高中物理科學(xué)思想和方法的滲透：意識(shí)與方法

吳文勝

（三明市第二中學(xué)，福建 三明 365000）

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)和科學(xué)思想相結(jié)合的科學(xué)，也是帶有方法論性質(zhì)的學(xué)科，同時(shí)也是自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科。自然界中基本的物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及其相互作用都是物理學(xué)的研究方向。而科學(xué)思想和方法一直貫穿于物理學(xué)發(fā)生、發(fā)展的整個(gè)過(guò)程，無(wú)論是從伽利略的理想實(shí)驗(yàn)到牛頓的經(jīng)典力學(xué)規(guī)律，還是到法拉第對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的猜想與探究，再到對(duì)稱性和原子結(jié)構(gòu)的建立最后到量子力學(xué)的建立等，科學(xué)思想和方法在其中都扮演著不可或缺的角色。正是這些科學(xué)的思想和方法推動(dòng)著物理學(xué)由“物”到“理”的蛻變，從而推動(dòng)整個(gè)物理世界的發(fā)展。因此，科學(xué)的思想和方法在物理學(xué)的發(fā)展中起到了至關(guān)重要的作用，而這也是培養(yǎng)高中生物理素養(yǎng)和物理能力的重要組成部分。

目前，在中學(xué)物理教學(xué)中，有部分教師過(guò)分強(qiáng)調(diào)物理知識(shí)的完整性、系統(tǒng)性，再加上高考的壓力，物理學(xué)科的教學(xué)重點(diǎn)往往就會(huì)演變成注重對(duì)解題技巧的訓(xùn)練和應(yīng)試技巧的掌握，其結(jié)果必定導(dǎo)致學(xué)生過(guò)分注重已經(jīng)成熟的物理知識(shí)，加大對(duì)習(xí)題的訓(xùn)練，這樣的結(jié)果是看似成績(jī)提高了，但學(xué)生也變?yōu)閷W(xué)習(xí)的機(jī)器，不利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新事物新問(wèn)題的獨(dú)立思考和探索創(chuàng)新能力，也不利于吸收物理學(xué)中的精髓。因此，在教學(xué)中滲透科學(xué)思想和方法對(duì)物理教學(xué)改革、物理學(xué)科的整體教育功能和改變學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀都具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

一、高中物理科學(xué)思想和方法滲透的意識(shí)

物理學(xué)習(xí)的認(rèn)知過(guò)程指的是通過(guò)與科學(xué)家的情感交融、領(lǐng)會(huì)、實(shí)踐、認(rèn)識(shí)、再實(shí)踐、再認(rèn)知的循環(huán)過(guò)程，如果不能領(lǐng)會(huì)科學(xué)的思想，僅僅是做題再做題，是不能得到有效的循環(huán)。因此，教師在日常教學(xué)中要自我提升科學(xué)思想方法的滲透意識(shí)。

（一）體會(huì)物理學(xué)家科學(xué)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生主體意識(shí)，提升認(rèn)知和情感有機(jī)融合

就學(xué)生的主體意識(shí)而言，科學(xué)本身的魅力及科學(xué)家崇高的精神境界都會(huì)讓學(xué)生頂禮膜拜，有很多學(xué)生的精神支柱往往就是科學(xué)家們?cè)谔骄磕硞€(gè)前沿知識(shí)所付出的努力、艱辛和不放棄的毅力。比如，很多學(xué)生會(huì)以愛迪生99次不懈的努力換來(lái)的一次成功的研究經(jīng)歷作為自己前行的精神支柱。當(dāng)然，也有許多處于迷茫中的學(xué)生，他們內(nèi)心經(jīng)不起失敗的摧殘，有可能一兩次失敗就會(huì)失去信心，所以，對(duì)科學(xué)家追求科學(xué)真知的精神滲透，一方面可以擺正學(xué)生的認(rèn)知態(tài)度，讓學(xué)生知道真知就是在思維發(fā)生沖突的時(shí)候形成的，科學(xué)也是在這個(gè)時(shí)候進(jìn)步的，但是這個(gè)過(guò)程是艱辛的，除了要有堅(jiān)實(shí)的知識(shí)功底，還要有一顆不怕失敗的心；另一方面，通過(guò)滲透科學(xué)家的研究過(guò)程和思維方式，在很大程度上能讓學(xué)生產(chǎn)生對(duì)知識(shí)追求的力量，同樣，學(xué)生也可以根據(jù)科學(xué)家的研究思想來(lái)不斷地結(jié)合實(shí)際進(jìn)行改造和創(chuàng)新，為物理學(xué)的進(jìn)步奉獻(xiàn)力量。這就要求教師在教學(xué)的過(guò)程中要加大滲透科學(xué)的思想。

