談物理教學(xué)中的科學(xué)方法教育

【摘 要】正確、充分而周密的理論構(gòu)思和清晰的理論思路，能夠把科學(xué)方法教育與中學(xué)物理教學(xué)的具體實(shí)際結(jié)合起來(lái)，從而更有效地解釋、預(yù)測(cè)和引導(dǎo)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)活動(dòng)，并從中總結(jié)出具有普遍意義的物理教學(xué)規(guī)律。如果忽視理論的指導(dǎo)，滿(mǎn)足于經(jīng)驗(yàn)式的照搬照抄，那么中學(xué)物理教學(xué)中的科學(xué)方法教育將是十分膚淺和具有局限性的，科學(xué)方法教育就很難得到真正落實(shí)。

【關(guān)鍵詞】物理教學(xué)；科學(xué)方法；教育功能

眾所周知，中學(xué)物理教學(xué)既是科學(xué)教育的重要組成部分，又是落實(shí)素質(zhì)教育的重要方面。要實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育的目標(biāo)，中學(xué)物理教學(xué)在注重知識(shí)教學(xué)的同時(shí)，必須加強(qiáng)科學(xué)方法教育。因?yàn)榭茖W(xué)方法教育不僅是中學(xué)物理教學(xué)的重要內(nèi)容，而上是培養(yǎng)學(xué)生能力的重要途徑。

然而，目前我國(guó)中學(xué)物理教學(xué)中的科學(xué)方法教育仍然存在一些問(wèn)題。具體表現(xiàn)為：第一，科學(xué)方法教育的理論還不十分明確，以致人們沒(méi)有自覺(jué)地把科學(xué)方法作為中學(xué)物理教學(xué)的重要內(nèi)容；第二，科學(xué)方法的教育功能沒(méi)有得到充分的研究，科學(xué)方法的能力價(jià)值沒(méi)有在中學(xué)物理教學(xué)中得到很好的體現(xiàn)；第三，在教學(xué)層面上，科學(xué)方法教育的可操作性還較差。這些情況表明，在中學(xué)物理教學(xué)中，加強(qiáng)科學(xué)方法教育的研究依然非常必要。

一、科學(xué)方法教育的理論建構(gòu)

科學(xué)方法是人們?cè)谡J(rèn)識(shí)和改造客觀世界的實(shí)踐活動(dòng)中總結(jié)出來(lái)的正確的思維、行為方式，是人們認(rèn)識(shí)和改造自然的有效工具。作為一種基本的研究途徑、方式和方法，它與自然科學(xué)的概念、規(guī)律等知識(shí)是平行的，包含在自然科學(xué)的范疇之中。

在中學(xué)物理教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)方法教育，其理論思路至關(guān)重要。這種理論思路，主要是指整個(gè)科學(xué)方法教育的理論出發(fā)點(diǎn)和基本路線(xiàn)。正確、充分而周密的理論構(gòu)思和清晰的理論思路，能夠把科學(xué)方法教育與中學(xué)物理教學(xué)的具體實(shí)際結(jié)合起來(lái)，從而更有效地解釋、預(yù)測(cè)和引導(dǎo)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)活動(dòng)，并從中總結(jié)出具有普遍意義的物理教學(xué)規(guī)律。如果忽視理論的指導(dǎo)，滿(mǎn)足于經(jīng)驗(yàn)式的照搬照抄，那么中學(xué)物理教學(xué)中的科學(xué)方法教育將是十分膚淺和具有局限性的，科學(xué)方法教育就很難得到真正落實(shí)。

在中學(xué)物理教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)方法教育所涉及的重要理論問(wèn)題是：物理教學(xué)中科學(xué)方法教育的理論模型是什么？科學(xué)方法的教育功能是什么？等等。顯然，這些問(wèn)題亟待有一個(gè)明確的回答。

