從物理學(xué)科特點(diǎn)出發(fā)深化科學(xué)方法教育

■張建平

物理教學(xué)應(yīng)使學(xué)生受到科學(xué)方法的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的觀察和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒖茖W(xué)思維能力、分析問題和解決問題的能力。本文結(jié)合中學(xué)物理教學(xué)的實(shí)際，就如何在物理課堂教學(xué)中加強(qiáng)科學(xué)方法教育，提出粗淺的看法，以便進(jìn)一步推進(jìn)物理教學(xué)改革，全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合科學(xué)素質(zhì)。

多年的物理教學(xué)實(shí)踐表明，對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法教育，重要的一條是必須遵從物理學(xué)科自身的特點(diǎn)和規(guī)律，創(chuàng)造性地發(fā)揮教師、教材和教學(xué)設(shè)備的作用，也只有立足教學(xué)本位，以學(xué)生為中心，才能達(dá)到物理教學(xué)的目的。

1 在物理規(guī)律教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生掌握探索物理的思維方法

物理規(guī)律的建立有實(shí)驗(yàn)歸納和演繹推理法兩種，有些定律的建立和闡述本身就包含著物理學(xué)家創(chuàng)立和使用的物理學(xué)方法，要結(jié)合定律的講授，認(rèn)真總結(jié)內(nèi)涵的物理方法。如理想斜面實(shí)驗(yàn)是很重要的物理研究方法，這是一種超直觀的理性方法，具有探索和研究價(jià)值，它不僅開創(chuàng)了觀察和理論思維結(jié)合的新局面，更重要的是為牛頓創(chuàng)立第一定律奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)為后人研究提供了可借鑒的思路。

類似理想斜面實(shí)驗(yàn)，如胡克定律、帕斯卡定律、反射定律、焦耳定律、庫侖定律、電阻定律、楞次定律、理想氣體定律等都是通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并加以歸納而得到的，都是進(jìn)行科學(xué)方法培養(yǎng)最有利的切入點(diǎn)。從理想氣體狀態(tài)方程的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證到楞次定律的實(shí)驗(yàn)過程，都有物質(zhì)變化的內(nèi)在規(guī)律，都符合辯證唯物主義的實(shí)驗(yàn)觀，具有可循性；從感生電流的實(shí)驗(yàn)得出到磁通量變化規(guī)律的描述，說明量變到質(zhì)變的有機(jī)結(jié)合，符合能量守恒定律；從變速運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律到串、并電路的表現(xiàn)形式，說明外在現(xiàn)象也具有規(guī)律性；從萬有引力定律到庫侖定律表現(xiàn)形式的相似之處，都是在理想化模型的基礎(chǔ)上得到的，都是量變到質(zhì)變的必須結(jié)果，都是物質(zhì)規(guī)律性的統(tǒng)一表現(xiàn)，都是進(jìn)行科學(xué)方法教育的最好實(shí)例。

2 利用物理學(xué)史知識(shí)進(jìn)行科學(xué)方法教育

物理學(xué)史中蘊(yùn)含了豐富的科學(xué)方法，是取之不盡的動(dòng)力源泉。從古到今物理學(xué)的舞臺(tái)上，有不少具有真知灼見、善于思考的思維巨人，他們曲折崎嶇的科學(xué)征途中所具有的獨(dú)特的思維方法是十分值得學(xué)習(xí)和借鑒的。

1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)，證明“電能生磁”；惠更斯把光現(xiàn)象與聲現(xiàn)象進(jìn)行推理類比，根據(jù)兩者都能發(fā)生反射、折射，從已知的相同點(diǎn)，推理得知光和聲一樣，都是一種波動(dòng)，提出光的波動(dòng)說；1923年，法國青年德布羅意根據(jù)光的波粒二象性，通過光和實(shí)物粒子的類比，提出物質(zhì)波的假設(shè)，即微觀粒子也具有波動(dòng)性。德布羅意假說成為物理學(xué)史中運(yùn)用類比獲得驚人成就的著名實(shí)例。類似從電流傳導(dǎo)和熱傳導(dǎo)類比得出歐姆定律，卡文迪許通過類比加猜想，加之巧妙的實(shí)驗(yàn)，得出電荷相互作用定律。這些都是類比啟迪、線索推理觸發(fā)靈感，喚醒創(chuàng)造性思維，取得非凡結(jié)果的實(shí)例，是物理教學(xué)中應(yīng)該挖掘的內(nèi)涵，是進(jìn)行科學(xué)方法教育培養(yǎng)的活教材。

