物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)模式的構(gòu)建*①

楊雄珍

(賀州學(xué)院物理與電子信息工程系 廣西 賀州 542800)

1 物理學(xué)方法論概述

所謂方法，就是為了解決某一具體問題，在實(shí)踐或理論上所采用的一般思維手段和操作步驟的總和．方法論是關(guān)于認(rèn)識(shí)和改造現(xiàn)實(shí)方法的學(xué)說和理論，它可以有許多不同的分類名稱，按照分析的不同層次或普遍性程度的高低，方法論分為三個(gè)層次，即哲學(xué)方法論、自然科學(xué)方法論以及各門學(xué)科中一些具體方法，物理學(xué)方法論屬于自然科學(xué)方法論的一個(gè)分支[1]．

物理學(xué)方法論是以唯物辯證法為指導(dǎo)，探討物理學(xué)一般研究方法的理論[2]．它主要探討物理科學(xué)認(rèn)識(shí)的邏輯結(jié)構(gòu)和研究程序，揭示物理科學(xué)研究過程中的各個(gè)階段和每一個(gè)環(huán)節(jié)的作用、特點(diǎn)及其所遵循的一般原則；總結(jié)物理科學(xué)研究中的一般方法，并將它們分類；揭示各方法的含義、特點(diǎn)、適用范圍、運(yùn)用的原則和注意事項(xiàng)，以及物理學(xué)史上的論證，并盡可能地給出使用模式，以便使用、借鑒和移植；研究物理學(xué)史上的重大突破和有代表性的事例，揭示著名物理學(xué)家的研究方法；研究新興科學(xué)、新興技術(shù)對(duì)物理學(xué)研究的重大影響，并探討其方法論意義．

物理學(xué)方法論的形成有其漫長(zhǎng)的歷史，而且隨著物理學(xué)的發(fā)展還將不斷地豐富、更新和發(fā)展，它是由系列物理科學(xué)方法構(gòu)成，物理科學(xué)方法就是研究與描述物理現(xiàn)象、實(shí)施物理實(shí)驗(yàn)、總結(jié)與檢驗(yàn)物理規(guī)律時(shí)所應(yīng)用的各種手段和操作[2]．從廣義上看，物理學(xué)方法應(yīng)該包括物理學(xué)知識(shí)的發(fā)現(xiàn)與研究方法、物理學(xué)理論體系的建立方法，以及物理學(xué)理論的學(xué)習(xí)與傳播方法．其常規(guī)的研究方法一般包括觀察實(shí)驗(yàn)法、邏輯思維方法和數(shù)學(xué)方法．

物理學(xué)方法論教育,就是運(yùn)用現(xiàn)代教育思想和教育手段,有目的、有意識(shí)、有步驟地傳授和滲透物理學(xué)研究的方法,使學(xué)生受到科學(xué)方法的熏陶和訓(xùn)練,逐步地掌握最基本的、最主要的物理科學(xué)方法,達(dá)到促進(jìn)知識(shí)學(xué)習(xí)、增強(qiáng)實(shí)踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新精神，進(jìn)而提高全體學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的[1]．

當(dāng)前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，創(chuàng)新性國(guó)家建設(shè)對(duì)人才的需要不斷增大，物理基礎(chǔ)課程的教學(xué)被賦予了更高的要求．因此，廣大物理教師都在積極地探索著物理教學(xué)的高效性問題，在課程設(shè)置、教材編寫以及相關(guān)研究論著上越來越關(guān)注方法論教育的問題，研究物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)模式也成為越來越多的物理教師關(guān)注的熱點(diǎn)．