例如，教師可以講授在物理學(xué)發(fā)展的整個(gè)歷史階段中，有許多物理學(xué)家在進(jìn)行有意識(shí)有目的的實(shí)際探究的最開始階段，大多都是由于思想的沖突導(dǎo)致。例如，很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，牛頓的微粒說(shuō)在研究“光的本質(zhì)是什么”的問(wèn)題時(shí)占有主導(dǎo)的地位，因?yàn)樗苋菀捉忉尮獾闹本€傳播現(xiàn)象和反射現(xiàn)象，但是在解釋一束光射到兩種介質(zhì)分界面處，以及幾束光交叉后相遇時(shí)光是如何傳播的以及解釋光的干涉、衍射現(xiàn)象時(shí)出現(xiàn)了極大的問(wèn)題，因此促進(jìn)了波動(dòng)說(shuō)發(fā)展。后來(lái)，由于波動(dòng)理論難以解釋光電效應(yīng)等問(wèn)題又引發(fā)了愛因斯坦的光子說(shuō)理論，最后得出了光的波粒二象性。在教學(xué)的過(guò)程中，教師仔細(xì)地講授這些知識(shí)的來(lái)龍去脈，及一代代科學(xué)家們多思維的改造和同化過(guò)程。物理學(xué)家就是在遇見問(wèn)題解決問(wèn)題的過(guò)程中，用科學(xué)的思維方法來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐，來(lái)探究世界未解的現(xiàn)象進(jìn)而促進(jìn)科學(xué)的進(jìn)步。

（二）領(lǐng)會(huì)物理學(xué)家思維沖突，激發(fā)學(xué)生問(wèn)題意識(shí)，提升認(rèn)知和實(shí)踐有效整合

學(xué)習(xí)始于問(wèn)題發(fā)現(xiàn)，科學(xué)的進(jìn)步是問(wèn)題解決的表現(xiàn)，這是現(xiàn)代教學(xué)理論普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中，從問(wèn)題入手往往能激起學(xué)生的求知欲，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，對(duì)提高學(xué)生的獨(dú)立思考、分析和解決問(wèn)題的能力起著重要的作用。人類對(duì)物理現(xiàn)象產(chǎn)生的疑問(wèn)往往起源于對(duì)物理現(xiàn)象的感知，對(duì)問(wèn)題的探究往往是有意識(shí)有目的的，而科學(xué)的思想和方法往往就在這個(gè)過(guò)程中得以產(chǎn)生，最后通過(guò)自己的實(shí)踐解決問(wèn)題。通過(guò)對(duì)問(wèn)題的研究獲得的知識(shí)，理解得更深，記得更牢。而在現(xiàn)實(shí)的教學(xué)過(guò)程中，教師可以通過(guò)問(wèn)題引發(fā)學(xué)生的思維沖突，并在自己的探究中和教師的引導(dǎo)下解決問(wèn)題，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)科學(xué)思想和方法的滲透，提高學(xué)生的理解力。

例如，學(xué)習(xí)完了“原子的核式結(jié)構(gòu)模型”后，我們可以提出這樣一個(gè)“問(wèn)題鏈條”：質(zhì)子是帶有正電荷，按常理原子核中的質(zhì)子應(yīng)該是相互排斥的，但是它們卻緊緊地結(jié)合在一起，造成這種現(xiàn)象的原因可能是什么？是不是由萬(wàn)有引力導(dǎo)致的？質(zhì)子間除了靜電力之外還有其它的力再起作用么？通過(guò)這樣一個(gè)環(huán)環(huán)相扣的“問(wèn)題鏈條”激活學(xué)生的求知欲和探索欲望，為學(xué)生理解相互作用力埋下伏筆。再比如，魯科版高中物理選修3-2中，很多新課的教學(xué)可以有意識(shí)進(jìn)行科學(xué)的思想和方法滲透，進(jìn)而提升學(xué)生的綜合能力。（見表1）

