注重科學(xué)方法教育，提升物理思維品質(zhì)

廖國(guó)勛

摘 要：學(xué)生能力的高低取決于其掌握知識(shí)的多少和運(yùn)用的程度。高中物理教師的教學(xué)目的不僅是幫助學(xué)生理解與掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，更為重要的是讓學(xué)生對(duì)科學(xué)方法有深刻的感悟與體會(huì)，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，提升學(xué)生的物理思維品質(zhì)。文章結(jié)合教學(xué)實(shí)例，探究總結(jié)科學(xué)方法的策略，希冀為廣大的高中物理教師提供參考。

關(guān)鍵詞：高中物理;科學(xué)方法;優(yōu)化策略;思維品質(zhì)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 收稿日期：2019-09-05 文章編號(hào)：1674-120X（2020）06-0086-02

一、引言

物理一科的科學(xué)方法往往隱藏在物理探究過(guò)程中，但是大多數(shù)學(xué)生并未積極主動(dòng)地去對(duì)有關(guān)的科學(xué)方法進(jìn)行深度的探索與總結(jié)歸納，這導(dǎo)致物理學(xué)習(xí)水平不能得到實(shí)質(zhì)性的提升。基于此，教師在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中要善于將教材中隱含的科學(xué)方法進(jìn)行放大化處理，這樣不僅能夠讓學(xué)生有針對(duì)性地對(duì)科學(xué)方法展開(kāi)學(xué)習(xí)和探究，也有助于培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成好習(xí)慣，提升物理思維品質(zhì)。

二、放大化處理教材中的科學(xué)方法

教材是學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的重要工具，其中包括許多科學(xué)方法。放大化處理主要是指教師為學(xué)生指出科學(xué)方法的名稱(chēng)，讓學(xué)生明確有關(guān)操作的重要性。物理研究的每一項(xiàng)內(nèi)容都有與之對(duì)應(yīng)的科學(xué)方法，但是教師不必將全部?jī)?nèi)容進(jìn)行放大化處理，而是要幫助學(xué)生掌握總結(jié)的方法，激發(fā)其自主意識(shí)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)和探究時(shí)可以清楚地意識(shí)到其中所隱藏的研究方法與思想。

例如，為了讓學(xué)生感受到微小形變，高中物理教材上展示了如圖所示的實(shí)驗(yàn)，但是學(xué)生不清楚該實(shí)驗(yàn)所包含的科學(xué)方法，所以教師不妨開(kāi)展下述教學(xué)：

首先，提出如下幾個(gè)問(wèn)題：①形變的發(fā)生會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？②形變發(fā)生時(shí)，光路會(huì)如何變化？③該實(shí)驗(yàn)包含了哪些科學(xué)方法？然后，教師和學(xué)生共同探討分析上述三個(gè)問(wèn)題，進(jìn)而學(xué)生會(huì)清楚地認(rèn)識(shí)到放大法在物理實(shí)驗(yàn)中的妙用。其次，由于學(xué)生在高中階段第一次接觸該實(shí)驗(yàn)所涉及的放大法，因此教師有必要進(jìn)行放大化處理。例如，教師可以借助多媒體向?qū)W生展示按壓玻璃瓶后放大的形變圖，或者播放卡文迪許的扭秤實(shí)驗(yàn)的視頻等，以此讓學(xué)生對(duì)放大法有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣。

三、從科學(xué)史中尋找科學(xué)方法的教學(xué)切入點(diǎn)

物理研究具有悠久的歷史，眾多的科學(xué)家不懼實(shí)驗(yàn)條件的艱苦，運(yùn)用自身的才能，采用多種多樣的科學(xué)方法開(kāi)展科學(xué)分析和研究，最終使得研究有所進(jìn)展和突破，推動(dòng)了科學(xué)的進(jìn)步。因此，學(xué)生理應(yīng)學(xué)習(xí)和研究其中所對(duì)應(yīng)的科學(xué)方法。

