。同时，学生的探索能力还正在培养形成的过程中，因人而异，悬殊极大，事事都要他们去独立探索，未必都能探得其中的奥妙，效果反而不好。因此，如何在物理教学中进行科学方法教育就成为亟待解决的问题。基于此，我们提出了运用原始物理问题来促进高中物理科学方法教育的观点。这是因为，原始物理问题由于自身所具有的特点，恰好为科学方法教育搭建了一个理想的“平台”。原始问题教学让学生通过探索与应用物理知识来掌握科学方法，学生在反复运用科学方法解决物理问题的过程中，科学方法掌握了，运用物理知识解决实际问题的能力也就提高了。所谓“原始物理问题”，是指自然界及社会生产、生活中客观存在的，能够反映物理概念、规律本质且未被加工的典型物理现象和物理事实[2]。它和物理习题有着本质的区别，两者之间的关系如图1所示：
图1
物理习题是从原始物理问题抽象而来的，已经把原始物理问题的一些次要的、非本质的联系舍去，没有物理现象与事实作为背景，甚至完全脱离物理现象。与原始物理问题相比，习题重视演算与推导，而缺乏物理思想的分析。而原始物理问题是对物理现象的描述，贴近现实生活，具有生态性和开放性等特点，这就决定了解决原始物理问题的过程必然是一个探索和发现的过程。这与物理学家探究世界的过程是很相似的：物理学家是从自然界中的已知出发探究自然界中的未知，学生解决原始物理问题是从已知的知识出发探究未知的知识，两者都是从问题出发，都要检索已有的知识，都要用到科学方法。
2 实践研究
2.1 研究设计
本研究旨在以原始物理问题教学来促进高中物理教学中的科学方法教育，以高中一年级两个班的学生为研究对象，采取“随机两等组后测验设计”，如下图所示：
在实验设计中，需要随机(R)设置两个等组——实验组和对照组，实验组接受实验处理(X)，而对照组不给予任何实验处理（——）。本实验中的实验处理是按照教学进程对实验班进行相应原始物理问题的练习。在实验之后，要对两组同时进行同样的后测，得到测试结果
，通过比较得出实验结论。
本实验借鉴了心理学中的纵向研究方法，在对研究对象进行一段时间的教育干预后，进行测查和比较。
本研究在北京市某中学进行，在同一教师任教的2个班中同时进行。学生按入学成绩随机分班而成，而且教学内容完全相同，随机选取A班作为实验班，B班为对照班。高一上学期教学内容为4部分：力的合成与分解、物体的平衡，直线运动，牛顿运动定律及应用，曲线运动。然后搜集并编制与之对应的原始物理问题，按期提供给合作教师。在每部分知识内容的教学快完成时，将原始物理问题以作业形式留给实验班学生，学生上交作业后，由教师阅判。作业下发后，给学生提供答案并要求改错。在每部分教学内容的习题课或复习课中，合作教师讲解其中的部分题目。以上过程只在实验班中进行，而对对照班不采取任何教学干预。
2.2 测试
通过检测法对学生掌握科学方法情况进行测评，在这里不能把纯粹的物理学专业知识方面的试题和纯粹的科学方法方面的试题作为测试题，科学方法的测评应结合在知识测评之中，仍以考查知识为主，将物理知识与科学方法有机结合。在编制科学方法教育检测题时，要注意的两个问题是：“首先检测题一定要将物理基本知识与科学方法有机结合，不宜纯粹地编制科学方法试题；其次，评价科学方法教育目标达到何种层次的题目必须创设问题情境，加大问题的真实性、探索性、开放性和综合性，这样才能考查学生运用科学方法解决物理实际问题的能力，否则只能是考出学生的记忆水平。”[3]
本研究的测试试卷正是在这一基础上，结合专家及合作教师的意见选用了涵盖以上内容的原始物理问题。通过合作教师及专家的评议，从被选题目中遴选出6道题组成正式测试卷。
1)利用一块粗糙的长木板可以将一个装满货物的木箱推上一辆载重汽车。如果采用沿木板方向的推力推这个木箱，只要推力达到一定的值，总可以将木箱推上汽车。然而，如果采用沿水平方向的力推这个木箱，就有可能推不上去。如图2所示，现用一水平力F去推它，如果无论用多大的水平力都不能使木箱向上滑动，则木板与木箱间的动摩擦因数应满足什么条件？
图2
2)建筑工地上的黄砂，堆成圆锥形而且不管如何堆其角度是不变的，试问能否求出黄砂之间的摩擦系数。