表1 魯科版高中物理選修3-2中意識(shí)滲透例舉

總之，通過(guò)解決問(wèn)題的過(guò)程進(jìn)行物理的思想和方法的滲透，引發(fā)學(xué)生的思考和反思，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建立和發(fā)展，從而促進(jìn)學(xué)生探究能力、解決實(shí)際問(wèn)題的能力、科學(xué)創(chuàng)新的能力和物理素養(yǎng)的養(yǎng)成。

二、高中物理科學(xué)思想和方法滲透的方法

（一）通過(guò)探究活動(dòng)，踐行科學(xué)思想和方法

知識(shí)的結(jié)構(gòu)化是當(dāng)代教學(xué)理論非常流行的觀點(diǎn)，即學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建立是一個(gè)持久學(xué)習(xí)的過(guò)程，不是一朝一夕就能建構(gòu)完全的東西，學(xué)生必須積極主動(dòng)地把原有的知識(shí)和現(xiàn)在所學(xué)的新知識(shí)進(jìn)行一個(gè)有效的組合和消化，最后達(dá)到順應(yīng)平衡的目的。這就要求教師教學(xué)的過(guò)程中，幫助學(xué)生建立起新舊知識(shí)聯(lián)系的橋梁，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行感悟和體驗(yàn)知識(shí)的連續(xù)性和結(jié)構(gòu)性，建立起新舊知識(shí)之間的實(shí)質(zhì)性聯(lián)系，從而促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建立和發(fā)展。

當(dāng)代教育活動(dòng)的中心任務(wù)就是通過(guò)掌握物理學(xué)家認(rèn)識(shí)世界、認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的思想和方法來(lái)提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。大量的實(shí)驗(yàn)證明，教師將新知識(shí)直接以講授法、以結(jié)論的形式傳授給學(xué)生，學(xué)生會(huì)認(rèn)為學(xué)習(xí)就是一個(gè)記憶的過(guò)程，喪失了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，對(duì)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建立沒(méi)有積極意義。而通過(guò)活動(dòng)探究的教學(xué)方式，教師可以積極主動(dòng)地教授學(xué)生們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題方法，滲透科學(xué)思想的方法教育。通過(guò)開放性的教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生分組探究使每個(gè)學(xué)生的參與度大大加強(qiáng)，讓每個(gè)學(xué)生感受到科學(xué)家探索科學(xué)知識(shí)的歷程，通過(guò)學(xué)生的實(shí)踐得出與科學(xué)家相同的結(jié)論。如此分析解決問(wèn)題，對(duì)科學(xué)的思想方法等能力的形成有十分重要的促進(jìn)作用，尤其是對(duì)物理概念和物理規(guī)律的學(xué)習(xí)有著十分重要的作用。

例如：探究建立理想變壓器模型的教學(xué)活動(dòng)中，教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究活動(dòng)的過(guò)程。如：如果變壓器中的鐵芯沒(méi)有閉合或者撤掉鐵芯，那么電磁感應(yīng)是否還會(huì)發(fā)生在原副線圈中？學(xué)生可以通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證得出的結(jié)論，這樣教師就會(huì)順勢(shì)提出：既然沒(méi)有鐵芯也會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)，那么為什么在變壓器中還要使用鐵芯呢？然后讓學(xué)生展開實(shí)驗(yàn)通過(guò)電燈泡光亮的明暗程度來(lái)得出結(jié)論，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到有了閉合鐵芯磁感線能大大減少磁感線的遺失。教師繼續(xù)引導(dǎo)：在實(shí)際工作中的變壓器，還有哪些因素導(dǎo)致電磁的損耗呢？指導(dǎo)學(xué)生用手觸摸工作后的變壓器和鐵芯然后得出：鐵芯在反復(fù)磁化時(shí)也會(huì)發(fā)熱，都要損失電能。最后讓學(xué)生歸納出無(wú)磁通量的漏失原副線圈沒(méi)有電阻鐵芯不發(fā)熱。這是在理想狀態(tài)下的變壓器，而這種理想化的研究方法是物理學(xué)中常用的一種研究方法，通過(guò)這種方法能得到許多物理模型。而通過(guò)這種方式，學(xué)生通過(guò)自己的親手實(shí)驗(yàn)建立起來(lái)的物理模型在日后的物理學(xué)習(xí)生活中會(huì)更加得心應(yīng)手。同時(shí)，通過(guò)教師的提問(wèn)學(xué)生也能體會(huì)到，在進(jìn)行實(shí)際探索和創(chuàng)新的過(guò)程中理想的研究方法是抓住事物的關(guān)鍵和重點(diǎn)。