近代物理學(xué)中原子結(jié)構(gòu)模型的提出是科學(xué)思維方法的綜合運(yùn)用，是人類研究微觀物質(zhì)的典范。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，由于電子的發(fā)現(xiàn)和原子光譜的實(shí)驗(yàn)研究，提出湯姆遜模型，即“蛋糕葡萄干”模型，也就是原子中呈現(xiàn)球型均勻分布，而負(fù)電子像葡萄干一樣嵌入其中。近代物理學(xué)模型方法對(duì)不可窮盡的原子世界的認(rèn)識(shí)是不斷逼近，它是人類對(duì)客體的猜測，是經(jīng)典物理中發(fā)展起來的模型化方法的高級(jí)階段。透過一個(gè)個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)與科學(xué)研究，不難看出在物理學(xué)研究和發(fā)展的道路上，既有曲折，又有辛苦，更多的是喜悅與收獲。但創(chuàng)造性思維的研究方法，科學(xué)的實(shí)驗(yàn)與理論結(jié)合，加上類比與推理，再加上科學(xué)家的聰明與智慧，永遠(yuǎn)是青年學(xué)生學(xué)習(xí)的精華。

3 加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的觀察、實(shí)驗(yàn)方法

現(xiàn)代教育與心理學(xué)研究表明，實(shí)驗(yàn)是一種重要的科學(xué)研究方法。物理學(xué)的發(fā)展史也就是人們對(duì)物理想象、物理概念、物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、探索、驗(yàn)證、長期反復(fù)實(shí)踐的歷史，這些實(shí)踐主要是觀察和實(shí)驗(yàn)。物理是人們根據(jù)研究目的，利用自制的科學(xué)儀器設(shè)備，人為地控制物理現(xiàn)象，排除干擾，突出主要因素，在有利的條件下研究物理現(xiàn)象的本質(zhì)和變化規(guī)律，其實(shí)驗(yàn)的過程和分析判斷過程蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)方法教育因素。

如驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)程序中誤差減小的方法，運(yùn)用圖像法處理數(shù)據(jù)的方法，不僅直觀反應(yīng)了物理現(xiàn)象本身的規(guī)律，同時(shí)使結(jié)論與實(shí)驗(yàn)意義更加形象直觀，賦予人們一種新的思維境界，是觀察、分析、判斷思維活動(dòng)培養(yǎng)的最佳結(jié)合點(diǎn)；教給學(xué)生一些具體的觀察和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)構(gòu)思、操作規(guī)程，數(shù)據(jù)分析和減少誤差的方法，是物理教學(xué)的一項(xiàng)重要任務(wù)，在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中重點(diǎn)包括對(duì)比觀察、分步觀察、歸納觀察、放大法、代替法、比較法、再現(xiàn)法、間接法、平衡法、類比法等。

4 開展物理課外科學(xué)研究，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

研究性教學(xué)的開展需要教師深刻理解研究的內(nèi)涵，真正樹立以學(xué)生發(fā)展為本的理念，樹立科學(xué)教育發(fā)展觀。面對(duì)網(wǎng)絡(luò)媒體的先進(jìn)性，需要教師具有良好的知識(shí)素質(zhì)和不斷完善的知識(shí)結(jié)構(gòu)；需要教師理解知識(shí)所負(fù)載的價(jià)值和深遠(yuǎn)的意義；需要教師具有激發(fā)學(xué)生求知欲，引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)探索、積極學(xué)習(xí)的能力；需要教師具有觀察、發(fā)現(xiàn)、應(yīng)對(duì)靈活、深入生產(chǎn)一線的能力；需要教師具有超前的意識(shí)和熟練的專業(yè)基本功，具有使用先進(jìn)設(shè)備的能力。這就要求教師不斷學(xué)習(xí)和領(lǐng)會(huì)最新的教學(xué)理念，掌握科學(xué)的教學(xué)方法，強(qiáng)化自身建設(shè)，開拓進(jìn)取，勇攀高峰。

在研究性教學(xué)實(shí)施的初級(jí)階段往往會(huì)遇到學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)能力缺乏而帶來的困難，有些學(xué)生不會(huì)主動(dòng)搜索信息、閱讀信息、處理信息，更不會(huì)找到學(xué)習(xí)和研究的問題，即使教師對(duì)問題有所引導(dǎo)也無法進(jìn)入角色，這都是學(xué)生正常的個(gè)性心理活動(dòng)。因此，要培養(yǎng)學(xué)生的研究性能力、自學(xué)能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新才能。教師要適時(shí)擴(kuò)大學(xué)生的自主學(xué)習(xí)空間，強(qiáng)化技能訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成課外實(shí)驗(yàn)和調(diào)查報(bào)告，開展討論和信息交流活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立發(fā)揮才能的能力，激發(fā)學(xué)生的進(jìn)取意識(shí)，不斷提高物理學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)成績。■