2 研究物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)模式的價(jià)值

2.1 模式與教學(xué)模式

模式是表明任何結(jié)構(gòu)或過程的主要組成部分以及這些部分之間的關(guān)系，是對(duì)客觀存在的事物的內(nèi)在機(jī)制以及事物間的本質(zhì)聯(lián)系所進(jìn)行的簡(jiǎn)化、直觀的描述形式，它的明顯特征是：模式是現(xiàn)實(shí)的再現(xiàn)，即現(xiàn)實(shí)的抽象概括，它來源于現(xiàn)實(shí)，但終歸于指導(dǎo)現(xiàn)實(shí)；模式是理論的形式，模式是一種理論，而非工藝性方法、計(jì)劃；模式是簡(jiǎn)化的形式，是經(jīng)過理性高度抽象概括后，以簡(jiǎn)單明了的形式表達(dá)出來的形式[1]．教學(xué)模式是教學(xué)過程中各種因素相互作用時(shí)表現(xiàn)出的某些方式，以及這些方式所具有的穩(wěn)定程序，是在一定教學(xué)思想或理論指導(dǎo)下，為設(shè)計(jì)和組織教學(xué)而在實(shí)踐中建立起來的各種類型教學(xué)活動(dòng)的基本結(jié)構(gòu)．物理學(xué)方法論教育的課堂教學(xué)模式，就是在總結(jié)各種滲透了物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)過程的基礎(chǔ)上，經(jīng)過抽象概括，提出的便于大家操作的、簡(jiǎn)化的課堂教學(xué)的基本步驟與程序．

2.2 進(jìn)行物理學(xué)方法論教育的意義

眾所周知，物理學(xué)之所以被人們公認(rèn)為一門重要的學(xué)科，不僅僅在于它對(duì)客觀世界的規(guī)律作了深刻的揭示，更因?yàn)樗谛纬伞l(fā)展的過程中，形成了一整套獨(dú)特而卓有成效的物理學(xué)方法論體系.物理學(xué)思想方法不僅對(duì)物理學(xué)本身有價(jià)值，而且對(duì)整個(gè)自然科學(xué)乃至社會(huì)科學(xué)的發(fā)展都有重要的意義和貢獻(xiàn)．因此，作為自然科學(xué)的一門基礎(chǔ)學(xué)科，物理教育應(yīng)該在講授物理學(xué)知識(shí)內(nèi)容的過程中，從更廣的視角展現(xiàn)物理學(xué)方法理論，積極引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)物理學(xué)的基本思想、觀點(diǎn)和方法，學(xué)會(huì)探索和解決物理問題的方法和途徑，這將對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、科學(xué)探究能力及其科學(xué)素養(yǎng)都有極大的促進(jìn)作用，使他們?cè)诤罄m(xù)的學(xué)習(xí)和今后的工作中觸類旁通、靈活運(yùn)用，且終生受益．

2.3 研究物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)模式的價(jià)值

研究物理學(xué)方法論教育的課堂教學(xué)模式，有利于在教學(xué)理論與物理教學(xué)實(shí)踐之間搭起一座橋梁，一方面，為教學(xué)理論不斷充實(shí)和發(fā)展提供各種素材，是個(gè)別的特殊經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為一般理論的中間環(huán)節(jié)；另一方面，可以供物理教師在設(shè)計(jì)和組織各種物理教學(xué)活動(dòng)中作參考，從而指導(dǎo)物理教學(xué)實(shí)踐，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高．再次，研究物理學(xué)方法論的課堂教學(xué)模式，還可以從整體上去綜合探討物理教學(xué)過程中各種因素之間的相互作用及其多樣化表現(xiàn)形態(tài)，有利于從動(dòng)態(tài)上把握物理學(xué)方法論教育教學(xué)過程的本質(zhì)和規(guī)律，為建立教學(xué)理論與物理教學(xué)實(shí)踐之間的暢通渠道提供物理學(xué)方法論的啟示．

3 進(jìn)行物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)模式構(gòu)建的基本程序

3.1 分析教材中的物理學(xué)方法論因素

在教學(xué)過程中開展物理學(xué)方法論教育，首先必須結(jié)合教材進(jìn)行．但是，教材一般是以知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系為線索而展開的，不會(huì)或很少會(huì)提到所應(yīng)用的物理科學(xué)方法，因此，在進(jìn)行物理學(xué)方法教育的過程中，必須分析、挖掘教材中的科學(xué)方法因素，即分析、挖掘教材中用以描述物理現(xiàn)象、研究物理現(xiàn)象的方法；思考教材是怎樣設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)，建立物理概念的；是如何探討、總結(jié)并檢驗(yàn)物理規(guī)律的，找到進(jìn)行方法論教育的素材，以利于教學(xué)的實(shí)施．

例如：大學(xué)物理教材中關(guān)于“牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用”一節(jié)內(nèi)容，其蘊(yùn)含的物理學(xué)方法論因素有如下幾點(diǎn).

