科學(xué)研究方法在物理教學(xué)中的實施途徑

潘多

物理學(xué)體系中每一個理論的建立及知識的獲得都是基于一系列的科學(xué)研究方法。新一輪的物理課程標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)把科學(xué)方法教育作為教育目標(biāo)之一。上世紀(jì)90年代初，我國召開了首屆物理科學(xué)方法教育研討會，總結(jié)了科學(xué)方法教育的現(xiàn)狀，肯定了在物理教學(xué)實踐中廣大物理教育工作者為培養(yǎng)出一批優(yōu)秀的人才以及為科學(xué)方法教育理論和實踐探討所作出的突出貢獻(xiàn)。物理科學(xué)方法教育的地位逐漸提高。科學(xué)方法教育儼然成為教學(xué)的熱點(diǎn)話題，然而國內(nèi)在科學(xué)方法教育上卻存在不少誤區(qū)。最突出的失誤便是：沒能夠正確全面地理解科學(xué)方法教育，教學(xué)過程一味注重對知識的傳授，盲目灌輸，純粹應(yīng)付考試，并且教學(xué)內(nèi)容過于系統(tǒng)化，學(xué)生缺乏自由發(fā)展的空間。

一、物理科學(xué)方法的概念

《蘇聯(lián)大百科全書》指出：科學(xué)是人類活動的一個范疇，它的職能是總結(jié)關(guān)于客觀世界的知識并使之系統(tǒng)化；科學(xué)是一種社會意識形式。在歷史發(fā)展中科學(xué)可轉(zhuǎn)化為社會生產(chǎn)力和重要的社會建制。從廣義上說，科學(xué)的直接目的是對客觀世界作理論表達(dá)。物理科學(xué)方法就是研究物理現(xiàn)象、描述物理現(xiàn)象、實施物理實驗、總結(jié)物理規(guī)律、檢驗物理規(guī)律時所應(yīng)用的各種手段與方法。它是科學(xué)方法的一種。在嚴(yán)格的科學(xué)條件限制下，通過嚴(yán)密的觀察實驗（觀察與實驗方法）和嚴(yán)格的邏輯推理（科學(xué)的思維方法與數(shù)學(xué)方法等），去偽存真，去粗取精，由此及彼，由表及里，找到事物內(nèi)各部分之間及事物與外部環(huán)境的相互關(guān)系和相互作用，確定由相互作用產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動變化和因果關(guān)系，形成規(guī)律性知識。

二、物理學(xué)史中常用的科學(xué)方法

1.觀察方法

觀察法是最古老、最直接、最基本的科學(xué)方法，也是當(dāng)今科學(xué)研究最常用的方法。從某種意義上說，沒有觀察就沒有科學(xué)研究。研究者根據(jù)一定的研究目的、研究提綱或觀察表，用自己的感官和輔助工具去直接觀察被研究對象，從而獲得資料的一種方法。自然研究中的觀察方法又稱為科學(xué)觀察。科學(xué)觀察的方法可分為：有意觀察法、長期觀察法、細(xì)微觀察法、歸納觀察法、對比觀察法。

2.歸納與演繹

（1）歸納法及其分類

歸納法是指從個別的具體事物的認(rèn)識中抽象出一般性認(rèn)識的推理方法和思維形式。它通過分析許多個別的事例或分論點(diǎn)，歸納出它們所共有的特性，從而得出一個一般性的結(jié)論。其本質(zhì)在于由事實到概括、由感性到理性、由個性到共性、由個別到一般、由特殊到普遍的升華，也是從經(jīng)驗事實到事物內(nèi)在規(guī)律性的飛躍。基本步驟大體為：搜集材料、整理材料、抽象概括。基于歸納法的本質(zhì)特征可以將歸納法分為枚舉歸納、消去歸納、漸進(jìn)歸納、綜合歸納。

（2）演繹法及其主要形式

演繹法就是根據(jù)一類事物都有的屬性、關(guān)系和本質(zhì)來推斷該類中個別事物也具有此屬性、關(guān)系和本質(zhì)的推理方法和思維形式。其客觀基礎(chǔ)和歸納法相同，即事物的個性與共性的關(guān)系，一類事物的共性存在于該類中每一具體事物的個性之中，是個性必然包含的共同部分。與歸納法思維相反，演繹法是從一般到個別、從普通到特殊的推理過程。主要形式是由大前提、小前提和結(jié)論組成的三段論。

（3）歸納與演繹的關(guān)系

歸納與演繹都是科學(xué)認(rèn)識的重要方法，它們只有相互配合才能揚(yáng)長避短地發(fā)揮作用。歸納與演繹是對立統(tǒng)一的辯證關(guān)系。它們在思維中是兩種相反的推理方法，但其間又相互依存、相互滲透，在科學(xué)研究中的主次地位也可以相互轉(zhuǎn)化。演繹必須以歸納為基礎(chǔ)，歸納要以演繹為指導(dǎo)。在現(xiàn)代科學(xué)深入發(fā)展并需要系統(tǒng)說明自然界的形成與發(fā)展過程的今天，演繹與歸納是我們必須領(lǐng)會與掌握的科學(xué)方法。

3.理想化方法

理想化方法可以分為兩類：（1）理想化模型，包括：理想化條件、理想化對象、理想化過程三類。其中理想化對象是指人們以客觀事物為原型，通過科學(xué)抽象在思維中構(gòu)想出來的一種高度抽象、簡化、純化的，用于代替客觀事物的理想客體。而理想化過程是指真實物理運(yùn)動過程的理想化結(jié)果，如“杠桿”理想模型、磁感線等。（2）理想化實驗，它是以真實物理實驗為基礎(chǔ)，以邏輯法則為依據(jù)，通過大腦思維來展開實驗過程的理想實驗。它具有真實實驗的特點(diǎn)，但又不同于真實實驗。從本質(zhì)上說，它是一種帶有濃郁物理學(xué)色彩的邏輯推理，是人們在思想中塑造的理想化抽象過程。物理學(xué)史上有很多重要觀點(diǎn)或結(jié)論的真?zhèn)危际峭ㄟ^理想化實驗做出最終裁決的，如伽利略理想斜面實驗。

