探索科學(xué)方法教育提升科學(xué)思維素養(yǎng)

姚仁華

摘 要：科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，科學(xué)方法教育的有效實施對培養(yǎng)和提升學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)具有至關(guān)重要的作用，本文探討了科學(xué)方法教育的基本方式、途徑以及策略。提出了在知識教學(xué)、學(xué)史領(lǐng)悟、習(xí)題訓(xùn)練、探究實驗和復(fù)習(xí)教學(xué)中滲透科學(xué)方法的基本途徑和策略。通過科學(xué)方法教育的有效實施，實現(xiàn)物理課程的教學(xué)目標(biāo)，從而培養(yǎng)和提升學(xué)生的核心素養(yǎng)水平。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維;科學(xué)方法教育;方式和途徑

“科學(xué)思維”指的是對事物本質(zhì)屬性及其內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識過程，其主要包括了模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑和創(chuàng)新等要素[1]。物理科學(xué)方法指的是人們研究物理客觀規(guī)律時所采用的主觀方法，是探索知識、理解知識、運用知識時所利用的有效工具。具體的物理科學(xué)方法有“比較與分類”“分析與綜合”“歸納與演繹”“類比方法”“數(shù)學(xué)方法”“圖像法”“理想化方法”“科學(xué)假說”等等。在物理教學(xué)過程中，“科學(xué)思維”具體表現(xiàn)為運用科學(xué)方法處理實際問題，因此，物理科學(xué)方法的教育對培養(yǎng)和提升學(xué)生“科學(xué)思維”素養(yǎng)具有至關(guān)重要的作用，下面筆者提出物理教學(xué)過程中科學(xué)方法教育的基本方式、途徑和策略。

一、物理科學(xué)方法教育的基本方式

物理科學(xué)方法是一種高度概括的抽象思維方法，科學(xué)方法教育一般有“隱形”和“顯性”兩種方式[2]。所謂“隱形”教育方式是指并不明確提出某種科學(xué)方法的名稱，但在教學(xué)過程中始終貫穿，從而做到隱性浸染的目的。所謂“顯性”是指明確指出某種科學(xué)方法的名稱，利用此種方法分析解決問題，并且加以小結(jié)，從而做到直接教育的目的。

在學(xué)生對于方法還沒有形成感性認(rèn)識的時候，或者此種方法在教學(xué)主題中并不占主導(dǎo)地位時，我們往往采取隱性的方式處理。隱性教育的目的在于慢慢地啟蒙和熏陶，當(dāng)然更多時候還要結(jié)合學(xué)生的年齡特征和心智條件，當(dāng)學(xué)生較難理解或者把握不透時，隱性的方法教育就必然成為主要的教育方式，例如在初中階段，大部分的科學(xué)方法教育應(yīng)該采取隱性的方式。而學(xué)生對知識背后隱藏的方法已經(jīng)有了充分的感性認(rèn)識時，或者方法本身已成為理解知識的必要手段時，顯性地提出并加以總結(jié)就成了方法教育的不二選擇。此時，若教師還遮遮掩掩，或者沒有自覺地進行科學(xué)方法教育，可能讓學(xué)生更加難以理解知識本身，更難以提高相應(yīng)的能力。高中學(xué)生已經(jīng)具有多年的自然科學(xué)和數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)經(jīng)歷，邏輯抽象思維能力也隨著年齡的增長得到了進一步發(fā)展，因而較多的科學(xué)方法可以采取顯性教育的方式。

二、物理科學(xué)方法教育的基本途徑

（一）在知識教學(xué)中滲透科學(xué)方法

教材往往是以知識作為內(nèi)容，而以方法作為線索，并不是純粹方法論的教材，但在知識與知識的聯(lián)系之間，概念的建立、規(guī)律的得出之中都蘊含著極其豐富的科學(xué)思想方法。因此，結(jié)合知識進行科學(xué)方法的滲透是一條重要的途徑。有效的傳授知識或是學(xué)生對于知識的內(nèi)化都需要用到相應(yīng)的科學(xué)方法，沒有方法的連接，知識成了一盤散沙，當(dāng)然脫離知識只講方法，方法教育也會變成空中樓閣。