例如，伽利略采用多樣化的科學(xué)研究方法來(lái)研究自由落體運(yùn)動(dòng)。因此，教師在教學(xué)“自由落體運(yùn)動(dòng)”這章時(shí)，先可以讓學(xué)生閱讀相關(guān)的小故事：由于伽利略時(shí)期的計(jì)時(shí)工具不夠先進(jìn)，科學(xué)家不能準(zhǔn)確地測(cè)量出速度。但伽利略從數(shù)學(xué)研究入手，提出假如從靜止出發(fā)的物體的速度與時(shí)間成正比，那么對(duì)應(yīng)的位移與對(duì)應(yīng)時(shí)間的平方成正比，所以只要測(cè)出對(duì)應(yīng)時(shí)間的位移就能推測(cè)出速度與時(shí)間是否成正比。一般的自由落體運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間短暫，用當(dāng)時(shí)的技術(shù)手段難以測(cè)量，這是伽利略面對(duì)的難題。為了解決這個(gè)困難，他將實(shí)驗(yàn)在斜面上展開(kāi)，借此降低重力的影響，延長(zhǎng)小球在斜面上的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。當(dāng)驗(yàn)證出斜面上的確存在物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與速度成正比的關(guān)系時(shí)，伽利略不斷改變斜面的傾斜度，從而發(fā)現(xiàn)盡管斜面的傾斜度不同，但是物體都是在做勻速直線運(yùn)動(dòng)。最后他經(jīng)過(guò)合理的推測(cè)，得出當(dāng)傾角為90°時(shí)依然符合上述結(jié)論，以此說(shuō)明自由落體運(yùn)動(dòng)也是勻變速直線運(yùn)動(dòng)。學(xué)生閱讀完這個(gè)小故事之后，教師可以要求學(xué)生討論并思考伽利略的研究過(guò)程涉及哪些科學(xué)方法。然后，學(xué)生最終明確：伽利略采用了科學(xué)實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)演繹相結(jié)合的科學(xué)方法。

如果物理知識(shí)點(diǎn)涉及有關(guān)物理史的知識(shí)，那么教師不僅要幫助學(xué)生厘清相關(guān)知識(shí)的發(fā)展進(jìn)程，而且要讓學(xué)生從中體驗(yàn)到科學(xué)家做實(shí)驗(yàn)時(shí)所用的科學(xué)方法。只有從歷史中找到科學(xué)方法的教育切入點(diǎn)，物理史的真正價(jià)值和意義才能有所體現(xiàn)。除此之外，物理史是教師給學(xué)生分享科學(xué)方法的重要依據(jù)，所以教師要善于借古說(shuō)今，讓學(xué)生了解科學(xué)方法背后的歷史背景，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生對(duì)相關(guān)科學(xué)方法的探究熱情。

四、在規(guī)律探究的過(guò)程中認(rèn)識(shí)科學(xué)方法

科學(xué)方法的教學(xué)并非是枯燥無(wú)聊的說(shuō)教，在實(shí)際的高中教學(xué)當(dāng)中，教師要清楚地意識(shí)到物理規(guī)律與概念背后隱藏著許多科學(xué)研究方法。如果學(xué)生的科學(xué)探究只限于某些物理結(jié)論，那么課堂教學(xué)質(zhì)量就不能得到有效的提升。作為一名合格的高中物理教師，我們理應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的全局意識(shí)，讓學(xué)生從全局的高度思考和分析整個(gè)物理研究，體會(huì)探究過(guò)程中所包含的科學(xué)方法，而不只是片面地追求結(jié)果。

