談從“四個維度”實施物理科學(xué)方法教育＊

姜立東

（江蘇省姜堰第二中學(xué)，江蘇 姜堰 225500）

新課程強(qiáng)調(diào)在物理教學(xué)過程中要對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法教育，滿足學(xué)生的個性發(fā)展，創(chuàng)造出適應(yīng)學(xué)生個性發(fā)展和符合學(xué)生身心真正需求有效的教學(xué)方式.物理科學(xué)方法教育是物理教學(xué)的“奠基工程”，教師在實際的教學(xué)活動中，如何進(jìn)行科學(xué)方法的教育，缺乏有效的物理科學(xué)方法教育的教學(xué)策略，所以我們要把如何實施物理科學(xué)方法教育作為課堂教學(xué)中每一個教師的追求目標(biāo)，實現(xiàn)教學(xué)活動的深度達(dá)成.本文提出從4個維度實施物理科學(xué)方法教育，即規(guī)律中“滲透”，過程中“模仿”，實驗中“體驗”，運用中“理解”.

1 規(guī)律中“滲透”

物理概念和規(guī)律的建立往往蘊(yùn)涵著豐富的科學(xué)方法，通過物理概念和規(guī)律教學(xué)滲透科學(xué)方法是科學(xué)方法教育的首要途徑.人們在探索和發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律過程中，逐漸形成了一系列研究物理學(xué)的科學(xué)方法，而每一次重大物理成果的取得，常常是科學(xué)方法上獲得一定突破與創(chuàng)新的結(jié)果，如觀察和實驗、歸納和演繹、類比、想象、假說、理想化和數(shù)學(xué)方法.在牛頓第二定律、動量守恒定律、楞次定律等規(guī)律的教學(xué)中，學(xué)生能強(qiáng)烈感受的科學(xué)方法在發(fā)現(xiàn)規(guī)律中的作用，激發(fā)學(xué)生自覺地學(xué)習(xí)運用科學(xué)方法解決實際問題.萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、玻爾原子模型的形成等物理學(xué)史內(nèi)容在教材中均有介紹，教師可以根據(jù)這些材料來介紹科學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷程，也可以查閱一些資料來補(bǔ)充和豐富教學(xué)內(nèi)容.牛頓第一定律的建立和闡述包含著觀察→實驗論證→假設(shè)猜想→實驗抽象→修正推廣的一種，演繹重要的科學(xué)方法：理想實驗法.在知識教學(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生的能力，找到知識教學(xué)與能力培養(yǎng)的結(jié)合點，突破口就在于加強(qiáng)科學(xué)方法教育.

因此，在物理概念和規(guī)律教學(xué)中有目的、有意識、有步驟地滲透和傳授物理科學(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.物理規(guī)律教育中滲透科學(xué)方法的意義在于訓(xùn)練學(xué)生的智力技能，能夠達(dá)到促進(jìn)三維目標(biāo)實現(xiàn)、培養(yǎng)創(chuàng)新精神、增強(qiáng)實踐能力和提高全體學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的目的.

2 過程中“模仿”

科學(xué)方法體現(xiàn)在具體的物理研究過程中.只有把研究過程充分而合理地展現(xiàn)出來，學(xué)生才能看到科學(xué)方法有什么特征、有什么作用，是怎樣解決問題的，才能體會到掌握科學(xué)方法的意義，才能自覺地學(xué)習(xí)科學(xué)方法.

案例：教材中第4章第2節(jié)“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”.這是1節(jié)學(xué)生實驗探究課，教材編寫思路是：沒有給出確定的實驗方案，要學(xué)生自己設(shè)計，但是給出了實驗的基本思路.作為提示，書中還提醒注意兩方面的問題：怎樣測量（或比較）物體的加速度；怎樣提供和測量物體所受的恒力.在思維方法上，力求突破原有教材單一方法前提下的思維格局，用綜合的方法來關(guān)注和處理單一打破后出現(xiàn)的復(fù)雜的、多維變化的信息，喚醒學(xué)生更深層次的靈活主動，從而實現(xiàn)實驗教學(xué)的教育價值.

本節(jié)開展探究教學(xué)基本程序由6個要素構(gòu)成，而這6個要素的結(jié)構(gòu)關(guān)系是環(huán)環(huán)相扣，彼此促進(jìn)的.

（1）提出問題.物體的加速度與它受的力、它的質(zhì)量有什么定量關(guān)系？

（2）猜想與假設(shè).根據(jù)日常經(jīng)驗和觀察到的事實，首先猜想物體的加速度與它受的力、它的質(zhì)量有最簡單的關(guān)系，加速度與它受的力成正比、與它的質(zhì)量成反比.

