例談科學(xué)思維方法在物理教學(xué)中應(yīng)用

摘要：科學(xué)思維，是形成并運用于科學(xué)認(rèn)識活動、對感性認(rèn)識材料進(jìn)行加工處理的方式與途徑的理論體系；是真理在認(rèn)識的統(tǒng)一過程中，對各種科學(xué)的思維方法的有機(jī)整合，是人類實踐活動的產(chǎn)物。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維；物理教學(xué)；核心素養(yǎng)

一、 物理核心素養(yǎng)與科學(xué)思維

物理學(xué)科核心素養(yǎng)，是指學(xué)生在經(jīng)過物理學(xué)習(xí)之后，具有的有利于自己進(jìn)一步發(fā)展的素質(zhì)和能力，同時這種素質(zhì)也符合社會發(fā)展的需要。這些在物理學(xué)習(xí)中獲得的素養(yǎng)，它們帶有鮮明的物理學(xué)科的特質(zhì)。

科學(xué)思維，形成于人類對物質(zhì)世界的認(rèn)識過程中，主要體現(xiàn)在科學(xué)家們探索自然規(guī)律時經(jīng)常使用的非常有效的思維方法，同時具有了理論化和體系化的特點。對于指導(dǎo)人們進(jìn)一步認(rèn)識世界和改造世界具有指導(dǎo)作用。

科學(xué)思維被大家公認(rèn)為是物理核心素養(yǎng)的重要因素之一。

二、 科學(xué)思維方法在物理學(xué)中應(yīng)用事例

科學(xué)思維基本方法有很多，常用的基本方法有：分析與綜合，比較與分類，抽象與概括，歸納與演繹，類比推理，等效替代等。本文受到篇幅所限，僅通過中學(xué)物理教材中涉及的科學(xué)思維方法非常典型的一些事例來說明。

（一） 分析與綜合

分析與綜合是科學(xué)思維中的基本方法。分析法一般是把研究對象的整體分解成多個部分來研究，或者是把研究問題的一個完整過程分解成多個小的分過程來研究。在研究了部分和小的分過程的基礎(chǔ)上，再認(rèn)識整體的特征。綜合法就是把隔離出來的小的研究對象和分解開來的分過程逐一進(jìn)行研究，最后再從整體上進(jìn)行把握。而綜合法一般都是跟分析法相伴而生，結(jié)伴而行的。分析法關(guān)注部分，整體著眼全局。

1. 分析法在物理教學(xué)中運用

力學(xué)中在選取研究對象進(jìn)行受力分析時，常常對多個物體進(jìn)行隔離處理，這就是典型的運用了分析法的思維方法。

在物理過程的研究中，也常常使用分析的思維方法。物理學(xué)上通過閃光照片等實驗手段，把平拋運動的曲線運動，分解到水平方向和豎直方向上來研究，最后得出平拋運動的規(guī)律，就是典型的對物理過程采取的分析法。

2. 綜合法在物理教學(xué)中的運用

萬有引力定律和牛頓運動三定律就是牛頓在大量的實驗和前人研究的基礎(chǔ)上，運用綜合法取得成就。

物體參加兩個直線運動的合運動究竟是什么運動呢？在這個問題的研究時，綜合法得到了充分的彰顯。

3. 分析法與綜合法的交錯運用

熱學(xué)中理想氣體狀態(tài)方程的教材呈現(xiàn)是這樣的，在控制變量的前提下，運用分析法先后通過實驗得出了玻意耳定律、查理定律和蓋呂薩克定律三個定律，在此分析的基礎(chǔ)上，又使用綜合法，通過概括推理推導(dǎo)出理想氣體的狀態(tài)方程。這是典型的分析與綜合法的成功案例。

（二） 抽象與概括

抽象與概括是揭示物質(zhì)本質(zhì)的常用科學(xué)思維方法。通過對事物大量的外在表象分析，從中找出物質(zhì)共性的做法，叫做抽象法，抽象法實現(xiàn)從個性到共性的提升；概括卻正好相反，它是從大量事物的共有的本質(zhì)特征，推及某類事物一定具有的共同屬性和本質(zhì)特征。

物理學(xué)中理想模型的建立（例如質(zhì)點和點電荷概念的建立）、理想過程的形成（自由落體運動和勻速直線運動等）、理想實驗（例如伽利略的理想斜面實驗）的思維方法都充分地體現(xiàn)出抽象和概括思維方法的魅力。

（三） 歸納與演繹

歸納法是從個別或特殊的事物概括出共同本質(zhì)或一般原理的邏輯思維方法，它是從個別到一般的推理。其目的在于透過現(xiàn)象認(rèn)識本質(zhì)，通過特殊揭示一般。所謂演繹法，就是根據(jù)一類事物共有的屬性、關(guān)系、本質(zhì)來推斷該事物中個別事物也具有此屬性、關(guān)系和本質(zhì)的思維方法和推理形式。

開普勒通過對太陽系六大行星運動規(guī)律的完全歸納，得出開普勒三定律。這是人類在天體運動認(rèn)識歷史上使用歸納法的成功案例。

電磁感應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生條件是法拉第通過十年的大量的物理實驗現(xiàn)象的積累，并使用了歸納的科學(xué)思維方法得到的。這是電磁學(xué)歷史上的一個里程碑式的發(fā)現(xiàn)。高中物理教材中的楞次定律的得出也是歸納法使用的一個經(jīng)典事例。

演繹推理是物理學(xué)理論體系的主要構(gòu)成方式。例如力學(xué)理論，就是以牛頓三定律、動量守恒定律、功能關(guān)系等規(guī)律為前提，運用演繹推理導(dǎo)出來的。

演繹推理可以做出科學(xué)預(yù)見。例如麥克斯韋建立了電磁場方程后，預(yù)言了電磁波的存在。泊松亮斑是非常典型而又有趣的科學(xué)預(yù)見。泊松亮斑是光的波動說的反對者泊松利用了他不贊成的光的波動理論推導(dǎo)出來的。這個亮斑在泊松推導(dǎo)出來之前，從來沒有被人們觀察到，所以泊松就認(rèn)為光的波動理論是錯誤的。有趣的是，按照泊松計算的位置，科學(xué)家們改進(jìn)了實驗方案，竟然看到了亮斑。這個實驗有力的支持了光的波動說。

（四） 等效替代

等效替代法是中學(xué)物理中經(jīng)常使用的科學(xué)思維方法。它重點在于兩個研究對象或者研究過程在最后的物理效果上具有完全相互替代性。這種方法使用時，往往是用簡單的易于研究的問題來替代復(fù)雜的和難以研究的問題。

等效替代法在中學(xué)物理中處處可見。等效電阻、黑箱問題、合力與分力的等效性，還有初中教材平面鏡成像實驗中，用蠟燭去尋找點燃蠟燭的像的方法，都是等效替代法。

三、 科學(xué)思維和物理核心素養(yǎng)的關(guān)系

核心素養(yǎng)含有三個方面，六大素養(yǎng)，十八個基本要點。科學(xué)思維屬于核心素養(yǎng)中文化基礎(chǔ)方面的科學(xué)精神范疇。科學(xué)思維對其他核心素養(yǎng)要點產(chǎn)生積極的推動影響作用。只有擁有科學(xué)思維素養(yǎng)的人，才可能成為全面發(fā)展的人。

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作者簡介：陳立其，江蘇省南京市，南京市金陵中學(xué)。