（二）通過(guò)知識(shí)整合，滲透科學(xué)思想和方法

高中物理中蘊(yùn)含了許多科學(xué)思想方法，常見的有比較法、構(gòu)建物理模型法、控制變量法、等效替代法、數(shù)學(xué)推理法等，這些方法有助于提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。在“四層四翼”第三層科學(xué)素養(yǎng)中明確提出，教師在日程教學(xué)過(guò)程中，要有意識(shí)地向?qū)W生滲透科學(xué)思想方法，提高學(xué)生的綜合能力。具體教學(xué)主要考慮以下兩個(gè)方面：

一是在高中物理教學(xué)中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行滲透。就完整的課堂而言，主要包括課程導(dǎo)入、課堂教學(xué)、課堂小結(jié)等。以比較法為例，它是在課堂教學(xué)過(guò)程中常用的一種學(xué)習(xí)方法，它不僅能在同類事物中進(jìn)行比較，還能進(jìn)行比較不同種類事物的內(nèi)在聯(lián)系。大多數(shù)的物理問(wèn)題都是通過(guò)比較，建立理想化模型來(lái)認(rèn)知事物的本質(zhì)規(guī)律與內(nèi)在聯(lián)系。例如在學(xué)習(xí)牛頓第三定律時(shí)，通過(guò)比較作用力與反作用力的基本特征、做功特征、沖量特征等，提升學(xué)生分析問(wèn)題的能力。又如在學(xué)習(xí)電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)主要是以“場(chǎng)”的思想為基礎(chǔ)，但是場(chǎng)的概念過(guò)于抽象，學(xué)生不易理解，教師可以適時(shí)引入重力，通過(guò)分析重力場(chǎng)和電場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比，重力和電場(chǎng)力進(jìn)行比較，分析學(xué)生的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。這樣學(xué)生就能抓住事物的本質(zhì)，尋找事物之間的聯(lián)系。

二是在高中物理各種課型中進(jìn)行滲透。在高中物理教學(xué)中，常有新課教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、習(xí)題教學(xué)等課型。這些課型都可以進(jìn)行滲透物理思想方法，可以讓學(xué)生加深對(duì)物理知識(shí)、物理概念的理解，了解物理知識(shí)的由來(lái)，從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、探究物理現(xiàn)象的能力。以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，高一上學(xué)期在學(xué)習(xí)牛頓第一定律的新課中，就可以引入伽利略斜面實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生思考，如果一切斜面都是光滑的，一個(gè)光滑小球從斜面的某一高度靜止?jié)L下，由于阻力產(chǎn)生能量損耗，那么它必定到達(dá)另一斜面的同一高度，如果把斜面放平緩一些，也會(huì)出現(xiàn)同樣的情況，如果斜面變成水平面，則光滑小球找不到同樣的高度而會(huì)一直保持一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。這種獨(dú)特的方法就可以讓學(xué)生沿著科學(xué)家的思想之旅，通過(guò)理想化推理，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最后，在新高考的指導(dǎo)下教師對(duì)學(xué)生的物理學(xué)科的學(xué)習(xí)不是要枯燥無(wú)味地去增加學(xué)生的存量知識(shí)，教師主要的是要培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)的素養(yǎng)，讓學(xué)生切實(shí)感受到物理學(xué)就在身邊，掌握物理學(xué)思想和方法將會(huì)終身受用。