在中學(xué)物理教學(xué)中注意對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法的教育

高曉偉

人們研究物理現(xiàn)象，建立物理概念，揭示物理規(guī)律的過程中，總要運用各種不同的研究方法，這些方法是進(jìn)行研究的有力工具，進(jìn)行思維的得力助手。在中學(xué)物理教學(xué)的過程中，不僅要進(jìn)行理論知識的傳授、技能技巧的訓(xùn)練、能力的培養(yǎng)，同時也應(yīng)注意科學(xué)方法的教育。知識、方法和能力是密切聯(lián)系、相互依賴、相互制約的，有的知識本身就是方法，有的知識通過轉(zhuǎn)化或升華可起到方法的作用，而知識、方法又是具備能力的前提和基礎(chǔ)。

中學(xué)物理教材是按理論知識體系編寫的，物理方法只是穿插和隱含于其中，因此在進(jìn)行教學(xué)的過程中應(yīng)注意挖掘教材中涉及的物理方法，適時適度地進(jìn)行科學(xué)方法的教育，并滲透一些科學(xué)家研究問題的思想方法，這既有利于學(xué)生全面、深入地理解、掌握物理學(xué)的概念、規(guī)律，又有利于提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

在教學(xué)中涉及的物理方法有實驗法、理想法、等效法、類比法、控制變量法、圖象法、統(tǒng)計法、間接觀測法、建立科學(xué)模型和假說的方法等。下面就其中幾種方法做些具體的介紹。

1 理想法

理想化的方法就是在研究物理問題時，為了抓住問題的本質(zhì)，突出主要特征而忽略次要因素的一種抽象思維方法。比較典型的有理想化實驗和理想化模型。

理想化實驗雖是無法實現(xiàn)的，卻是以可靠事實為依據(jù)，抓住問題的本質(zhì)，經(jīng)過抽象思維，而推理出不能直接從實驗中得出的重要結(jié)論。如對于力和運動關(guān)系的研究，伽利略用假想的物體沿斜面下滑的“理想實驗”駁斥了亞里士多德用“直接推理”法得出的“力是維持物體運動的原因”的結(jié)論。從這一點可以看出，科學(xué)理論的形成得力于正確的方法。

理想化模型就是為了研究問題而建立的一種高度抽象客體。它可使具體的物理問題簡化，常見的實物模型有質(zhì)點、單擺、理想氣體、點電荷模型、理想變壓器、理想透鏡。其中質(zhì)點是高中物理首先引入的理想化模型，它突出了物體具有質(zhì)量和位置的主要因素，忽略了形狀、大小及內(nèi)部運動等次要因素，從而為研究物體的運動規(guī)律帶來方便。

在研究物理問題時，還可以進(jìn)行其他一些理想化的處理，如：理想化過程——無摩擦、勻速直線運動、勻變速直線運動、恒溫、恒壓、恒力等；理想化狀態(tài)——不計空氣阻力和浮力，均勻變化等。

總之，由于客觀事物運動規(guī)律往往比較復(fù)雜，不能一下子認(rèn)識清楚，而采用理想化的處理方法，可使事物的運動規(guī)律具有比較簡單的形式，便于人們?nèi)フJ(rèn)識和掌握它們。

2 類比法

所謂類比法是依據(jù)兩個或兩類不同的對象在某些特征、性質(zhì)上的相似性，將一個對象的特征屬性遷移到另一個對象，從而得出可能判斷的邏輯推理的方法。簡單說就是一個作比較找聯(lián)系的方法。

在物理學(xué)發(fā)展的過程中，把兩個看似不相干的現(xiàn)象進(jìn)行比較，找出共性，加以類推，往往能得到很重要的結(jié)論。惠更斯關(guān)于光的波動說就是人們將光與機(jī)械波（如聲波）這兩類看似沒聯(lián)系的物質(zhì)聯(lián)系起來相類比而逐步成熟、完善起來的。機(jī)械波在兩種介質(zhì)的界面上會同時發(fā)生反射和折射。不同振源發(fā)出的幾列波在空間相遇后能彼此毫無妨礙地相互穿行。光在兩種介質(zhì)的界面上也會同時發(fā)生反射和折射，幾束光相遇后也能彼此毫無妨礙地相互穿行。類比后，得出光可能是一種波的假設(shè)，后來通過觀察到光的衍射、干涉現(xiàn)象證實了光的波動性是正確的。

同樣，麥克斯韋正是將電磁波與光波作類比，并推算出電磁波傳播的速度與光速相同，而提出光的電磁說的。后經(jīng)赫茲證明，電磁理論是正確的。

兩類相關(guān)現(xiàn)象的對照也是類比法的應(yīng)用。1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)“電能生磁”，那么磁能生電嗎？法拉第在1821年的日記中寫有一個設(shè)想——用磁生電，這一設(shè)想一經(jīng)確定，他便為此整整奮斗了10年，經(jīng)過不懈的努力，終于在1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，為后來發(fā)電機(jī)、變壓器的發(fā)明奠定理論基礎(chǔ)。

3 等效法

等效法是從事物間的等同效果出發(fā)，把復(fù)雜的現(xiàn)象或過程轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)模式來處理，從而使問題簡化的方法。描述交流電的物理量比較復(fù)雜，而直流電的描述相對要簡單，那能不能找到一個物理量較為簡單地描述交流電呢？研究發(fā)現(xiàn)，交流電和直流電通過同樣阻值的電阻，如果它們在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，這一交變電流的有效值就和這個直流電流相等。用等效法引入交變電流“有效值”的概念，為交流電路的計算、測量提供了依據(jù)。

矢量的“合成”與“分解”概念的建立也是從具有等同效果出發(fā)的，力的合成就是可以用一個力代替幾個力的同時作用，因為這一個力和那幾個力的共同作用效果相同。力的分解是力的合成的逆運算。

人們還常用等效電源、等效電阻來簡化復(fù)雜的實際電路。用等效法處理物理問題是常用的一種有效方法。

人們在研究某一物理現(xiàn)象、規(guī)律或處理某一物理問題時，往往不是單一地應(yīng)用某種方法，而是幾種方法綜合地反復(fù)應(yīng)用，逐步使科學(xué)理論完善發(fā)展起來。如對于原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，盧瑟福從α粒子散射實驗觀察到的現(xiàn)象出發(fā)，經(jīng)過假設(shè)、推理、反證等方法提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型，從而用新理論推翻舊理論。后來玻爾為解決原子的穩(wěn)定性以及原子的線狀光譜等問題，從科學(xué)事實出發(fā)，通過反復(fù)研究，提出新的模型和假說，使原子的核式結(jié)構(gòu)理論更加完善。通過這些方法的教學(xué)，還可使學(xué)生認(rèn)識到要研究某一確定的物理課題要經(jīng)過科學(xué)事實——科學(xué)假說——科學(xué)檢驗——科學(xué)理論等幾個銜接環(huán)節(jié)。

物理方法教育是中學(xué)物理教學(xué)的內(nèi)容之一，學(xué)生如能熟練地掌握這些方法，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，不僅對解決物理領(lǐng)域內(nèi)的問題有益，就是對于在其他領(lǐng)域內(nèi)的工作、學(xué)習(xí)也將產(chǎn)生啟迪作用和潛移默化的影響。所以在物理教學(xué)的過程中一定要注意科學(xué)方法的教育。