知識的學(xué)習(xí)方式有發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)和接受學(xué)習(xí)兩種。發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)是指學(xué)生模擬科學(xué)發(fā)現(xiàn)的方式，大部分物理規(guī)律可讓學(xué)生通過發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的方式學(xué)習(xí)，在這個過程當(dāng)中，進行科學(xué)方法教育是非常有效的，因為學(xué)生需要模擬前人的發(fā)現(xiàn)，通過方法來連接已有知識和新的規(guī)律。接受學(xué)習(xí)是指以教師的系統(tǒng)講授為主，概念的建立過程往往采取接受學(xué)習(xí)的方式。同樣，接受學(xué)習(xí)的過程也可以滲透科學(xué)方法的教育，教師傳授的新知識與學(xué)生頭腦的前知識發(fā)生碰撞，內(nèi)化為學(xué)生頭腦知識的過程也需要科學(xué)方法的引領(lǐng)。當(dāng)然，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)和接受學(xué)習(xí)這兩種知識的學(xué)方式并不是嚴(yán)格區(qū)分，很多時候，我們在教學(xué)往往是交叉使用。比如在質(zhì)點概念的建立過程中，我們運用了理想模型的理想化方法，首先是通過學(xué)生的發(fā)現(xiàn)認(rèn)識到質(zhì)點概念建立的必要性，最后由教師進行總結(jié)，引入質(zhì)點這個概念，在引入過程中滲透科學(xué)方法的教育。

（二）在物理學(xué)史中領(lǐng)悟科學(xué)方法

一部物理學(xué)歷史就是一部科學(xué)方法發(fā)展史，前人的研究歷程蘊含著極其豐富的科學(xué)方法因素，物理學(xué)史案例是我們進行科學(xué)方法教育不可多得好材料。物理學(xué)史材料往往來自兩個方面：一是教材正文內(nèi)容提供的物理學(xué)史的知識教學(xué)過程中所包含的材料，比如伽利略對于自由落體運動的研究、牛頓第一定律的建立、牛頓萬有引力定律的建立、法拉第電磁感應(yīng)定律的建立等等。二是課本提供的閱讀物理學(xué)史材料往往也包含豐富的科學(xué)研究方法。知識內(nèi)容中的物理學(xué)史案例可以利用課堂時間，結(jié)合知識教學(xué)進行滲透，閱讀材料則可指導(dǎo)學(xué)生在課外進行閱讀，領(lǐng)悟其科學(xué)方法。教師還可以組織專題教學(xué)，搜集某位科學(xué)家的研究歷程和所涉及的科學(xué)方法，利用專門的時間，進行專題教學(xué)，使學(xué)生充分領(lǐng)悟到科學(xué)方法在其研究歷程當(dāng)中的獨特魅力。

新課程高中物理教材較以往教材有很大的改進，就是充分引入了物理學(xué)家的研究足跡，以歷史的眼光重現(xiàn)了很多概念和規(guī)律的建立，讓學(xué)生領(lǐng)悟前人研究的曲折歷程，感悟其中的方法。比如牛頓第一定律的創(chuàng)立過程，從亞里士多德到伽利略、從笛卡爾再到牛頓，尤其是伽利略所采用的理想實驗方法推翻亞里士多德的經(jīng)驗所得，給予學(xué)生相當(dāng)?shù)恼鸷?。利用這樣的一些物理學(xué)史案例讓學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)方法有獨到的好處。

（三）在科學(xué)探究中體驗科學(xué)方法

科學(xué)探究實驗是物理學(xué)建立的基礎(chǔ)，眾多物理概念的建立、規(guī)律的得出都來自實驗，也是因為實驗的引入，物理學(xué)才真正創(chuàng)立起來。探究實驗的過程往往可以分成原理的設(shè)計、器材的選擇、實驗操作、數(shù)據(jù)處理、結(jié)論得出和誤差分析幾個部分，各個部分都蘊含著豐富的科學(xué)方法因素，利用實驗教學(xué)讓學(xué)生體驗并掌握科學(xué)方法是一條行之有效的途徑。