例如，教師在引導(dǎo)學(xué)生探究有關(guān)電磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念時(shí)，先應(yīng)對(duì)磁場(chǎng)的性質(zhì)進(jìn)行探究。磁場(chǎng)是學(xué)生“看不見(jiàn)摸不著”的東西，因此，如何引導(dǎo)學(xué)生對(duì)電磁感應(yīng)的概念進(jìn)行探索是教學(xué)的難點(diǎn)。筆者認(rèn)為，教師可以讓學(xué)生回顧已學(xué)的與電場(chǎng)相關(guān)的知識(shí)，并進(jìn)行類(lèi)比學(xué)習(xí)，即根據(jù)電場(chǎng)定義與研究電場(chǎng)強(qiáng)度的方法來(lái)對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度展開(kāi)研究與探索。此外，教師應(yīng)讓學(xué)生知道電場(chǎng)強(qiáng)弱與點(diǎn)電荷在電場(chǎng)的受力規(guī)律有關(guān)，以此來(lái)類(lèi)比探索電場(chǎng)強(qiáng)度的方法。

磁場(chǎng)研究主要從以下兩個(gè)方面入手：其一，利用小磁針的受力方向確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向;其二，探求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與通電導(dǎo)線的受力大小的關(guān)系。教師在引導(dǎo)學(xué)生對(duì)通電導(dǎo)線的受力大小展開(kāi)探索時(shí)，可以讓學(xué)生推測(cè)導(dǎo)線的長(zhǎng)短、電流的大小和磁場(chǎng)強(qiáng)度可能會(huì)對(duì)通電導(dǎo)線的受力大小所造成的影響。接下來(lái)，教師借助物理教材中的實(shí)驗(yàn)裝置指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行更深層次的分析，以此讓學(xué)生領(lǐng)悟到控制變量法的妙用，進(jìn)而潛移默化地提升學(xué)生對(duì)研究過(guò)程中所涉及的科學(xué)方法的敏銳感知力。

五、在專(zhuān)題教學(xué)中滲透科學(xué)方法

當(dāng)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)有較為深層次的掌握，并對(duì)眾多的科學(xué)方法有適當(dāng)?shù)姆e累與了解時(shí)，物理教師不妨將科學(xué)方法貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程，讓學(xué)生將學(xué)習(xí)科學(xué)方法視為重要的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并引導(dǎo)學(xué)生使用整合、聯(lián)想等方法積極主動(dòng)地進(jìn)行研究，鼓勵(lì)學(xué)生自主完成研究梳理過(guò)程，從而使學(xué)生對(duì)相關(guān)的物理知識(shí)有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，促使學(xué)生對(duì)科學(xué)方法有深層次的掌握，以此讓學(xué)生深刻地體會(huì)到科學(xué)方法和思想對(duì)物理學(xué)習(xí)的積極影響。

例如，“比值定義法”是高中物理概念常見(jiàn)的定義方法之一，如電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、質(zhì)量、電容以及電阻等概念都涉及上述定義方式。因此，教師可以將“比值定義法”設(shè)置為專(zhuān)題教學(xué)，安排和組織學(xué)生對(duì)其展開(kāi)研究與分析，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)有關(guān)知識(shí)的深層含義進(jìn)行探索，進(jìn)而在此基礎(chǔ)之上聯(lián)想與思考相關(guān)科學(xué)方法的內(nèi)涵。

教師先要為學(xué)生解釋“比值定義法”：“事實(shí)上，比值定義法是以某一特定的物理現(xiàn)象為出發(fā)點(diǎn)，并對(duì)其中所囊括的物理量展開(kāi)細(xì)致和具體的處理，繼而從定量的方面對(duì)特定的物理規(guī)律展開(kāi)探索和分析。”接下來(lái)，教師要讓學(xué)生舉出用比值定義法定義概念的例子，于是學(xué)生就會(huì)想到：速度由位移與對(duì)應(yīng)時(shí)間的比值來(lái)定義，但其并不代表速度與時(shí)間成反比，與位移成正比。最后，教師將全班分為若干個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，讓學(xué)生以小組為單位談?wù)撌褂谩氨戎刀x法”的益處。

