关于初中物理教学科学方法教育的一些思考

在当前的课程改革中，一些教师存在一种错误的思想，认为新课程标准改革就是要找到一种学习物理比较轻松的方法来，记得两千多年前古希腊数学家欧几里德在回答另一学者托勒玫的问题时说“不存在任何通向几何学的不费力的方法”，我们今天也有理由这样说“不存在任何通向物理学的不费力气的方法”。科学方法教育的目的在于发展学生分析和解决问题的能力。实施物理科学方法教育，既要保证能有效开展，又不能因此而增加学生的学习负担，所以科学方法教育必须与物理知识教学有机结合。知识是方法的载体，脱离了知识教学方法教育就成了空中楼阁。开展科学方法教育要符合学生的认知规律，应根据学生的年龄特征、知识水平和思维发展循序渐进地进行。还要注意激发学生的主动性和积极情感，产生良好的学习动机。当然，实施物理科学方法教育不能脱离教师的自觉性，教材中的方法教育因素大多是隐含的，如果教师不自觉地挖掘教材中的方法教育因素，没有对物理科学方法比较系统的理解，科学方法教育就很难顺利开展。

一、物理科学方法教育的两种基本方式

一般地说，科学方法教育有“隐性”和“显性”两种方式。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。这种方式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。这种方式适合于在学生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。物理科学方法教育作为一门隐性课程，隐性教育是非常重要的。尤其在初中教育阶段，科学方法教育通常不作显性处理。“对能力弱者提供一个策略比他们自生一个策略好”，“学科内容只有在经过系统学习，使学生掌握经过整理的系统知识时，才能培养起进行思维活动的能力”，所以教师在教学过程中，必须对典型的物理科学方法在恰当时机加以显化，才能更好地达到教育之目的。所以物理科学方法教育需要隐性教育与显性教育相结合，在不同的阶段对不同的内容各有侧重。科学方法的学习，在强调师生教学自觉性的同时，就象著名科学家杨振宁教授所说：“学习有两种办法。一个办法是按部就班的；一个办法是渗透性的。”“很多东西是在不知不觉中，经过一个长时间的接触，就自己也不知道什么时候已经懂了。”隐性教育是显性教育的基础，显性教育是隐性教育的飞跃，在物理科学方法教育中，二者的紧密结合是科学方法教育的基本模式。

二、初中物理教学中所包含的科学方法

物理体系自身包含着丰富的科学方法，它既表现在知识的结构上，也表现在这些知识结构的建立过程中；总的说来，这些科学方法大致可以分为五类，那就是：物理方法、数学方法、逻辑方法、非逻辑方法和哲学方法。

由于科学方法和方法教育的层次性，在初中阶段物理的方法主要有，观察方法、实验方法（含控制变量法）、等效方法、理想化方法等，其中理想化方法包括理想实验法和理想模型法。理想实验在物理学的理论研究中有重要的作用。伽里略论证惯性定律所设想的实验──在无磨擦情况下，从斜槽滚下的小球将以恒定的速度在无限长的水平面上永远不停地运动下去，就是物理学史上著名的理想实验。再如将一只闹钟放在密封的玻璃罩内，当罩内空气被抽走时，钟声变小，由此推理出：真空不能传声。显然上述实验是人们在思维中进行的理想过程，与实际实验相比，理想实验能更大程度地突出实验中的主要因素，忽略次要因素，得出更本质的结论。理想模型可分为对象模型、条件模型和过程模型三类。如视为点光源较小发光体，表示光的直线传播的光线，描述磁场的磁感线，描述力的图示、示意图等都属于对象模型。再如光滑表面、轻杆、轻绳、均匀介质都属于条件模型。电学实验中把电压表变成内阻是无穷大的理想电压表，电流表变成内阻等于0的理想电流表等也属于条件模型。例如：在空气中自由下落的物体，空气阻力的作用与重力相比较忽略不计时，可抽象为自由落体运动，另外匀速直线运动也属于过程模型。

数学方法主要有：比例方法、方程方法和图象方法等。例如，密度、电阻等物理量的探究实验用的都是比例的方法，图象的方法。通过形象的图象、清晰的比例关系给学生以深刻的印象，使学生能容易任知其物理概念和规律。