一般認(rèn)為，物理學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)包括物理學(xué)的基本概念、基本原理（包括基本定律和基本理論）、基本方法以及它們之間的相互聯(lián)系。美國(guó)哈佛物理教材改革計(jì)劃（HPP）的主要執(zhí)筆人霍爾頓曾提出物理學(xué)的三維結(jié)構(gòu)模型。他認(rèn)為，物理學(xué)任何一部分基本內(nèi)容的結(jié)構(gòu)及其發(fā)展都可以分解為3個(gè)因素：實(shí)驗(yàn)（事實(shí)），物理思想（邏輯、方法論等），數(shù)學(xué)（表述形式或計(jì)量公式）。事實(shí)上，科學(xué)方法作為物理認(rèn)識(shí)活動(dòng)的中介，是連接物理現(xiàn)象與物理知識(shí)的紐帶，在物理理論的發(fā)展中起著橋梁作用。也就是說(shuō)，物理概念、規(guī)律只有通過(guò)科學(xué)方法的參與，才有可能上升為知識(shí)形態(tài)。不僅如此，物理理論的應(yīng)用同樣需要科學(xué)方法的參與。因此，人們普遍認(rèn)為：“與科學(xué)知識(shí)相比，科學(xué)方法具有更大的穩(wěn)定性和更普遍的適用性。從這個(gè)意義上講，學(xué)生掌握科學(xué)方法比掌握科學(xué)知識(shí)更重要?！薄皯?yīng)把方法視為比知識(shí)更重要的東西，視為知識(shí)的脈絡(luò)，按照科學(xué)方法所展示的路子，去組織教材，安排教學(xué)進(jìn)程?！薄澳芰εc方法是密切聯(lián)系的。一般地說(shuō)，人們完成某方面任務(wù)能力的強(qiáng)弱，是與人們掌握完成任務(wù)方法的自覺(jué)程度與熟練程度密切相關(guān)的?？梢哉J(rèn)為，方法是能力的‘核心’，是對(duì)能力起決定性作用的因素?！?/p>

二、科學(xué)方法的教育功能

把科學(xué)方法作為中學(xué)物理教學(xué)重要目標(biāo)的原因在于，科學(xué)方法不僅具有獨(dú)特的認(rèn)知功能，而且具有獨(dú)特的教育功能。其教育功能主要有以下幾個(gè)方面：

1.獲取功能

首先，掌握科學(xué)方法是獲取物理知識(shí)的重要途徑。學(xué)生只有掌握科學(xué)方法，才能更快捷地獲取物理知識(shí)。我們把這種路徑表示為：物理現(xiàn)象→科學(xué)方法→物理知識(shí)。同樣，只有借助科學(xué)方法，才能使教學(xué)活動(dòng)順利進(jìn)行。比如，牛頓第一定律是通過(guò)實(shí)驗(yàn)法得出的；阿基米德定律是通過(guò)猜想驗(yàn)證法得出的；等等。

其次，學(xué)生要理解物理知識(shí)，同樣離不開(kāi)科學(xué)方法。我們把這種路徑表示為：科學(xué)方法一物理知識(shí)。比如，中學(xué)物理教材中有十余個(gè)重要的物理量是通過(guò)比值法來(lái)定義的。

我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期以來(lái)，在中學(xué)物理教學(xué)中，比值定義法的本質(zhì)一直缺乏深人的理解。比如，人們普遍認(rèn)為：“在研究物理問(wèn)題時(shí)，常會(huì)遇見(jiàn)這樣的情況，某兩個(gè)（或幾個(gè)）量在一定條件下成正比，其比值是一個(gè)常量，這個(gè)常量正好反映了事物的本質(zhì)屬性。因此，利用這個(gè)比值可以定義出描寫(xiě)事物本質(zhì)屬性的一類(lèi)概念。”類(lèi)似這樣的論述，在許多書(shū)籍乃至中學(xué)物理教材中比比皆是。這一觀點(diǎn)的邏輯缺陷在于，把結(jié)果當(dāng)作原因來(lái)加以闡述，忽視了比值定義法運(yùn)用中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題——為什么要用兩個(gè)物理量相比來(lái)定義一個(gè)新的物理量。它只回答是什么（比值是常量），而沒(méi)有回答為什么（為什么要比），沒(méi)有揭示出比值定義法的本質(zhì)。

