淺談物理科學(xué)方法顯性化教學(xué)的藝術(shù)

張?zhí)鹪? 袁海泉

[摘 要]隨著物理科學(xué)方法隱性化教學(xué)中存在的教學(xué)目標(biāo)不明確和教學(xué)效果不明顯等問題的日益突出，物理科學(xué)方法顯性化教學(xué)受到越來越多的關(guān)注，但是對物理科學(xué)方法顯性化教學(xué)的方法與技巧的討論不太豐富。文章將結(jié)合案例論述物理科學(xué)方法顯性化教學(xué)的藝術(shù)，以便物理科學(xué)方法顯性化教學(xué)在課堂教學(xué)中更好地落實。

[關(guān)鍵詞]物理科學(xué)方法；顯性化；教學(xué)；藝術(shù)

[中圖分類號] G633.7 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）29-0036-03

所謂物理科學(xué)方法就是運用現(xiàn)有的物理知識對物理進行深入的學(xué)習(xí)和研究，找到解決物理問題的基本思路和方法。簡單點說，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)用的各種方法和手段。

物理科學(xué)方法教學(xué)是指在物理教學(xué)過程中，結(jié)合物理知識有目的、有計劃地滲透和傳授物理科學(xué)方法，使學(xué)生受到科學(xué)方法的熏陶和訓(xùn)練，達到促進知識的學(xué)習(xí)、能力的培養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)的提高的目的。物理科學(xué)方法顯性化教學(xué)就是在進行物理科學(xué)方法教學(xué)時，明確指出這種物理科學(xué)方法的名稱，傳授與該方法相關(guān)的知識，揭示方法的內(nèi)涵，說明方法的使用條件。顯性化教學(xué)主張大張旗鼓地開展科學(xué)方法教學(xué)，它的形式是外顯化的，強調(diào)的是傳授和訓(xùn)練。顯性化教學(xué)方式下物理科學(xué)方法的教學(xué)目標(biāo)更明確，教學(xué)要求更高。具體的物理科學(xué)方法顯性化教學(xué)可以從以下幾方面著手。

一、介紹物理學(xué)史，點出物理科學(xué)方法

在物理課堂教學(xué)中樹立歷史的觀點是物理教學(xué)對物理教育工作者的要求。開發(fā)和利用蘊含在科學(xué)研究過程中的物理科學(xué)方法，展示科學(xué)家的思維過程，能使學(xué)生更全面系統(tǒng)地體會物理科學(xué)方法。關(guān)鍵就是教師在教學(xué)時向?qū)W生介紹相關(guān)的物理學(xué)史，點出物理學(xué)史中所涉及的科學(xué)方法，并向?qū)W生解釋該科學(xué)方法。

比如在“牛頓第一定律”這一節(jié)教學(xué)中，教師首先介紹伽利略理想實驗的物理學(xué)史：伽利略讓一個小球沿斜面從靜止?fàn)顟B(tài)向下運動，小球?qū)_上另一個斜面，如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨?；減小第二個斜面的傾角，小球在這個斜面上仍將到達同樣的高度，但這時它將運動得遠些；繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，小球仍將到達同樣的高度并且運動得更遠。若將第二個斜面變成平面，小球?qū)⒁恢边\動下去。再介紹什么是理想實驗法：在實驗基礎(chǔ)上經(jīng)過概括、抽象、推理得出規(guī)律，但得出的規(guī)律卻又不能用實驗直接驗證的方法叫理想實驗法。接著再演示實驗。

通過介紹物理學(xué)史，學(xué)習(xí)物理科學(xué)方法，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生的印象。但是在這一過程中教師要有意識地營造有利于對學(xué)生進行物理科學(xué)方法教育的環(huán)境和氛圍，只有這樣，學(xué)生才會對所教科學(xué)方法有深刻的印象，并能逐步體會和掌握。

