挖掘教材 關注科學方法教育

雷行亮

物理是一門綜合性很強的學科,能考察一個人的數(shù)理邏輯能力和計算能力,同時,還包含著記憶能力。大學理工科的許多專業(yè)課,都需要物理知識做基礎,沒有扎實的物理基礎,會造成大學后續(xù)學習的困難。但學生對物理實在沒有信心。物理概念會記,物理規(guī)律會背,聽著全懂,做起來嘆氣,老師講一道,學生只會一題。知識無法形成整體框架,內容全是零散的、局部的,導致學生認為物理難。其實歸根結底,是因為學生沒有掌握物理中的科學方法。

在物理教學過程中,有目的、有意識、有步驟的滲透和傳授物理科學方法,把各種科學方法的名稱、內容、特點和操作過程在物理教學過程中逐步傳授給學生,讓學生體驗物理概念、物理規(guī)律得出的過程,使學生掌握并能夠在今后的物理學習和研究過程中靈活地運用這些方法,使學生在逐步掌握科學方法的同時提高科學素養(yǎng)。

物理教材對科學方法的處理比較隱性,更注重科學方法的潛移默化的感受。因此教師必須做到:研讀教材,并挖掘出其中的科學方法,并進行設計教學。其原則是:在知識點的建立、引申和擴展中,各知識點之間的連結處,一定存在物理科學方法因素。

以人教版初中物理光學部分為例:

一、歸納法

歸納法是一種由個別到一般的研究方法。它通過許多個別的事例,然后歸納出它們所共有的特性,從而得出一個一般性的結論。

1.光源的定義 課本上通過列舉生活中的各類現(xiàn)象:“宇宙中的恒星都能夠發(fā)光”、“許多動物也可以發(fā)光”、“螢火蟲在發(fā)光”、“水母、燈籠魚、斧頭魚等發(fā)出的光”,抽出這些現(xiàn)象共同的特征:“會發(fā)光”,最后進行總結歸納,把這個共同的特征上升到一般性的定義:“所有這些能夠發(fā)光的物體都叫做光源”。

2.光的直線傳播規(guī)律的得出 課本上先通過案例“看到透過樹叢的光束是直的”、“從汽車前燈射出的光束是直的”、“電影放映機射向銀幕的光束也是直的”,歸納總結得出“光在空氣中是沿直線傳播的”。

接著提出猜想:“光在空氣中沿直線傳播,那么在液體中是不是也沿直線傳播呢?”然后設計實驗來探究猜想,此時需要研究問題,就面臨采取方法,課本此時采取的科學方法便是“實驗法”,再探究在固體中的情況,最后歸納出“實驗表明,光在水、玻璃中也是沿直線傳播的?！边M而得出“光在同種均勻介質中沿直線傳播”。

教材中在結論處特別寫明“實驗表明”四個字,這里一定要向學生強調,這里的“實驗”二字強調了“大量實驗”,因為只有大量實驗的基礎上,才能得出普遍性規(guī)律。

教材此處編寫的意圖,也有引導學生觀察生活中的現(xiàn)象,并大膽進行遷移、猜想,還可以設計實驗進行探究。長期堅持這樣的教學,會培養(yǎng)出有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的學生。

光學部分規(guī)律的得出,基本都是應用歸納法,如后面的光的反射定律也是在多次實驗的基礎上,多次觀察入射光線和反射光線的位置關系,多次比較入射角和反射角的大小關系歸納而得到的,還有光的折射定律等等。

二、分類法

分類法是根據(jù)研究對象的共同點和差異點,將對象區(qū)分為不同各類的邏輯方法。

1.光源的分類 課本中列舉了許多光源,教師在教學時,可以依據(jù)光能的來源,將光源分成熱光源和冷光源,也可以將光源分成人造光源和自然光源。

2.透鏡的分類 透鏡中,課本引導學生觀察生活中的眼鏡,“發(fā)現(xiàn)鏡片的中間和邊緣的厚薄不一樣。”,從而將透鏡進行分類:“中間厚、邊緣薄”的一類叫做凸透鏡,“中間薄、邊緣厚”的一類叫做凹透鏡。