所謂比值定義法，就是用兩個(gè)或多個(gè)物理量的比值來(lái)定義物理概念的方法。在這里，比較的關(guān)鍵是選取相同的標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)橹挥羞x取相同的標(biāo)準(zhǔn)，比較的結(jié)果才有意義。因此，只有對(duì)不同科學(xué)方法的本質(zhì)區(qū)別與聯(lián)系以及使用方法的條件有所了解，才能弄清物理知識(shí)的內(nèi)涵以及不同層次知識(shí)之間的關(guān)系，從而形成知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到對(duì)知識(shí)的真正理解。

2.建構(gòu)功能

科學(xué)方法是物理知識(shí)的脈絡(luò)，是物理知識(shí)的神經(jīng)。它具有把物理知識(shí)聯(lián)系起來(lái)并形成結(jié)構(gòu)的功能。根據(jù)圖2，我們把這種路徑表示為：科學(xué)方法與上、下、左、右4個(gè)鄰區(qū)都發(fā)生聯(lián)系。

從知識(shí)結(jié)構(gòu)形成的角度看，科學(xué)方法作為一種基本的研究方式和方法，它縱橫交錯(cuò)、貫穿于整個(gè)知識(shí)領(lǐng)域之中，使不同的知識(shí)相互聯(lián)系并形成知識(shí)結(jié)構(gòu)。從認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成的角度看，我們認(rèn)為，只有通過(guò)科學(xué)方法的參與，客觀存在的物理知識(shí)結(jié)構(gòu)才能轉(zhuǎn)化為學(xué)生頭腦中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。學(xué)生通過(guò)對(duì)物理新知識(shí)的加工、組織、簡(jiǎn)化、記憶、系統(tǒng)化重建及應(yīng)用等環(huán)節(jié)，把原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)演變?yōu)楦忧逦喂痰男碌恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)。年以，在中學(xué)物理教學(xué)中，學(xué)生如果沒(méi)有學(xué)會(huì)通過(guò)科學(xué)方法把大量的物理知識(shí)在自己的頭腦中編織成一個(gè)層次清晰、邏輯嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)或網(wǎng)絡(luò)，就無(wú)法不斷接收、容納新的信息，也就無(wú)法完善自己的知識(shí)系統(tǒng)。

3.培養(yǎng)功能

通過(guò)對(duì)科學(xué)方法的不斷了解、積累和熟練，使學(xué)生形成一種借助于科學(xué)方法獲取物理知識(shí)的心理定勢(shì)，這樣，學(xué)生就能夠以快捷的速度獲取知識(shí)，深刻地領(lǐng)會(huì)和掌握知識(shí)，牢固地記住知識(shí)。還可以使學(xué)生產(chǎn)生一種對(duì)問(wèn)題的敏感性，能夠用科學(xué)方法迅速地抓住問(wèn)題的要害，找出解決問(wèn)題的途徑。具有這樣一種心理定勢(shì)，也是學(xué)生能力的一種表現(xiàn)。所以掌握科學(xué)方法，不僅與學(xué)生獲取知識(shí)的效率有關(guān)，而且與學(xué)生能力的發(fā)展直接有關(guān)。

科學(xué)方法還是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)能力的橋梁。根據(jù)圖2，我們把這種路徑表示為：物理知識(shí)→科學(xué)方法→延伸與應(yīng)用。這是因?yàn)?，物理概念和?guī)律只有與科學(xué)方法相結(jié)合才有生命力，才能顯示其內(nèi)在的理由、作用和功能；學(xué)生只有把學(xué)習(xí)過(guò)拓物理概念和規(guī)律與科學(xué)方法結(jié)合起來(lái)，才能真正地掌握知識(shí)，并加以運(yùn)用。通過(guò)一定量的科學(xué)方法訓(xùn)練，使學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，能夠迅速檢索各種各樣的方法而無(wú)須對(duì)照過(guò)去，在處理前一個(gè)步驟時(shí)就能在大腦中預(yù)感下一個(gè)步驟。即使學(xué)生更好地掌握物理知識(shí)，而且能很好地培養(yǎng)學(xué)生的能力。