二、運用異中求同，復(fù)習(xí)物理科學(xué)方法

物理科學(xué)方法具有高度的抽象性，學(xué)生需要經(jīng)過長期的、多次的、多角度的學(xué)習(xí)才能夠真正掌握。在大量的、表面上看起來毫無聯(lián)系的物理問題中，往往可以找到解決這些問題所用到的相同的科學(xué)方法。在課堂教學(xué)中，物理科學(xué)方法的教學(xué)就可以從表面上看起來毫無聯(lián)系的物理問題的解決中發(fā)現(xiàn)相同的物理科學(xué)方法。這種教學(xué)方式就是異中求同。

在進行功率概念教學(xué)時，教師問：（1）小明的教室在五樓，通常他上樓需兩分鐘，有一次他跑步上樓只花了一分鐘。這兩種情況下，哪種上樓方式做功快？（2）人挖土和挖土機挖土，哪種方式做功快？（3）怎么樣比較做功快慢？

生：相同功比時間，相同時間比功。

教師繼續(xù)提問：功和時間都不同的話怎么比？我們曾經(jīng)學(xué)過類似的比較快慢的方法，請大家回憶一下。

學(xué)生回憶：學(xué)習(xí)速度時，路程相同比時間，時間相同比路程，路程時間都不同時，比較路程與時間的比值（速度）。

師：用的是什么方法？

生：比值定義法。

師：很好，我們曾用單位時間內(nèi)通過的路程來表示物體運動的快慢，與此類似，我們也可以用單位時間內(nèi)做的功來表示做功的快慢。這種方法叫作比值定義法。物理學(xué)中，功與做功時間的比值叫功率。

此方法的優(yōu)點是運用已學(xué)物理科學(xué)方法學(xué)習(xí)新的內(nèi)容，加深學(xué)生的印象，更有利于學(xué)生對物理科學(xué)方法的掌握。學(xué)生在學(xué)習(xí)了這種科學(xué)方法之后，在以后的學(xué)習(xí)當(dāng)中，遇到難的知識點，就會自己聯(lián)系前面學(xué)過的簡單知識點。在物理上很多方法都會一直用到，從最簡單的控制變量法，到之后的比值定義法，學(xué)生在學(xué)會這種方法之后會受益良多。異中求同這種教學(xué)方式可以讓學(xué)生領(lǐng)略物理科學(xué)方法的抽象性、靈活性，經(jīng)過多次的、多角度的科學(xué)方法教育，提升學(xué)生對科學(xué)方法的理解。

三、通過問題誘導(dǎo)，引出物理科學(xué)方法

問題誘導(dǎo)就是指在物理課堂教學(xué)這樣一個特定的、有目的的教學(xué)過程中，教師為了達到一定的教學(xué)目標(biāo)、完成教學(xué)任務(wù)，圍繞某個問題或問題連續(xù)體進行物理課堂教學(xué)，使學(xué)生在具體的物理問題情境中、在教師的引導(dǎo)幫助下主動地思考、探究，通過學(xué)生親自參與的探究，最終解決問題，實現(xiàn)科學(xué)方法的教學(xué)。教師在進行物理科學(xué)方法教學(xué)時，要讓問題誘導(dǎo)學(xué)生進入物理情境、回憶相關(guān)經(jīng)驗、展開思維活動、尋找科學(xué)方法并尋求對問題的解釋，緊緊圍繞問題這個核心展開教學(xué)。