4.實驗方法

實驗就是人們根據(jù)科學(xué)研究目的，利用儀器設(shè)備，人為地控制模擬自然現(xiàn)象，排除干擾以突出主要因素，去觀察、研究自然規(guī)律的一種活動。在物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行的實驗，叫物理實驗。物理學(xué)是一門以觀察、實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)；物理學(xué)概念的形成、物理學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)及物理學(xué)理論的建立，都是以嚴(yán)格的物理實驗為基礎(chǔ)，以實驗觀察結(jié)果以及生活生產(chǎn)實踐來檢驗其科學(xué)性的。在物理學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的進(jìn)程中，物理實驗自始至終占有極其重要的地位。

實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，實驗是發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律、建立物理理論的重要手段，伽利略的斜面實驗、胡克的彈簧實驗等都為經(jīng)典力學(xué)提供了經(jīng)驗事實，為發(fā)現(xiàn)新規(guī)律奠定了堅實的基礎(chǔ)?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)離不開實驗，高新技術(shù)的發(fā)展不斷推動物理實驗研究手段、方法、設(shè)備的發(fā)展，不斷改變著人類對物質(zhì)世界的認(rèn)識。

三、物理科學(xué)方法教育的實施途徑

針對教學(xué)中的問題，將物理科學(xué)方法教育的實施途徑確定為：在概念和規(guī)律的教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)方法教育；在實驗教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)方法教育；在物理學(xué)史的講授中進(jìn)行科學(xué)方法教育。其中物理概念、規(guī)律和實驗教學(xué)是實施科學(xué)方法教育的基本途徑。

1.概念與規(guī)律相結(jié)合

物理概念的建立是一種創(chuàng)造性的腦力勞動，在概念的引入和定義中都滲透著方法論思想。在建立物理規(guī)律的過程中，需要有必要的物理知識作為基礎(chǔ)，物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)與總結(jié)也都蘊(yùn)含了方法論思想。教學(xué)中，教師應(yīng)充分利用和挖掘教材中的科學(xué)方法因素，抓住概念、規(guī)律與方法的結(jié)合點(diǎn)，通過概念的形成、規(guī)律的得出、模型的建立、知識的運(yùn)用等，讓學(xué)生在獲取知識的同時掌握不同的科學(xué)方法。如密度、速度、壓強(qiáng)、功率等概念的引入都使用了比較法，它們的定義則采用了比值定義法。牛頓第一定律的建立則體現(xiàn)了理想實驗法，伽利略創(chuàng)立了這種方法，并利用這種方法否定了亞里士多德的錯誤觀點(diǎn)。

2.實驗滲透

物理實驗根據(jù)其在物理研究中的作用不同可分為探索性實驗、驗證性實驗、測量性實驗等。物理實驗的研究方法一般是提出命題—猜想—實驗驗證—分析數(shù)據(jù)—得出結(jié)論。實驗的過程是學(xué)習(xí)知識的過程，同時也是進(jìn)行物理科學(xué)方法教育的有效途徑。實驗過程中蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)方法，如控制變量法、實驗法、觀察法、比較法、分類法、分析法、綜合法、推理法、歸納法、演繹法等。在實驗探究中學(xué)生通過親身實踐，領(lǐng)會科學(xué)家們研究問題的方式方法，并內(nèi)化為自己的行為方式，養(yǎng)成用科學(xué)方法探求新知識、研究新問題的習(xí)慣和能力。實驗探究可激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)的興趣，有助于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、勇于實踐、敢于創(chuàng)新的科學(xué)精神，使學(xué)生逐步形成科學(xué)的態(tài)度和價值觀。

3.物理學(xué)史的講授

物理學(xué)的發(fā)展史就是一部科學(xué)方法的發(fā)展史。從某種意義上來說，物理學(xué)科的構(gòu)建與發(fā)展過程就是物理科學(xué)方法的產(chǎn)生或應(yīng)用過程。在物理教學(xué)中引入物理學(xué)史，可使學(xué)生領(lǐng)略科學(xué)家的人格魅力和思維方式，從而激發(fā)學(xué)生探索真理的愿望，啟發(fā)學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法。例如：歐姆應(yīng)用水流和電流進(jìn)行類比的方法總結(jié)出歐姆定律；卡文迪許通過類比和猜想，加之巧妙的實驗，得到了電荷間的作用力規(guī)律。這就是通過類比觸發(fā)靈感，從而喚起創(chuàng)造性思維，繼而取得舉世矚目的研究成果。我們可以將物理學(xué)史作為引入新知識的背景材料、作為相關(guān)資料、作為擴(kuò)展性閱讀材料、作為例題與習(xí)題、作為科技活動素材等。

物理科學(xué)方法教育是一個長期的過程，也是一個不斷完善的過程。這其中滲透了幾代教育工作者的智慧和汗水。本文通過對物理科學(xué)方法教育的簡單介紹與實施建議為教學(xué)過程給出一些個人建議。然而筆者認(rèn)為本文也不可避免地存在一些不足之處，文中并沒有對所有的科學(xué)方法做一個綜述性的介紹，而只是選取了幾種常用的方法作了簡要的介紹，另外也沒有通過課堂實例闡述科學(xué)方法教育的具體方法。希望這些不足在日后的工作學(xué)習(xí)中能逐步得到解決，將教育落到實處。