中學(xué)物理實驗一般有演示實驗、學(xué)生分組實驗和課外小實驗三類。在演示實驗中我們可以側(cè)重進行觀察方法的教育。在學(xué)生分組實驗中，需要多種方法的協(xié)同組合才能完成實驗，比如探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系這個實驗，我們需要用到控制變量法、圖像法等，這時可以視具體情況突出主要科學(xué)方法的教育。而在課外小實驗中，我們可以充分引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計原理，進行科學(xué)方法的訓(xùn)練?？傊?，物理實驗中蘊含的科學(xué)方法如能充分挖掘出來，結(jié)合實驗程序進行合理地設(shè)計，學(xué)生就能親身體驗到科學(xué)方法的妙處，自覺而主動地接受科學(xué)方法的教育和熏陶，對培養(yǎng)學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力能起到不可估量的重要作用。

（四）在習(xí)題教學(xué)中訓(xùn)練科學(xué)方法

科學(xué)方法學(xué)習(xí)的目的在于運用，以提升學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)。只有在習(xí)題的訓(xùn)練當(dāng)中，學(xué)生才能更充分地掌握科學(xué)方法的內(nèi)涵和外延，從而把方法內(nèi)化為自己的知識，這樣在新的情景中就會自覺使用相應(yīng)的科學(xué)方法。在涉及方法的習(xí)題訓(xùn)練當(dāng)中，教師應(yīng)該明確具體使用何種方法，讓學(xué)生模仿、訓(xùn)練，從而掌握科學(xué)方法。

教師也可以自己編制一些包含科學(xué)方法的問題，題目力求結(jié)合知識應(yīng)用方法。當(dāng)然在必要的時候，也可以編制一些純粹方法的問題，例如：電磁感應(yīng)定律的得出具體使用到什么方法？這類問題可適當(dāng)訓(xùn)練，但不宜過多。更多時候我們應(yīng)該結(jié)合具體的物理問題訓(xùn)練學(xué)生使用科學(xué)方法的能力。

（五）在復(fù)習(xí)教學(xué)中總結(jié)科學(xué)方法

在復(fù)習(xí)課中，除了要幫學(xué)生搞清楚各部分知識間的聯(lián)系，讓所學(xué)的知識在學(xué)生頭腦中形成一個有機的整體外，還應(yīng)對所學(xué)過的科學(xué)方法也進行回顧復(fù)習(xí)，而且要把前后所學(xué)的各種科學(xué)方法串聯(lián)起來，進行小結(jié)和加以應(yīng)用[3]。

在進行復(fù)習(xí)課的教學(xué)之前，各種方法已經(jīng)被分散地滲透到知識教學(xué)當(dāng)中，同種方法在不同內(nèi)容中各有所用，如果能在復(fù)習(xí)課堂中加以總結(jié)并運用，科學(xué)方法教育就有水到渠成之妙，學(xué)生不僅掌握了方法的應(yīng)用，方法的適用范圍，甚至方法運用的局限性也了然于胸。

例如：人教版物理必修1第一和第二章是關(guān)于物體的直線運動的，兩章內(nèi)容學(xué)完以后，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)方法在這兩章中應(yīng)用非常廣泛，具體有用比值定義法定義物理量、用數(shù)學(xué)方法表達物理規(guī)律、用圖像方法直觀展示物理變化過程，如能在復(fù)習(xí)課中加以總結(jié)，學(xué)生對于數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用將掌握得更加徹底。