三、理想模型法

理想模型法,是指在原型(物理實體、物理系統(tǒng)、物理過程)的基礎上,經(jīng)過科學抽象而建立起來的一種研究客體。它忽略了原型中的次要因素,集中突出了原型中起主導作用的因素,摒棄了次要矛盾,突出了主要矛盾。所以理想模型是原型的簡化和純化,是原型的近似反映。

1.光線——實體理想模型 在光學中,存在著許多光路圖,因此課本在第一節(jié)就需要定義出“光線”的定義:“為了表示光的傳播情況,我們通常用一條帶有箭頭的直線表示光傳播的徑跡和方向。這樣的直線叫做光線?！?/p>

2.光的折射——過程理想模型 在光的折射教學時,課本首先提出“光從一種介質進入另一種介質,例如光從空氣進入水或玻璃時,情況會怎樣呢?然后展示了圖1,此圖很明顯地看出同時發(fā)生了光的反射和光的折射兩種現(xiàn)象。但由于光的反射不是我們要研究的主要問題,因此,課本對光的反射進行了忽略,引導學生建立了圖2模型。

四、為定義法

在經(jīng)驗事實或觀察實驗的基礎上,由人們根據(jù)研究問題的需要確定概念的方法。

如:法線、入射角、反射角的定義

在光學部分,光路中存在許多要素,為了方便大家之間的溝通與交流,需要對一些名稱做出定義,因此需要先定義出入射光線、反射光線、法線、入射角、反射角等。當然定義的時候,要滿足需要、符合實驗的前提下,還要盡量簡單、并照顧人們的習慣。

透鏡中焦點和焦距的定義等等也都是人為定義法的應用。

五、微分法

微分法是把事物分割為許多細小的部分的方法。在高中物理中也是很常用的一種方法。

如:漫反射的教學

“看上去很平的白紙,如果在顯微鏡下觀察,可以看出實際是凹凸不平的”,這里就應用了微分法。然后再應用原來學過的反射定律,得出入射的平行光被凹凸不平的表面反射向四面八方。

六、圖像法

圖像法是利用圖象這種特殊且形象的數(shù)學語言工具,來表達各種現(xiàn)象的過程和規(guī)律的科學方法。

1.小孔成像 在光的直線傳播教學時,小孔成像是其一大應用,但如果用文字來說明為什么小孔成的像是倒立的?為什么可能變大,也可能變小?就相當麻煩了,而且總也感覺說不清楚。因此課本在定義了光線后,安排了一個“想想做做”實驗,并引導學生“從燭焰的不同位置發(fā)出的光穿過小孔后是怎樣傳播的?試著在圖中畫一畫,也許能幫助你解釋為什么能成這樣的像?！庇辛斯饴穲D,解釋就簡單、方便多了。

2.漫反射 漫反射教學時,學生經(jīng)常與鏡面反射相對比,然后認為鏡面反射遵循光的反射定律,而漫反射不遵循光的反射定律。此時,教材中重點是引導學生畫光路圖,先畫平行光射到光滑的鏡面上,還是平行反射,接下來,再將平行光入射到凹凸不平的表面上,依照光的反射定律,讓學生畫出反射光線,從而認識到漫反射的根本原因在于反射面的凹凸不平,而不是不遵循光的反射定律。

總之,在教材中,許多地方都在展示物理科學方法,如課本“光的傳播速度”部分,“我們總是先看到閃電,后聽見雷聲?！逼渲械摹翱偸恰本褪菤w納法的應用;“光比聲音傳播得快?！本褪潜容^法的應用;“在通常情況下,真空中的光速可以近似取為”其中的“近似”就是近似法的應用。

隱藏在教材中的物理科學方法,需要教師去挖掘出來與學生分享,讓學生去體會其中的巧妙,感悟其方法的應用,掌握并能夠在今后的學習和研究過程中靈活地運用這些方法,讓學生在形成知識的過程中經(jīng)歷探究過程,體驗科學方法、感悟科學精神、形成科學態(tài)度,提高科學素養(yǎng)。