在“質(zhì)點”概念的教學(xué)中，利用問題誘導(dǎo)方式進行的教學(xué)過程如下。

師：北京到南京距離約為1200km，一列長為400m的火車在兩地之間運行。若要在10個小時的時間內(nèi)完成整個運行過程，則火車運動的平均速度至少是多少？

生：平均速度至少為120km/h。

師：你們是怎么算的？

生：路程除以時間。

師：路程是多少？

生：1200km。

師：那么火車的長度400m為什么不算在路程里呢？

生：北京到南京的距離為1200km，而火車自身的長度才400m，這400m對整個運行的距離和時間影響很小，可以忽略不計。

師：如果同樣還是這列火車，我站在火車旁不動，測量出火車經(jīng)過我的身旁用了3分鐘。問火車在這段時間內(nèi)的平均速度為多少？

生：這段時間內(nèi)的平均速度約為2.2m/s。

師：這次能不能忽略火車的長度呢？

生：不能。若忽略了火車的長度，這個問題就沒有辦法解決了，就沒意義了。它主要是考慮到火車的長度，才能用這種方法測量火車的速度。

師：很好。你們能用天體運動的知識來說說什么是一年？什么是一天嗎？

生：地球繞著太陽公轉(zhuǎn)一圈的時間是一年，地球自轉(zhuǎn)一圈的時間是一天。

師：在我們考慮地球繞太陽公轉(zhuǎn)問題的時候，我們考慮地球自轉(zhuǎn)的影響了嗎？

生：沒有考慮。這個時候我們可以把地球當(dāng)作一個點在繞著太陽運動。

師：那么我們在考慮一天時間的長短的時候，主要考慮的是什么？

生：主要考慮的是地球的自轉(zhuǎn)。

師：這個時候能不能還把地球當(dāng)作一個點來處理呢？

生：不能。

師：好。那么，我們能不能從這兩個實例總結(jié)一下什么時候我們能夠忽略一些因素，把物體當(dāng)作一個點，我們的依據(jù)是什么？

生：如果一些因素對問題的計算影響不大，就能忽略。反之，則不能忽略。能不能把一個物體當(dāng)作點主要取決于要解決的問題。

師：對。當(dāng)一些因素對我們所研究的科學(xué)問題來說是次要因素時，可忽略不計。只考慮主要因素的影響，而忽略次要因素的影響，這種科學(xué)方法就叫作理想化的方法。它是我們在研究復(fù)雜的世界時常用的一種物理科學(xué)方法。這種方法忽略次要因素、突出主要因素，可以把我們的問題簡化，便于抓住本質(zhì)、解決問題。對物體來說，如果物體的形狀、大小或體積對我們所研究的問題是次要因素，在忽略了物體的形狀、大小和體積之后，可以只把物體看作有質(zhì)量的一個點，這樣的理想模型就叫作質(zhì)點。

問題對學(xué)生的思維活動和實際活動起著重要的導(dǎo)向作用，會引導(dǎo)學(xué)生的思維活動過程，為學(xué)生的思維加工提供明確而具體的方向。問題也能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生思考和探索的動機。而且解決任何問題，都是在已有的知識經(jīng)驗基礎(chǔ)上進行的，通過問題誘導(dǎo)策略，恰能有效引發(fā)學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容的反思，喚起原有的知識經(jīng)驗。

四、參與過程體驗，學(xué)習(xí)物理科學(xué)方法

過程體驗就是指要讓學(xué)生親身經(jīng)歷解決問題的過程，并且在此過程中聯(lián)系已有的知識經(jīng)驗，形成自己對遇到的新問題的解決思路、要采取的科學(xué)方法等認知，并通過問題的解決，順利實現(xiàn)帶有個人體驗的科學(xué)方法和新知識的意義建構(gòu)學(xué)習(xí)。

在探究影響摩擦力大小的因素中，可利用過程體驗處理教學(xué)過程。

教師先讓學(xué)生做個小活動：手按在書本封面上摩擦，手在桌面上摩擦，再用點力使手在桌面上摩擦，讓學(xué)生根據(jù)自己的感受猜想影響摩擦力大小的因素，一般學(xué)生會猜想跟接觸面大小和接觸面粗糙程度都有關(guān)系，然后教師問“如果摩擦力大小跟這兩個因素都有關(guān)系，怎么研究？”學(xué)生回想之前學(xué)過的知識，答出“用控制變量法進行實驗”。教師再講解一遍控制變量法的定義：它就是在研究多個物理量之間的關(guān)系時，先研究其中兩個量的關(guān)系，保持其余量不變，再改變研究的兩個物理量，并保證其余的量不變，最后將研究的結(jié)果綜合在一起，從而得出多個量之間的關(guān)系。然后讓學(xué)生自己設(shè)計實驗運用控制變量法探究。

