2022年在物理教学中追求显化的科学方法教 .pdf

口姚天勇（江苏省南通中学，江苏南通226001）一、物理课程标准对科学方法的隐性要求由于“与科学知识相比，科学方法具有更大的稳定性和更普遍的适用性。从这个意义上讲，学生掌握科学方法比掌握科学知识更重要”。所以，自上世纪末“以探究为基础”成为国际中小学科学课程改革的重要基本理念之一以来，科学方法成了各国科学教育的主要目标。我国新课程高中科学领域各科课程标准都有培养学生科学方法的要求。普通高中物理课程标准（实验）（以下简称课程标准）要求“尝试应用科学探究的方法研究物理问题、验证物理规律”，“通过物理概念和规律的学习过程，了解物理学的研究方法，认识物理实验、物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用”，但对“科学方法”的具体内容相对较为隐性。在有 23600 多个字符的课程标准中，“科学方法”的词频为3 次，“内容标准”部分仅出现的 1次在共同必修模块“物理1”的“相互作用与运动规律”主题。具体见表1：其中，要学生“体会探究过程中所用的科学方法”究竟包括哪些？课程标准并没有明确说明。如果以广大物理教师长期的教学实践为依据，学生可以体会的与物理知识相对应的科学方法应该包括：探究加速度与物体质量、物体受力的关系控制变量法；用牛顿运动定律解释生活中的有关问题隔离体法；作出表示加速度与力、加速度与质量的关系图象作图法和曲线改直法；根据图象写出加速度与力、质量的关系式经验公式法。同样依据物理教学实践，将课程标准隐含的与物理知识相对应的科学方法进行显化、归类和统计，其中应用频次在2 以上的科学方法有12 种之多，依次分别是演绎推理法、实验归纳法、理想化方法、假说方法、比值定义法、等效方法、控制变量法、乘积定义法、比例系数法、分类方法、近似方法和类比方法，可见科学方法与物理知识一样都是高中物理教学的基本内容。二、人教版教科书对科学方法的显化现状科学方法教育有“隐性”和“显性”两种方式。其中，隐性方式是“用反映科学认识基本过程的科学方法的一般程式去组织对科学知识的概念、规律、原理的教学过程，使学生的认识过程模拟科学探究过程。但教学过程中并不明确地去揭示所采用的科学方法一般程式的原理、各阶段具体方法的名称和有关知识”。显性方式是在“进行科学方法教育时，明确指出这种科学方法的名称，传授有关该方法的知识，揭示方法的形式、操作过程、说明原理。教师公开宣称进行科学方法的教育，学生处于有意识地接受科学方法知识的状态”。隐性方式重在使学生感受科学方法，受到科学方法的启蒙和熏陶，初步体会到科学研究的方法和策略，适合于学生对这种方法的感性认识不足时，或者这种方法对所研究的问题并不占主要地位时使用。显性方式重在解决问题中模仿应用科学方法，对科学方法进行操作训练，使学生有意识地掌握科学研究的方法和策略，适合于学生在对这种科学方法的感性认识较丰富的前提下，有目的有意识地培养学生的解决科学问题的能力时使用。国内较为传统的观点认为，方法只能潜移默化地渗透，更多要靠学生自己去领悟。因此，我国传统的物理教科书通常对知识点的逻辑联系采用显性处理，而对物理方法采用隐性处理，即不在教科书中写明，而是让学生在学习过程中自己去领悟。其实，科学方法与一般的物理知识不同，它所涉及的不是物质世界本身，而是人类认识物质世界的途径和方式，具有高度的抽象性。如果只是从传授知识的角度组织教材，而将科学方法隐在其中，学生也可能学到一些科学方法，但往往印象不深，难以真正掌握。因此，高中物理教科书应该提供科学方法的具体内容及操作过程，“把方法视为比知识更重要的东西，视为知识的脉络，按照科学方法所展示的路子，去组织教材，安排教学进程”。也就是说，高中物理教科书必须对典型的物理科学方法在恰当时机加以显化。与传统教科书相比，人教版新课程高中物理教科书对科学方法的显化意识有所加强，能名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 3 页 -在介绍相关物理知识的同时注意通过旁批等形式介绍对应的科学方法。例如，在“物理1”的“质点、参考系和坐标系”一节介绍质点时，旁批了“理想化方法”的含义。“在物理学中，突出问题的主要方面，忽略次要因素，建立理想化的物理模型，并将其作为研究对象，是经常采用的一种科学研究方法。质点就是这种物理模型之一。”