逻辑方法主要有：比较、分类、类比、概括、归纳与演绎、分析与综合等，如在认识电流、电压的概念、研究电源的作用和影响电阻大小的因素等概念或规律时，与水流水压模拟实验、抽水机的作用和水渠对水流的影响等物理现象进行类比，会使学生理解和掌握这些抽象的物理概念或规律产生其他方法无法替代的作用。又如：我们在认识和研究“分子在永不停息地做无规则运动”理论时，由于分子是微观的，不能直接用肉眼看到，因此，我们可以通过能直接观察或感觉到的扩散现象去认识和理解它；电流看不见、摸不着，我们可以通过各种电流的效应来判断它在存在；磁场看不见摸不着，我们可以通过小磁针指向或偏转以及与其它一些磁场的效应来判断它的存在；同理，在研究物体是否带电，我们也不能直接看到物体是否带电，但我们可以通过观察验电器上锡箔片的开合来判断物体是否带电；在研究空气的存在和大气压强时，我们可以通过感觉空气的流动及现实生活中对大气压强的各种应用来证明空气和大气压强的存在。

哲学方法主要有：绝对相对、量变质变、原因结果等等。自然界发生的各种现象，往往是错综复杂的。决定某一个现象的产生和变化的因素常常也很多。为了弄清事物变化的原因和规律，必须设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控制起来，使它保持不变，然后来比较、研究其他两个变量之间的关系，这种研究问题的科学方法就是控制变量法。很多物理实验都用到了这种方法。如通过导体的电流I受导体的电阻R和它两端电压U的影响，在研究电流I与电阻R的关系时，需要保持电压U不变；在研究电流I与电压U的关系时，需要保持电阻R不变。当然初中物理教学中也还要培养如理念、直觉、想象等非逻辑方法，这是创新能力的重要体现。

三、初中物理科学方法培养的主要方式

1、在学生亲自体验中培养科学方法。物理学是一门实验科学，物理教学的特点就是实验多，极有利于学生亲身体验。过去初中“九义”人教社教材规定了17个学生必做实验，新课标人教社教材把学生探究的实验增加到36个，许多过去的演示实验改成学生实验，还增加了学生的社会调查和实践13个，新教材的这些变化都是要加强学生的自身体验，学生通过体验可以很好的感受知识体系内的科学方法。例如水沸腾实验，学生没有实验前总认为只在100摄氏度时，水才“内部与表面”同时“剧烈”的汽化，亲身做了实验后才发现实际没到100摄氏度时，水“内部与表面”就开始汽化，只是“剧烈”的程度不同罢了。通过自身体验使学生真实的看到“量变与质变”的关系，感受相对与绝对的区别。

2、在民主和谐的氛围中培养科学方法。新课程中一个重要的理念是，教学体现师生平等，课堂教学中废除“一言堂”，开展探究性学习、合作学习等多种学习方式，这些学习方式的一个共同特点，就是创设一个民主和谐的学习氛围，在这种氛围中，学生自我知识构建的动力得到释放，大脑皮层容易达到最活跃程度，对物理知识学习理解能够从多个方面进行，他们不再满足物理一些概念和规律的结论，而对为何要引出这些概念，为何这样引出而不那样引出，那样引出会得到什么结论等新问题产生了强烈的兴趣和求知欲。物理学体系中内含的科学方法就会在学生自己的问题中，在学生激烈的心智活动中伴随着大脑中知识结构的生成，慢慢构建出科学方法的结构。

3、在相互交流讨论中培养科学方法。师生相互交流、生生相互交流，是新课改最提倡的。学生交流解决问题的方法，既可为其它学生提出了解决问题的思路，常常还使交流学生自己又产生完全不同前的创新思路。相互启发、共同提高，在课堂教学实践中这样的实例不胜枚举。

4、在解题训练中培养科学方法。在练习题和考试题中编制一些目的在于深化或测试科学方法的试题，让学生把科学方法由“内隐”转变成“外显”，帮助学生对科学方法的认识由肤浅、模糊、看成孤立个体，逐步转变成深刻、清晰、看成方法体系。例如这样一道习题：一个质量为2kg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2N、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2N、方向竖直向上的已知力来等效其他力的方向竖直向下的合力。初中方法教育的习题目前正成为各课程改革实验区中考试题中的亮点。

