注重科學(xué)方法教育提升物理思維品質(zhì)

王兆云 紀(jì)旭媛

[摘? ?要]物理課堂不能僅僅只是關(guān)注學(xué)生對物理知識的理解和掌握，教師應(yīng)有效關(guān)注學(xué)生對科學(xué)方法的體會和感悟，這樣的課堂才符合新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，才能適應(yīng)學(xué)生發(fā)展的需要。文章結(jié)合高中物理教學(xué)實(shí)踐，探討科學(xué)方法教育的優(yōu)化策略。

[關(guān)鍵詞]高中物理;科學(xué)方法;策略優(yōu)化

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）17-0056-02

科學(xué)方法一般都是隱含在物理探究的過程中，很多時候?qū)W生沒有主動而自發(fā)地對相關(guān)方法進(jìn)行探索和總結(jié)。這一現(xiàn)狀表明，教師在教學(xué)過程中應(yīng)注意對科學(xué)方法進(jìn)行顯性化處理，這不但是為了讓學(xué)生有針對性地完成科學(xué)方法的學(xué)習(xí)和研究，更是為了幫助學(xué)生形成方法提煉的習(xí)慣，同時還能讓學(xué)生體驗(yàn)相應(yīng)的方法和操作。

一、顯性化處理教材中的科學(xué)方法

教材是高中物理知識和方法的重要載體，它相對全面地展示了物理研究的整個過程，這其中包含大量的科學(xué)方法。教師的顯性化教學(xué)處理就是要明確點(diǎn)出科學(xué)方法所對應(yīng)的名稱，讓學(xué)生體會相關(guān)操作的必要性，同時還要讓學(xué)生在分析和討論中明確其中的原理和操作細(xì)節(jié)。

物理研究的每一項(xiàng)成果都對應(yīng)著大量科學(xué)方法的運(yùn)用，那么是否每一項(xiàng)內(nèi)容，我們都需要引導(dǎo)學(xué)生將科學(xué)方法顯性化處理呢？筆者認(rèn)為，這是沒有必要的。我們強(qiáng)調(diào)方法總結(jié)和提煉的自主意識，其實(shí)就是要讓學(xué)生在閱讀教材，或是探索的過程中，能夠認(rèn)識到這其中包含怎樣的研究思想和方法。

比如，為了讓學(xué)生認(rèn)識到微小形變的存在，教材上安排了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)，這其中包含怎樣的科學(xué)方法呢？首先我們就要讓學(xué)生明確這樣幾個問題：（1）哪一現(xiàn)象表明形變的發(fā)生？（2）形變發(fā)生過程中，光路會發(fā)生怎樣的變化？（3）這其中蘊(yùn)含著怎樣的科學(xué)方法？三個問題的逐步分析可以讓學(xué)生認(rèn)識到上述實(shí)驗(yàn)中有關(guān)放大法的使用，這是高中階段第一次涉及放大法，所以教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行細(xì)致入微的顯性化處理。后面學(xué)生還會再一次接觸到類似的方法，比如通過按壓玻璃瓶放大形變，又比如卡文迪許的扭秤實(shí)驗(yàn)，更是歷史上最經(jīng)典的放大操作，這一實(shí)驗(yàn)也巧妙借助了光線的移動來放大微小量，再比如用干涉原理來檢測平面的平整度，等等，這些內(nèi)容就無須教師過分講述有關(guān)科學(xué)方法的操作和內(nèi)涵，完全可以讓學(xué)生在自主探索中獲得認(rèn)識和體會。

二、從科學(xué)史中提煉科學(xué)方法的教育因子

在物理研究歷程中，科學(xué)家為了克服研究條件的不足，積極運(yùn)用自己的探究智慧，采用多樣化的科學(xué)方法進(jìn)行研究和分析，最終使研究有了突破，成就了科學(xué)史上的傳奇，其中所對應(yīng)的科學(xué)方法也值得學(xué)生在學(xué)習(xí)中體會和研究。

比如伽利略在研究自由落體運(yùn)動的過程中就采用了多種科學(xué)研究方法。由于當(dāng)時計時手段粗糙，人們無法精確測定速度，伽利略就從數(shù)學(xué)研究的角度出發(fā)，指出如果從靜止出發(fā)的物體速度正比于時間，則對應(yīng)位移就應(yīng)該正比于時間的平方，這樣，研究過程中，就只要測定對應(yīng)時間的位移，由此來探索速度是否正比于時間。還是考慮到技術(shù)手段的簡陋，常規(guī)的自由落體運(yùn)動過程太過短暫，這也給研究帶來了很大的困難。面對這一困難，伽利略先將實(shí)驗(yàn)放在斜面上進(jìn)行，以此沖淡重力的影響，使小球在斜面上運(yùn)動的時間更長。這樣無論是測定位移還是測定時間，都非常直接而簡便。當(dāng)伽利略驗(yàn)證出斜面上的確存在物體的速度正比于時間之后，他繼續(xù)調(diào)整斜面的傾角，由此發(fā)現(xiàn)不同傾角的斜面上，物體都是做勻變速直線運(yùn)動的，最終再合理外推，即當(dāng)角度增大到90°時，也有相同的結(jié)論，所以自由落體運(yùn)動的確屬于勻變速直線運(yùn)動。

在上述研究過程中，伽利略充分運(yùn)用了數(shù)學(xué)演繹和科學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行處理，這一方法最終還會在多種物理研究的過程中涉及。我們引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)史，就是要讓學(xué)生體會這些方法的內(nèi)涵，并讓學(xué)生將這些科學(xué)方法內(nèi)化為自己的探究能力和研究習(xí)慣。