再如，在“物理1”的“运动快慢的描述速度”一节介绍速度时，旁批了“比值定义法”的含义。“在这里，我们用两个物理量（位移和时间）的比值定义了一个新的物理量（速度），它的物理意义与原来的两个物理量完全不同。今后还会多次遇到用比值定义的物理量。”这样的处理方式，很容易引起学生对相关科学方法的注意，并明确其含义，从而提高科学方法教育的实效。但是，纵观人教版新课程高中物理教科书，其中科学方法显化的力度还显不够，全套教科书仅介绍了理想化（模型）方法、比值定义法和控制变量法等几种常用的科学方法，这给物理教师在教学实践中挖掘和显化科学方法留下了无限空间。三、物理教学中科学方法教育的显化策略 1挖掘教科书隐含的科学方法新课程高中物理教科书的重点知识所蕴涵的科学方法教育因素比较多，而且有时还有多种科学方法同时存在的现象，这就要求我们首先从教科书的具体内容出发，找出起主导作用或有特色的科学方法作为本章或本节教学中科学方法教育的重点；然后在对各章节教学内容分析的基础上，归纳出模块中比较突出的几种科学方法，形成模块的教学重点；最后要对整个高中物理教学内容所蕴涵的科学方法教育因素进行整理，形成体系。一般地说，对物理概念的教学，抽象思维方法的侧重点有所不同，有的重在分析、比较，有的重在用数学方法进行抽象、概括；对物理规律的教学，要注重分析得出规律所用的方法，是归纳方法、演绎方法还是假说验证方法；对实验教学，要注重分析实验原理和设计中体现的方法，是突出实验条件的控制、突出测量显示的原理还是突出减小误差的原理等。分析教科书中的科学方法教育因素，还要结合学生实际，合理调节和安排各学习阶段中科学方法教育的侧重点和深浅度。例如，“物理 l”必修模块主要应该是介绍理想化（模型）方法、控制变量法、比值定义法、归纳法等科学方法与物理概念和规律的关系以及这些科学方法在物理学发展过程中的作用。2利用科学方法组织教学内容由于受“方法只能潜移默化地渗透”的传统教学思想的影响，教科书一般都是以物理知识为主线展开，而忽略科学方法这一线索。人教版新课程高中物理教科书虽然增大了科学方法的外显力度，但总体还稍嫌不够。因此我们应该以物理知识和科学方法两条线索去组织教学内容，在以物理知识体系作为课程内容展开主线的同时设计一个科学方法体系。例如在进行“物理1”中“牛顿第二定律”的教学时，先通过定性分析并用假设法确定加速度与力和质量有关；然后用控制变量实验方法分别确定加速度与力和质量的定量关系，用列表法处理实验数据；其间还用等效方法以位移代替加速度；再用综合方法确定加速度与力和质量二者的关系，最后用数学形式化语言来表达定律。在这些科学方法中，控制变量实验方法、等效方法和综合方法是主要的方法，可以显性处理，另外的方法可以隐性处理。因为学生以前较少接触控制变量实验法，等效方法接触也不多，综合方法也大多隐性处理。随着教学的深入和学生感性认识的丰富，再逐渐提高对这些科学方法的要求，最终达到模块或课程的教学目标。3运用科学方法解决实际问题科学方法教育的意义在于训练学生的智力技能，只有通过实际运用和操作，才能深刻理解科学方法、准确而灵活地运用科学方法。教师应明确地说明物理科学方法的作用、适用范围以及应用原理和步骤，让学生模仿操作并加以体会，在运用中掌握科学方法。为了掌握一些典型的科学方法，教师还需要编写科学方法运用习题，题目力求在解决实际问题中运用科名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 3 页 -学方法。例如，一个质量为lkg 的物体，在几个恒力作用下，处于静止状态。如果撤掉一个大小为 1N、方向竖直向上的恒力后，其他力仍保持恒定不变，物体将如何运动？解这道题需要采用等效方法，用大小 1N、方向竖直向上的已知力来等效其他方向竖直向下的合力。又如，大雾天气，司机突然发现汽车已开到一个丁字路口，前面是一条小河。为了避免危险，司机是应当采取紧急刹车措施还是紧急转弯措施？解这道题需要把实际问题转化为匀变速直线运动和匀速圆周运动这两种理想化模型，汽车紧急刹车所滑过的距离为匀减速运动的位移，紧急转弯滑过的距离则是匀速圆周运动的半径。学生通过在解决实际问题过程中运用科学方法，能更直接感受到学习科学方法的意义，达到科学方法教育的最终目的。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 3 页 -