此設(shè)計的優(yōu)點就是全程讓學(xué)生參與思考，動手實驗，得出結(jié)論，這樣的設(shè)計有利于學(xué)生掌握物理科學(xué)方法，而且也體現(xiàn)了學(xué)生的主觀能動性，確保了學(xué)生的主體地位。物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，學(xué)生參與過程就是參與實驗。比起直接給出實驗結(jié)論，讓學(xué)生跟著教師得出的結(jié)論，這樣學(xué)生的記憶會更加深刻。同時還可以鍛煉學(xué)生的動手能力和思考能力。

五、通過歸納總結(jié)，明確物理科學(xué)方法

這種方法就是教師先進行教學(xué)，教學(xué)后歸納所用到的物理科學(xué)方法。歸納總結(jié)分兩種情況，第一種是教師歸納總結(jié)，第二種是教師引導(dǎo)學(xué)生進行歸納總結(jié)。在此，以教師歸納總結(jié)為例進行教學(xué)設(shè)計。

在牛頓第二定律的教學(xué)中，學(xué)生第一次接觸比例系數(shù)法。在上一節(jié)課的教學(xué)中，教師運用多媒體播放了演示實驗，根據(jù)圖像關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)a、m與F可能存在的關(guān)系，學(xué)生得出a∝F/m的結(jié)論。所以在進行這節(jié)課的教學(xué)時，教師首先帶著學(xué)生回憶上節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容，然后引導(dǎo)學(xué)生通過正比例關(guān)系式y(tǒng)=kx，則得出F=kma的關(guān)系。接著對牛頓第二定律F=kma進行講解（強調(diào)F為物體所受的合外力、a為研究對象因F作用而產(chǎn)生的加速度、m為研究系統(tǒng)的總質(zhì)量）。通過討論對比可以知道，k是一個比例系數(shù)，國際上k=1，那么為什么呢？接下來向?qū)W生講解k=1的原因（習(xí)慣上所有的物理量都取國際單位，即質(zhì)量m的國際單位是kg，加速度a的單位是m/s2，但是當(dāng)時力F的概念還沒有被提出，所以人們就規(guī)定了，什么是力呢？我們認為使質(zhì)量為1kg的物體由靜止?fàn)顟B(tài)到獲得1m/s2的加速度所需要的勁兒就是大小為1kg·m/s2的力，這個國際單位就是牛頓（N）。由于k是一個比例系數(shù)，并沒有實際意義，在上式中就可以使k=1，上式就簡化為F=ma）。最后教師總結(jié)，得出公式F=kma的方法叫比例系數(shù)法。

總結(jié)歸納也是科學(xué)教學(xué)必不可少的一個環(huán)節(jié)，畢竟一節(jié)課有45分鐘，所有的學(xué)生都不能保證在這段時間內(nèi)都能集中注意力，那么勢必會遺漏一些。對于這個問題，總結(jié)歸納就是一個很好的方法，最后的總結(jié)，教師會提出本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，重點是什么，這樣對于每一位學(xué)生都是一個很好的幫助，這就是它的優(yōu)點所在。

在中學(xué)物理教學(xué)中，物理科學(xué)方法的顯性化教學(xué)很有必要。但是教師要注意不能單純地只講科學(xué)方法，而要將物理知識教學(xué)與物理科學(xué)方法教學(xué)有機結(jié)合，要有意識地讓學(xué)生掌握科學(xué)研究的基本方法，將其內(nèi)化為學(xué)生自己的思維方式，促進學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 張憲魁.物理科學(xué)方法教育[M].青島：中國海洋大學(xué)出版社，2000.

[2] 李正福，李春密，刑紅軍.從隱性到顯性：物理科學(xué)方法教育方式的重要變革[J].課程·教材·教法，2010（12）：71-74.

[3] 李莉.高中物理課堂中滲透科學(xué)方法教學(xué)的研究與實踐[D].蘭州：西北師范大學(xué)，2007.

[4] 侯愛琴. 高中物理科學(xué)方法顯性教育的實踐研究：以高中物理力學(xué)部分為例[J].物理教師，2014（8）：8-11.

（責(zé)任編輯 易志毅）