（3）制定計劃與設(shè)計實驗.用控制變量法研究和探討a與F 、m的關(guān)系，操作活動感知過程.怎樣測量（或比較）物體的加速度；怎樣提供和測量物體所受的恒力.

（4）進(jìn)行實驗與收集證據(jù).教師指導(dǎo)實驗的注意事項，這是必須的，記錄好數(shù)據(jù).

（5）數(shù)據(jù)處理、分析與論證.為直觀判斷a與F 、m的關(guān)系，分別以a為縱坐標(biāo)，F(xiàn)、m、為橫坐標(biāo)，根據(jù)各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點，用圖像進(jìn)行分析和判斷.

（6）交流與合作、評估.與學(xué)生進(jìn)行交流，實驗方案的合理性、實驗過程的科學(xué)性、數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性等等方面，實際上一個規(guī)律的發(fā)現(xiàn)不可能是幾次簡單的測量就能夠得出結(jié)論的，F(xiàn)＝ma這個結(jié)論仍然帶有猜想和推斷的性質(zhì).

對于F＝ma結(jié)論，學(xué)生僅僅出于直覺的猜想或是在先發(fā)言的學(xué)生啟發(fā)下才這樣想，思維上對于物理量之間的原理還不是很清晰的情況下，那么，教師有必要為學(xué)生的認(rèn)識補(bǔ)充、豐富其感性經(jīng)驗.教師可以進(jìn)一步提問：還有別的想法嗎？為此，教者有必要進(jìn)行一些現(xiàn)場調(diào)查和試探性提問：還有誰這樣想？還有沒有其它的答案？學(xué)生中間可能出現(xiàn)a與F、F2的關(guān)系，a與m、m2的關(guān)系，并不是所的有學(xué)生都是得出正確的結(jié)論，物理量關(guān)系多樣化的一個重要原則就是思維等價.

上述過程應(yīng)該說是操作層面的.這是科學(xué)探究成功的首要條件，是學(xué)生學(xué)習(xí)的基礎(chǔ).這里面有很多的人類認(rèn)識自然規(guī)律的一般方法，保持著科學(xué)探究的“形似”.通過這一過程，學(xué)生了解了人類對某一自然規(guī)律認(rèn)識的歷史，學(xué)習(xí)了怎樣進(jìn)行科學(xué)探究，把未知變?yōu)橐阎?，這才完成科學(xué)探究的第一步，這也是顯性的一步.實際上，在這一過程中，更重要的是隱性部分：學(xué)生從中體會科學(xué)的研究方法、提高科學(xué)探究的能力、培養(yǎng)實事求是的科學(xué)態(tài)度、敢于創(chuàng)新的探索精神.

3 實驗中“體驗”

“力的分解”物理科學(xué)方法，學(xué)生難于把握的是把力沿什么方向分解的問題.因此教學(xué)中先通過實驗和實際問題情景中讓學(xué)生感知力的“實際效果”，這樣最能體現(xiàn)讓學(xué)生自主探究問題解決方案.

如圖（1）-（3）所示，采取幾種簡易實驗體驗科學(xué)方法，“體感”腰、手部受壓力，肩部受拉力，使學(xué)生體會到在交流中可以提高自己的能力，有利于知識的理解和學(xué)習(xí).

實驗1.準(zhǔn)備器材——長為60cm的輕木桿（或竹桿），重G大約為1kg的重物，細(xì)線1根.讓木桿頂住腹部，形成如圖1所示的形狀，學(xué)生感受由于重物作用所產(chǎn)生的效果.

圖1

圖2

實驗2.準(zhǔn)備器材——質(zhì)量M＝50g的砝碼，一頭削尖的鉛筆（或圓珠筆），細(xì)線1根.讓尖的一端頂住掌心，另一端掛砝碼并系到中拇指上，形式如圖2的形狀，讓學(xué)生感受效果.

實驗3.2位學(xué)生配合，如圖3所示，一人手撐腰，形成圖示形狀，另一人在膀的拐彎處用一豎直向下的力，感受向下的力所產(chǎn)生的效果.然后再相互調(diào)換.

本節(jié)課的教學(xué)已經(jīng)打破了教材的框框，這是3個合作探究實驗，以實驗為引導(dǎo)，組織和實施教學(xué).這主要考慮的就是本節(jié)課對學(xué)生來說，是由抽象到具體、由理論到實踐、由教師講解到自己探究的轉(zhuǎn)變.過去我們強(qiáng)調(diào)實驗，主要所指為操作技能；現(xiàn)在強(qiáng)調(diào)實驗，除了操作技能外，希望學(xué)生更加重視實驗中的科學(xué)思想與技術(shù)路線.過去教材強(qiáng)調(diào)的是如何把知識講清楚，本節(jié)課強(qiáng)調(diào)的是自主探究、充分展示過程和方法.