(1)關(guān)于慣性概念的給出，提到伽利略的慣性運(yùn)動(dòng)的理想實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)了伽利略的理想化實(shí)驗(yàn)方法；

(2)牛頓第一定律的提出，其研究的是物體為什么會(huì)做這樣的運(yùn)動(dòng)問題，即物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為什么會(huì)發(fā)生這樣變化的問題，體現(xiàn)了物理學(xué)上的“因果觀“思想；

(3)牛頓三大定律的核心又是體現(xiàn)了“絕對(duì)空間”和“絕對(duì)時(shí)間”的時(shí)空觀思想；

(4)介紹牛頓的生平事跡，也就包含著牛頓科學(xué)思想方法，即牛頓應(yīng)用微積分的數(shù)學(xué)工具把實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)學(xué)演繹方法相結(jié)合，發(fā)展和超越了伽利略的實(shí)驗(yàn)方法論，并發(fā)展了數(shù)學(xué)演繹的公理方法，創(chuàng)造性地用了分析綜合方法創(chuàng)建了一個(gè)完整的經(jīng)典力學(xué)系統(tǒng)；

(5)牛頓定律解題的基本步驟實(shí)際上體現(xiàn)了對(duì)物理問題建立數(shù)學(xué)模型的過程，在建模過程中，實(shí)際上是對(duì)物體和運(yùn)動(dòng)理想化(如把物體視為質(zhì)點(diǎn))，即建立理想化模型；

(6)關(guān)于牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用，用隔離法解題，實(shí)際上就是用“分離變量法”對(duì)被分離的物體進(jìn)行受力分析；

(7)要求學(xué)生熟練地掌握運(yùn)用牛頓定律以及運(yùn)動(dòng)學(xué)基本公式解題的步驟，其實(shí)就是希望通過解題分析，體會(huì)滲透在題目中的因果觀物理思想和歸納推理、演繹推理等物理學(xué)方法等．

可見，該節(jié)課所蘊(yùn)含的物理學(xué)方法因素是相當(dāng)豐富的．

3.2 制定物理學(xué)方法論教育的具體目標(biāo)

物理學(xué)方法論教育是在教學(xué)過程中有意識(shí)地滲透進(jìn)行的，因此，教師在深入鉆研教材，確定知識(shí)教學(xué)目標(biāo)的時(shí)候，應(yīng)該同時(shí)制定物理學(xué)方法論教育的目標(biāo)要求及達(dá)標(biāo)方法，明確不同階段物理學(xué)方法論教育的重點(diǎn)，制定具體的、與教學(xué)內(nèi)容相配合、適應(yīng)學(xué)生特點(diǎn)的、有可操作性的目標(biāo)，使方法論的教育更具有針對(duì)性、計(jì)劃性，以克服隨意性和盲目性．要根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、物理教材、物理學(xué)發(fā)展史資料以及學(xué)生的生理、心理特征制定合理的教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)“感受、領(lǐng)悟、應(yīng)用、評(píng)價(jià)”等不同的水平層次分類制定，使課程目標(biāo)具體化，從而更好地把握教育的深度和廣度，最大限度地發(fā)揮教材的作用．

例如，在上述“牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用”一節(jié)的教學(xué)中，分析了蘊(yùn)含的物理學(xué)方法論因素以后，其物理學(xué)方法論教育的教學(xué)目標(biāo)可歸納為表1.