在物理教學(xué)中，涉及物理學(xué)史的內(nèi)容，我們不但要讓學(xué)生厘清知識的發(fā)展脈絡(luò)，同時也要讓學(xué)生在研讀史料文本時體會科學(xué)方法。只有將物理學(xué)史中的科學(xué)教育的因子發(fā)掘出來，才能讓物理學(xué)史的價值充分體現(xiàn)出來，這些內(nèi)容對學(xué)生的終身發(fā)展大有裨益。此外，我們以物理學(xué)史作為載體和學(xué)生分享隱含在其中的科學(xué)方法，還可以借古說今，為科學(xué)方法提供一個更加真實(shí)的背景，學(xué)生也不會對相關(guān)方法熟視無睹。

三、在規(guī)律探究過程中感悟科學(xué)方法

科學(xué)方法的教學(xué)絕不是一種單純而枯燥的說教過程，在物理教學(xué)中，我們應(yīng)該深刻意識到其實(shí)在物理概念和規(guī)律的背后，隱藏著諸多科學(xué)研究方法，如果學(xué)生的科學(xué)探究只是局限于某些結(jié)論，那將是一種教學(xué)遺憾。從教師的角度講，我們應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生站在全局的高度，思考物理研究過程，不但要認(rèn)知最終的探究結(jié)果，更要領(lǐng)會探究過程中的方法和思想。

比如有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念探究，首先這是對磁場性質(zhì)的探索，整個磁場無形無質(zhì)，如何引導(dǎo)學(xué)生對這一概念進(jìn)行探索呢？筆者認(rèn)為，應(yīng)該先讓學(xué)生聯(lián)系已經(jīng)學(xué)習(xí)過的有關(guān)電場的知識，即讓他們從類比的角度出發(fā)，由電場強(qiáng)度的定義和研究方法組織磁感應(yīng)強(qiáng)度的探索。類比于電場強(qiáng)度，通過點(diǎn)電荷在電場中的受力規(guī)律研究電場的強(qiáng)弱。磁場的研究，一方面是借助小磁針的受力方向表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，另一方面又要借助通電導(dǎo)線的受力大小探索磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。在對通電導(dǎo)線的受力大小進(jìn)行探究的過程中，可先讓學(xué)生猜想，明確電流的大小、導(dǎo)線的長度以及磁場強(qiáng)弱可能對通電導(dǎo)線受力的影響，然后采用教材中的實(shí)驗(yàn)裝置引導(dǎo)學(xué)生分析，這其中又隱含著控制變量法的使用，這些都需要學(xué)生在研究過程中有所領(lǐng)會和感悟。

四、專題教學(xué)中的科學(xué)方法滲透

當(dāng)學(xué)生對物理知識已經(jīng)有了深層次的領(lǐng)會，并且對諸多科學(xué)方法已經(jīng)有了一定量的積累后，物理教師要善于以科學(xué)方法為基本線索，引導(dǎo)學(xué)生將科學(xué)方法作為學(xué)習(xí)目標(biāo)，讓他們采用聯(lián)想、整合等手段積極展開研究，指導(dǎo)學(xué)生完成梳理工作，這樣的處理不但能夠促使學(xué)生對知識進(jìn)行深層次的認(rèn)識，也有助于學(xué)生對科學(xué)方法進(jìn)行深度咀嚼，這對學(xué)生領(lǐng)會科學(xué)思想和方法有著非常積極的作用。

比如有關(guān)“比值定義法”，這是物理概念最常見的一種定義方式，高中階段，諸如質(zhì)量、電阻、電場強(qiáng)度、電壓、電容、磁感應(yīng)強(qiáng)度等，這些概念的產(chǎn)生都有比值定義法的影子，所以我們以“比值定義法”為專題，組織學(xué)生進(jìn)行分析和研究，讓學(xué)生對相關(guān)知識的內(nèi)涵及外延展開探究，并由此對科學(xué)方法的內(nèi)涵產(chǎn)生思考和聯(lián)想。事實(shí)上，比值定義法正是從某一物理現(xiàn)象出發(fā)，對其中所涉及的物理量進(jìn)行具體化的處理，進(jìn)而從定量的角度對物理規(guī)律進(jìn)行分析和探索，這種方法所對應(yīng)的物理概念不是對因果關(guān)系的詮釋。比如我們用位移和對應(yīng)時間的比值來定義速度，但絕不是速度與位移成正比，與時間成反比。我們組織學(xué)生圍繞“比值定義法”這一專題進(jìn)行學(xué)習(xí)，就是要讓學(xué)生明確這一方法的本質(zhì)，讓學(xué)生在認(rèn)識方法的同時，還能進(jìn)一步理解概念。

在教學(xué)過程中，教師應(yīng)該意識到，只有學(xué)生切身體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，他們才能充分領(lǐng)會方法的基本要求和操作細(xì)節(jié)。因此，物理教師應(yīng)該積極創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生在情境中感受知識的形成過程，進(jìn)而讓他們的思維不斷順應(yīng)科學(xué)探究的模式，他們也將受到潛移默化的影響。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

姚維貴.注重科學(xué)方法滲透? ? 引導(dǎo)學(xué)生自主探究：“速度變化快慢——加速度”教學(xué)設(shè)計[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2011（4）：10-13.

（責(zé)任編輯 易志毅）