3)在一平台和墙之间有一个弹性小球。把小球从地面抛出，要使它与墙碰撞弹开后正好以水平速度登上平台而不发生跳跃，对小球的速度有什么要求？
4)一个观察者想用秒表在站台上测量火车出站时最后一节车厢驶过他身前需要多长时间，但火车加速后，车速太快，来不及两次按动秒表，请你帮他想想办法。
5)标准排球场地为长方形，球场中间挂网，网下面划有中线，把球场划为两个区。中线两侧有两条平行线，称为进攻线。进攻线把每个场区分为前、后场区。一名运动员站在进攻线上跳起正准备将球水平击出，但若跳起高度过低，则无论水平击出的速度多大，球不是触网就是越界。试求此高度的范围。
6)大雾天气，司机突然发现汽车已经开到一个丁字路口，前面是一条小河，如图3所示，问司机当时采取紧急刹车或者紧急转弯，哪个方法比较有可能避免危险？试通过式子说明理由。
图3
测试试卷中每道题考查的主要科学方法如表1。
表1
3 测试结果分析
测试后分别对测试结果进行测试试卷分析与物理学业成绩分析。
3.1 科学方法测试试卷结果分析
(1)实验班和对照班科学方法测试试卷得分情况分析
图4 实验班和对照班整体得分情况分布图
从图4可以看出，实验班学生在科学方法测试试卷中的得分明显向高分段偏移，而对照班学生的得分更多地处于低分段；从图5（下页）可以看出，实验班学生在每道题的主要科学方法平均得分上均高于对照班学生得分。这说明通过原始物理问题的教学对促进学生的科学方法教育有积极的作用。而没经过训练，很少接触这类问题的学生在科学方法得分上则明显低于经过训练的学生。
图5 实验班和对照班各题主要科学方法平均得分情况比较图
(2)统计检验
对数据进行Z检验，可以发现实验班与对照班的测试成绩在0.01水平上有显著性差异，从而充分说明了本实验研究的有效性。
3.2 物理学业成绩分析
实验班和对照班学生参加北京市某区组织的物理期末考试，以此成绩作为后测的物理学业成绩，测试结果见表2。
表2 学业成绩数据统计表
上表说明，经过一个学期的原始物理问题训练，实验班的物理平均成绩比对照班高出6.26分，而且差异水平达到了显著。说明在高中物理教学中进行科学方法的训练对提高学生的学业成绩有积极的促进作用。
4 研究结论
4.1 原始问题的教学方式能有效地促进物理教学中的科学方法教育
通过对实验班和对照班在各题平均得分的比较分析，我们发现，在科学方法测试中，实验班学生的得分均要高于对照班学生得分，这和实验班学生进行原始问题的训练是分不开的。因为在解决原始问题时，首先需要明白问题是针对什么物理现象和事实，其次要把它转化为物理模型，最后解决问题。在这个过程中就要用到理想化方法、等效方法、近似方法等具体科学方法，将一定的物理现象或物理情景转化为物理模型，又要用到分析、综合、概括、抽象等科学思维方法。可见，运用原始物理问题能将思维方法的训练和具体科学方法的掌握很好的结合起来，进而促进科学方法教育。因此，原始问题的教学方式能有效地促进中学物理教学中的科学方法教育。
4.2 运用原始问题进行科学方法教育能有效提高
中学生的问题解决能力能力与方法是密切联系的，通过对科学方法的不断了解、积累和熟练，不仅能使学生形成一种借助于科学方法获取物理知识的心理定势，而且还可以使学生产生一种对问题的敏感性，并能够用科学方法迅速地抓住问题的要害，找出解决问题的途径，从而提高解决问题的能力。通过实验班和对照班整体得分情况分布图，我们可以看出，实验班问题解决能力要优于对照班，这说明对高中学生进行原始物理问题训练能提高学生解决问题的能力。
4.3 运用原始问题教学对提高学生的学业成绩有
较显著的作用研究发现，在物理期末考试中，实验班学生比对照班学生的物理学业成绩有显著的提高，并且达到了显著性差异。两个班的学生是按入学成绩随机分班而成的，学生的综合素质及能力基本相当，并且由同一任课教师任教，实验班和对照班是随机选取的。这说明，在高中物理教学中通过原始问题对高中学生进行科学方法教育使学生的知识掌握的更加牢固，能力得到了提高，对提高学生的学业成绩有积极的促进作用。