三、物理科學(xué)方法教育的基本策略

（一）首先是教師要重視科學(xué)方法的教育

科學(xué)方法教育的口號已經(jīng)喊了多年了，新課程也把科學(xué)思維設(shè)為課程核心素養(yǎng)目標(biāo)之一，可我們很多教育工作者對待科學(xué)方法教育仍舊只停留在口號上，缺乏切實有效的實施。這里面有很多原因，比如教材雖然提出了方法教育的課程目標(biāo)，但具體的方法教育內(nèi)容沒有明確給出，相應(yīng)達到的層次也未設(shè)定，尤其是進行方法教育的方式和途徑都不太明白;還有就是很多教師認(rèn)為方法教育費時費力，難出成果，還不如教學(xué)生多背背、多記記知識點，諸多原因都使得科學(xué)方法教育在中學(xué)物理教學(xué)中難以有效地開展。

科學(xué)方法教育的成效已經(jīng)被眾多的事例所證實，再來懷疑科學(xué)方法教育的效果已無意義，關(guān)鍵是我們教師要主動轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，由過去的老師教學(xué)生學(xué)習(xí)變成老師指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，學(xué)生自主合作學(xué)習(xí);由過去只注重知識點的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)榧茸⒅刂R點的學(xué)習(xí)，又注重方法的學(xué)習(xí)和學(xué)生的體驗，從而培養(yǎng)和提升學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)水平。

（二）其次是教師要善于把握科學(xué)方法教育的方式

科學(xué)方法教育有兩種方式，即隱性教育和顯性教育。在具體的教學(xué)過程中，我們要善于利用好隱性、顯性或兩者相結(jié)合的方式開展科學(xué)方法教育。學(xué)生初次接觸的、非本節(jié)內(nèi)容需要重點介紹的以及學(xué)生現(xiàn)有水平難以理解的科學(xué)方法，我們往往采用隱性教育的方式。重要的科學(xué)方法或者學(xué)生已有較多感性認(rèn)識的方法可以進行顯化教育，明確提出并加以總結(jié)。知識教學(xué)過程中多用隱性滲透的辦法實施科學(xué)方法教育，但必要的時候也需加以顯化，使學(xué)生易于掌握。習(xí)題教學(xué)中的科學(xué)方法教育往往是采取顯性的方式，目的使學(xué)生盡快掌握，并能在新的問題解決中運用這一科學(xué)方法。有一點需要清楚，那就是不管采取何種方式開展科學(xué)方法教育，都應(yīng)該結(jié)合相應(yīng)的知識點和問題情境，切忌完全拋開知識大講方法，這樣往往會適得其反。

（三）最后是教師要明白科學(xué)方法教育的長期性，注意循序漸進

科學(xué)方法教育具有長期性的特點，我們不能急于求成，拔苗助長?？茖W(xué)方法教育的目的是學(xué)生思維能力的提升，我們都知道能力的提升并非一朝一夕之事。在進行科學(xué)方法教育時，我們要堅持不懈，同時更要注意循序漸進。學(xué)生處在不同的年齡段，心智成熟的程度也不太一樣;還有，不同章節(jié)和知識點之間，各種科學(xué)方法的使用和使用的程度也不盡相同。總之，我們一定要結(jié)合教材，結(jié)合學(xué)生的實際情況，有計劃、有步驟地實施科學(xué)方法教育。只要我們堅持這樣做了，學(xué)生掌握相應(yīng)的科學(xué)方法和能力的提升就成了“水到渠成”之事。

結(jié)束語

科學(xué)方法教育是一項需要長期堅持的工作，開展好了，學(xué)生“科學(xué)思維”素養(yǎng)的培養(yǎng)和提升就有了切實的出發(fā)點和落腳點，于我們的教學(xué)，于學(xué)生的發(fā)展都將受益無窮。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S]北京：人民教育出版社，2018.

[2]浙江省教育學(xué)會中學(xué)物理教學(xué)分會.高中物理方法教育研究[M]杭州：浙江教育出版社，1995.177-180.

[3]繆建忠.物理教學(xué)中實施科學(xué)方法教育的途徑[J]物理通報，2007（12）：26-28.