四、初中物理科学方法教育基本原则

1、与物理知识教学紧密联系的原则。物理学整体是由物理学科知识和物理学的方法论组成的，物理学的方法论是伴随物理学的发展而建立的，而物理学的知识和体系则是体现和学习物理学思想和方法论的最好载体。在教学过程中注重传授概念、规律产生的背景、产生的过程以及在科学技术发展中应用的实例，例如，通过物理学史的小故事让学生明白为什么要提出某个概念，这个概念是怎样提出的，这个概念提出后对物理学的发展起到什么作用，让学生感受科学方法和物理知识的产生与应用紧密相联，知识与方法是血肉相联的整体。

2、与初中生年龄特征相适应原则。12～15岁的青少年，“主要思维特点是在头脑中可以把事物的形式和内容分开，可以离开具体事物，根据假设事件进行逻辑推演，能运用形式运算来解决诸如组合、包含、排除、概率及因素分析等逻辑课题。”这个时候初中生已开始以抽象逻辑思维为主要形式，但水平仍很低。因此初中阶段的科学方法教育方式主要是潜移默化，是隐性的方法教育，并不需要从方法论高度把各种科学思维方法传授给学生。

3、各种方法教育有机结合的原则。在物理教学中，各种科学方法交叉在一起，不可能在一种科学方法的教育完成后再进行另一种科学方法教育。因此教师要善于应用教材中的科学方法因素，在一堂物理课中撮合多种科学方法进行教学。有时一个知识点可以渗透几种科学方法教育的因素，这时就要有所选择以适应自己所教初中生的实际。例如“牛顿第一定律”一节，可以用实验加理想化模型来讲授，提出一块“完全没有摩擦的平面”，重点渗透“理想化方法”；也可以用归纳反证的方法来讲授，收集多个没受力仍在运动的现象和受到力而没有运动的现象，从而得出“力不是运动的原因”，重点渗透“归纳方法”。

4、长期性原则。科学方法是科学能力的外化，提高能力比掌握知识要难，初中物理教材中的科学方法因素许多都是隐含的，科学方法的教育在初中段也基本要求是隐性的，我们并不为讲“控制变量法”或“等效替换法”而专门讲这些方法，只是在讲相关概念、规律时用这些方法，所以学生只有在长期的熏陶下，才能潜移默化地，自觉不自觉地学到一些科学方法。同一科学方法在不同知识的学习中多次出现、多次应用，学生才能领会、掌握。例如讲“密度”一节时用到控制变量方法，讲“压强”一节时用到控制变量方法，在讲欧姆定律时还要用到控制变量方法，等等。

5、促进学生发展为本的原则。现代认知理论认为，学习的过程是学习者自己建构的过程，学习者的能力培养、科学素质提高，有赖于学生的自主性和学习所处的情境，有赖于学习内容的社会需求性。因此在对学生进行方法教育时要充分调动学生学习的积极因素，开展探究性学习、合作学习等多种学习方式，进行师生互动、生生互动，让学生在掌握科学方法的过程中，知识体系、情感、态度、价值观得到同步发展。

以上是关于初中物理科学方法教育的一些思考。在指导学生研究物理现象、概念和规律时，潜移默化地渗透科学研究方法，长此以往不但加深对物理现象、概念或规律的认识和理解，而且培养学生了科学思维习惯，提高了科学素养。对学生今后的发展终身受益。爱因思坦给自己总结的公式是：A（成功）=X（艰苦劳动）+Y（正确的方法）+Z（少说空话），著名物理学家玻恩说“我荣获1934年的诺贝尔奖金，与其说是因为我所发表的工作里包括了一个自然现象的发现，还不如说是因为那里面包括了一个关于自然现象的科学思想方法基础的发现。

参考文献：

（1）《浅谈初中物理教学贯穿科学方法教育》。

（2）《高中物理方法教育研究》，浙江教育出版社，1995年版。

（3）张大均：《教学心理学》，西南师范大学出版社，1997年版，第384页。

（4）钟启泉：《现代学科教育学论析》，陕西人民教育出版社，1993年版。

（5）《杨振宁演讲集》，南开大学出版社，1989年版，第71页。

（6）《物理科学方法教育的基本方式和途径》曹昭全。

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