表1 物理學(xué)方法論教育的教學(xué)目標(biāo)

3.3 確定物理學(xué)方法論教育的重點(diǎn)內(nèi)容

從廣義上看，物理學(xué)方法論教育包括弘揚(yáng)科學(xué)精神、掌握科學(xué)方法、樹立科學(xué)態(tài)度，它們都是通過課堂教學(xué)及課外系列活動(dòng)進(jìn)行的．但是，物理學(xué)的研究方法很多，包括觀察、實(shí)驗(yàn)、分析、綜合、歸納、演繹、比較、分類等系列方法，不可能每一節(jié)課都進(jìn)行撒網(wǎng)式的灌輸，而應(yīng)該是具體的方法論教育的內(nèi)容有所不同、有所側(cè)重，應(yīng)該按計(jì)劃每一節(jié)課突出一二個(gè)重要的研究方法，根據(jù)對(duì)教材中科學(xué)方法因素的分析，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和學(xué)習(xí)規(guī)律，根據(jù)物理學(xué)科的教學(xué)規(guī)律，確定每節(jié)課具體的物理學(xué)方法論教育的重點(diǎn)內(nèi)容．

例如，還是關(guān)于“牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用”一節(jié)的教學(xué)，歸納其中蘊(yùn)含的物理學(xué)方法教育的因素，主要包括實(shí)驗(yàn)方法、歸納推理方法、演繹推理方法、分離變量法、理想化方法、數(shù)學(xué)方法(微積分)以及物理學(xué)上的因果觀、時(shí)空觀等物理學(xué)思想，把這些物理學(xué)思想方法因素挖掘出來后，在教學(xué)中，除了要求學(xué)生掌握牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其適用條件，能熟練地建立和求解牛頓運(yùn)動(dòng)定律的微分方程外，還必須結(jié)合發(fā)現(xiàn)、總結(jié)定律的歷史背景，適時(shí)介紹這些物理學(xué)方法，使學(xué)生能領(lǐng)悟其中的物理學(xué)思想；要通過具體實(shí)例分析牛頓運(yùn)動(dòng)定律應(yīng)用的兩大類問題，把歸納和演繹方法滲透教學(xué)之中，其中重點(diǎn)詳細(xì)介紹分離變量法解物理問題的思路，使學(xué)生在解題過程中逐步掌握這種物理學(xué)方法以達(dá)到靈活應(yīng)用．

又如，關(guān)于“電磁感應(yīng)定律”的教學(xué)，分析其物理學(xué)方法因素，它包含逆向思維法、類比、觀察、求同法、求異法、歸納法、設(shè)疑等物理學(xué)研究方法，還包含法拉第的力線方法和場(chǎng)的思想．但是在實(shí)際教學(xué)中，可以通過顯性的方法突出傳授逆向思維法、力線的方法和場(chǎng)的思想，而其他的科學(xué)方法因素可以在知識(shí)講解時(shí)隱性傳授，這樣可以有目的地使學(xué)生在系統(tǒng)地掌握重點(diǎn)的方法論內(nèi)容的同時(shí)，又能感受其他的物理學(xué)科學(xué)方法．

3.4 進(jìn)行物理學(xué)方法論教育的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)設(shè)計(jì)是根據(jù)教學(xué)對(duì)象和教學(xué)目標(biāo)，確定合適的教學(xué)起點(diǎn)與終點(diǎn)，將教學(xué)諸要素有序、優(yōu)化地安排，形成教學(xué)方案的過程．它是一門運(yùn)用系統(tǒng)方法科學(xué)解決教學(xué)問題的學(xué)問，它以教學(xué)效果最優(yōu)化為目的，以解決教學(xué)問題為宗旨．教學(xué)時(shí)必須進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，因此，在進(jìn)行物理學(xué)方法論教育的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該遵循一致性原則、系統(tǒng)性原則、階段性原則、融合性原則，即進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計(jì)要與原來的課程設(shè)計(jì)相融合，并保持一致；在方法論教育的內(nèi)容選擇、時(shí)間安排、層次要求上要有系統(tǒng)性；要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)能力分階段進(jìn)行；要通過隱性滲透和顯性提煉等方式將方法論教育融合到具體的物理知識(shí)傳授中．