4 運用中“理解”

物理科學(xué)方法教育力求貼近生活，從不屑于干巴巴的知識與方法的羅列，而總是力求以學(xué)生的現(xiàn)實生活為背景，運用中“理解”物理科學(xué)方法.對于中小學(xué)生而言，其抽象思維能力尚處于不斷的發(fā)展之中，理性思維往往需要感性材料作為支撐.豐富多彩的現(xiàn)實生活是學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣之源.所以，物理科學(xué)方法教育總是力求貼近生活，從生活中挖掘豐富的課程資源，讓生活材料為課堂教學(xué)服務(wù)，讓學(xué)生理解和領(lǐng)會物理科學(xué)方法.

案例：課題“圓周運動的實例分析”中物理科學(xué)方法教育.

利用手段創(chuàng)設(shè)學(xué)生騎車拐彎錄像、魔盤、本班學(xué)生手拉手的離心游戲、棉花糖制作過程短片等真實的學(xué)生非常熟悉的生活情景，來激發(fā)學(xué)生的興趣；引入圓周運動的實例分析.

問題1.火車車輪結(jié)構(gòu)與汽車車輪結(jié)構(gòu)的不同點？

有效感性材料：

許多學(xué)生都坐過火車，但對火車車輪結(jié)構(gòu)并不了解，這對于解決火車拐彎問題是一個難點.突破教學(xué)中的難點，啟發(fā)學(xué)生的思維，制作火車車輪教具，并準(zhǔn)備了兩人一組的小火車模型，在教學(xué)中先讓學(xué)生仔細(xì)觀察、描述車輪結(jié)構(gòu)，然后再來討論火車在水平轉(zhuǎn)彎時會出現(xiàn)的問題.這樣有了車輪結(jié)構(gòu)的感性基礎(chǔ)，學(xué)生討論問題就容易一些.

問題2.放錄像火車轉(zhuǎn)彎的情景，當(dāng)火車轉(zhuǎn)彎時，我們說它做圓周運動，那么是什么力提供火車的向心力呢？

有效感性材料：

（1）用課件分析內(nèi)外軌等高時向心力的來源（因為實際不存在）.

（a）此時火車車輪受3個力：重力、支持力、外軌對輪緣的彈力.

（b）外軌對輪緣的彈力提供向心力.

（c）由于該彈力是由輪緣和外軌的擠壓產(chǎn)生的，且由于火車質(zhì)量很大，故輪緣和外軌間的相互作用力很大，易損害鐵軌.

（2）介紹實際的彎道處的情況.

（a）用錄像資料展示實際的轉(zhuǎn)彎處外軌略高于內(nèi)軌.

（b）用課件展示此時火車的受力情況，并說明此時火車的支持力N的方向不再是豎直的，而是斜向彎道的內(nèi)側(cè).

（c）進(jìn)一步用課件展示此時火車的受力示意圖，并分析得此時支持力與重力的合力提供火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力.

（d）強(qiáng)調(diào)說明：轉(zhuǎn)彎處要選擇內(nèi)外軌適當(dāng)?shù)母叨炔?，使轉(zhuǎn)彎時所需的向心力完全由重力G和支持力N來提供，這樣外軌就不受輪緣的擠壓了.

問題3.火車轉(zhuǎn)彎時，它做圓周運動，對應(yīng)的軌跡圓是否傾斜？

有效感性材料：學(xué)生遇到在路基傾斜的彎道上轉(zhuǎn)彎的汽車、火車的問題時，最容易出現(xiàn)的錯誤認(rèn)識，是認(rèn)為運動所對應(yīng)的軌跡圓是傾斜的，不在水平面上.可結(jié)合視頻圖片，向?qū)W生展現(xiàn)出兩種轉(zhuǎn)彎軌跡（內(nèi)外軌等高時、內(nèi)外軌不等高的實際彎道處），讓學(xué)生討論可能性后，讓每一名學(xué)生利用漏斗中的乒乓球轉(zhuǎn)動的實驗，模擬出汽車轉(zhuǎn)彎時的水平圓軌跡，使學(xué)生從兩種可能中選出了正確地答案.

上面簡述了實施物理科學(xué)方法教育規(guī)律中“滲透”.過程中“模仿”.實驗中“體驗”.運用中“理解”的4種策略.當(dāng)然，教師在課堂教學(xué)中還要針對學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理的思維障礙特點，努力研究學(xué)生的實際心理特點與現(xiàn)有知識水平，大膽創(chuàng)新，有效地實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，讓學(xué)生真正掌握的物理科學(xué)研究方法.