三、科學(xué)方法教育的實(shí)施

如何在中學(xué)物理教學(xué)中實(shí)施科學(xué)方法教育呢？我們提出如下觀點(diǎn)：

1.《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》應(yīng)把科學(xué)方法作為教學(xué)內(nèi)容

《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》是編寫(xiě)中學(xué)物理教材的指導(dǎo)性文件。在制訂中，除了要考慮物理知識(shí)以外，還應(yīng)當(dāng)把科學(xué)方法作為中學(xué)物理教學(xué)的內(nèi)容之一。這既是物理教學(xué)規(guī)律的必然要求，同時(shí)也是物理教學(xué)目的與教學(xué)內(nèi)容相互對(duì)應(yīng)的邏輯體現(xiàn)。

此外，從科學(xué)方法教育的層次性來(lái)考慮，思維方法同樣是科學(xué)方法教育的重要內(nèi)容，它包括分析、綜合、抽象、概括等。這就使科學(xué)方法與物理知識(shí)密切聯(lián)系起來(lái)，使科學(xué)方法教育的內(nèi)容在一定程度上達(dá)到相對(duì)統(tǒng)一。

2.按照科學(xué)方法的邏輯來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)程序

目前的教學(xué)程序，往往是從傳授知識(shí)的角度來(lái)考慮設(shè)計(jì)的。這樣做，學(xué)生也能學(xué)到一些科學(xué)方法，但他們對(duì)科學(xué)方法的理解往往是表面的、膚淺的、零星的、不連續(xù)的。

由于科學(xué)方法并不由學(xué)科的知識(shí)內(nèi)容直接地表達(dá)，而往往隱藏在知識(shí)的背后，支配著知識(shí)的獲取和運(yùn)用，所以科學(xué)方法既不易學(xué)習(xí)，又不易掌握。如果按照科學(xué)方法所展示的路子去組織教材，安排教學(xué)進(jìn)程，即把方法教育作為教學(xué)活動(dòng)的中心，情況就大不一樣。比如，高中“歐姆定律”的教學(xué)可以這樣設(shè)計(jì)：研究問(wèn)題（實(shí)驗(yàn)法）→實(shí)驗(yàn)（控制變量法）→分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（圖像法）→得出定律的表達(dá)式（經(jīng)驗(yàn)公式法）。顯然，可以把科學(xué)方法貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程。

這樣的教學(xué)，把科學(xué)方法體現(xiàn)在知識(shí)的認(rèn)知過(guò)程中，按照學(xué)生的認(rèn)知模式推進(jìn)教學(xué)，讓學(xué)生清楚地了解、經(jīng)歷這一過(guò)程，學(xué)生可以真正領(lǐng)略到科學(xué)方法和物理知識(shí)的內(nèi)涵，能力得到提高。

3.讓學(xué)生運(yùn)用科學(xué)方法解決實(shí)際物理問(wèn)題

在中學(xué)物理教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)方法教育，必須結(jié)合實(shí)際問(wèn)題。這是因?yàn)?，科學(xué)方法的真正掌握，必須在探索和發(fā)現(xiàn)之中實(shí)現(xiàn)。這正是掌握科學(xué)方法與學(xué)習(xí)物理知識(shí)的不同之處。例如，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)了光學(xué)成像的知識(shí)后，可以向?qū)W生提出這樣一個(gè)問(wèn)題：通常防盜門(mén)上都裝有“貓眼”，其特點(diǎn)是可以從室內(nèi)向外觀察而不能從室外向室內(nèi)觀察。怎樣解釋這一現(xiàn)象？這是一個(gè)看似簡(jiǎn)單其實(shí)并不容易回答的問(wèn)題，它的解決不僅需要擁有物理知識(shí)，而且需要運(yùn)用科學(xué)方法。

因此，在中學(xué)物理教學(xué)中，必須創(chuàng)設(shè)良好的認(rèn)知情境，對(duì)學(xué)生的探索進(jìn)行指導(dǎo)，讓學(xué)生主動(dòng)地觀察、思考、實(shí)驗(yàn)、討論，使之沿著科學(xué)的思路在不知不覺(jué)中掌握其中的科學(xué)方法。