在上述的教學(xué)案例中，教師組織學(xué)生針對(duì)“比值定義法”進(jìn)行專(zhuān)題學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生對(duì)該方法的本質(zhì)產(chǎn)生明確的認(rèn)知，同時(shí)讓學(xué)生對(duì)涉及的概念有更深刻的理解。

六、通過(guò)習(xí)題訓(xùn)練科學(xué)方法

科學(xué)方法的教學(xué)最主要的目的在于切實(shí)提升學(xué)生分析與解決物理問(wèn)題的能力。大量的實(shí)踐和研究數(shù)據(jù)表明，無(wú)論教師的講課如何生動(dòng)精辟，都只能提高學(xué)生理解知識(shí)的能力，無(wú)法有效提升其運(yùn)用知識(shí)的水平。學(xué)生只有經(jīng)過(guò)反復(fù)的練題和不斷的解決新問(wèn)題，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)物理知識(shí)的靈活應(yīng)用。基于此，物理教師要強(qiáng)化學(xué)生的習(xí)題練習(xí)，指導(dǎo)學(xué)生采用科學(xué)方法處理物理問(wèn)題，讓學(xué)生的知識(shí)得到實(shí)際運(yùn)用，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)生的物理思維品質(zhì)。

例如，教師設(shè)計(jì)一道這樣的題：水平地面上固定有一個(gè)半徑為r的光滑豎直圓軌道，其與水平地面相切，現(xiàn)在有人將小球從距離桌面為h的高處?kù)o止釋放，求小球到達(dá)軌道地段所需的時(shí)間。教師留給學(xué)生三分鐘的時(shí)間思考解決上述問(wèn)題所涉及的科學(xué)方法，學(xué)生回答：“這道題要采用類(lèi)比法，即與單擺相類(lèi)比，運(yùn)用單擺的有關(guān)知識(shí)解題?！弊罱K大部分學(xué)生都根據(jù)此方法得出正確答案。在此過(guò)程中，學(xué)生也切實(shí)體會(huì)到科學(xué)方法對(duì)解決問(wèn)題的重要性。

又如，這樣一道題：水平地面放有斜面A，斜面A上放有物體B，當(dāng)水平作用力F作用于物體B時(shí)，兩者仍處于靜止?fàn)顟B(tài)。A與地面的靜摩擦力為f1，B受到A的摩擦力為f2，現(xiàn)逐漸增大F，但A、B仍保持靜止，請(qǐng)問(wèn)此過(guò)程中f1、f2如何變化？學(xué)生通過(guò)分析得出求f1、f2的變化情況分別要采用整體思維法和局部思維法。

通過(guò)習(xí)題訓(xùn)練科學(xué)方法最主要的目的是優(yōu)化和發(fā)散學(xué)生的思維，增強(qiáng)學(xué)生解決物理問(wèn)題的能力。教師要從科學(xué)方法論的角度出發(fā)，精心挑選習(xí)題，總結(jié)歸納典型例題，對(duì)學(xué)生的物理思維進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)練習(xí)。除此之外，對(duì)學(xué)生而言較為陌生的科學(xué)方法，教師可以在讓學(xué)生解答習(xí)題之前進(jìn)行點(diǎn)撥，進(jìn)而讓學(xué)生逐步熟悉各種科學(xué)方法。

七、結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際的教學(xué)當(dāng)中，教師要有意識(shí)、有目的地對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法教育，這是提升學(xué)生物理學(xué)習(xí)能力和核心素養(yǎng)的重要途徑。高中物理教師要通過(guò)適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)途徑讓學(xué)生積極投入科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，讓其充分領(lǐng)悟科學(xué)方法的基本操作步驟和要求。因此，教師要努力為學(xué)生創(chuàng)造出適當(dāng)?shù)那榫常寣W(xué)生在情境中體會(huì)物理知識(shí)和概念的形成過(guò)程，以此讓學(xué)生的思維符合科學(xué)探究的形式，同時(shí)使學(xué)生的物理學(xué)習(xí)水平得到提升。

參考文獻(xiàn)：

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