4 物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)的基本模式

4.1 物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)的宏觀模式

一學(xué)習(xí)，二模仿，三創(chuàng)新．學(xué)習(xí)，就是教師在課堂教學(xué)中滲透物理學(xué)方法論教育，學(xué)生通過課堂教學(xué)學(xué)習(xí)教師介紹的物理學(xué)方法論的知識(shí)，或者通過課外學(xué)習(xí)有關(guān)物理學(xué)方法論的基本知識(shí)，這是最基礎(chǔ)的工作；模仿，就是在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生將學(xué)習(xí)過的物理學(xué)方法論知識(shí)遷移到學(xué)習(xí)新的知識(shí)中去，這個(gè)過程是模仿的層次；創(chuàng)新，就是學(xué)生將學(xué)習(xí)過的物理學(xué)研究方法獨(dú)立地遷移到學(xué)習(xí)新的知識(shí)中去，或者應(yīng)用于解決自己遇到的新問題中去[1] [6]．

4.2 物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)的微觀模式

物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)的微觀模式就是指一堂課的教學(xué)模式在課堂教學(xué)中如何體現(xiàn)物理學(xué)方法論教育，理論研究與教學(xué)實(shí)踐表明，應(yīng)該做到以下幾點(diǎn).

(1)根據(jù)學(xué)生的接受能力，在進(jìn)行一定時(shí)間的物理學(xué)方法論的滲透性教學(xué)后，要適當(dāng)提出有關(guān)物理學(xué)研究方法的名詞．

(2)除實(shí)驗(yàn)法外，每堂課可再突出一二種常用的物理學(xué)研究方法．

(3)教學(xué)過程中，可以根據(jù)實(shí)際情況，采取隱性或者顯性的教育，但是，在總結(jié)時(shí)一定要進(jìn)行顯性的物理學(xué)方法論教育，要明確提出本節(jié)課中，物理學(xué)方法論教育的具體內(nèi)容與要求，包括物理學(xué)研究方法的簡(jiǎn)單內(nèi)涵，應(yīng)用這種方法的簡(jiǎn)單步驟等，也就是說，“過程可以隱性，總結(jié)一定要顯性．”[1，6]

以“概念型”內(nèi)容課堂教學(xué)為例，其課堂教學(xué)模式一般是：概念引入—概念建立—概念定義—概念應(yīng)用—物理學(xué)研究方法總結(jié)(顯性)．其中，在概念引入之前，必須分析教材中的物理學(xué)方法因素，確定可以滲透的主要方法舉例，通過“復(fù)習(xí)引入，實(shí)驗(yàn)引入，生活實(shí)例引入，提出不足引入，演繹引入，歷史上的爭(zhēng)議等方法引入概念；通過概念同化、概念順應(yīng)的方法來建立概念；通過詞語定義法、操作定義法、比值定義法、乘積定義法、文字表述、數(shù)學(xué)表達(dá)式、確定單位法等方式定義概念；應(yīng)用方法論意義進(jìn)行概念的應(yīng)用講解．最后，通過顯性的方式，明確說明本節(jié)課突出的物理學(xué)研究方法，進(jìn)一步加深學(xué)生的理解和掌握．

總之，在物理教學(xué)中融入物理學(xué)方法論教育，有利于學(xué)生對(duì)物理學(xué)知識(shí)體系的整體了解和對(duì)物理知識(shí)的理解；有利于學(xué)生對(duì)物理學(xué)方法論的全面認(rèn)識(shí)．物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)模式很多，只要物理教師對(duì)物理學(xué)方法論應(yīng)用自如，并長(zhǎng)期不懈地堅(jiān)持在教學(xué)中對(duì)學(xué)生進(jìn)行物理學(xué)方法論教育，充分地發(fā)揮教材優(yōu)勢(shì)，挖掘教材中蘊(yùn)含的物理學(xué)研究方法，不斷地改革課堂教學(xué)模式并進(jìn)行總結(jié)，以供物理教師在設(shè)計(jì)和組織各種物理教學(xué)活動(dòng)中作參考，從而指導(dǎo)物理教學(xué)實(shí)踐，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高，實(shí)現(xiàn)物理學(xué)課程教育的價(jià)值．

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