劉　軍

【摘 要】物理學作為一門研究物質(zhì)世界最基本的結構、最普遍的相互作用、最一般的運動規(guī)律的學科,蘊含著豐富的科學方法教育素材。本文闡述了在中學物理教學中以實驗為基礎、以知識為載體、以物理學史為線索、以實踐為渠道這四條科學方法的教育途徑。

【關鍵詞】中學物理 教學 科學方法 途徑

科學方法是人們在認識和改造客觀世界的實踐中總結出來的正確的思維和行為方式,是人們認識、利用和保護自然的有效工具?？茖W方法教育的目的在于提高學生分析和解決問題的能力,而物理學作為一門研究物質(zhì)世界最基本的結構、最普遍的相互作用、最一般的運動規(guī)律的學科,蘊含著豐富的科學方法教育素材。

要在中學物理教學中實現(xiàn)物理科學方法的教育,通常有以下四種途徑:

一、以實驗為基礎,讓學生從實驗中掌握科學方法

物理學是一門以實驗為基礎的科學,在物理學的產(chǎn)生和發(fā)展過程中,物理實驗自始至終都占有極其重要的地位。文藝復興時期著名畫家、科學家達·芬奇指出:“科學如果不是從實驗中產(chǎn)生,并以一種清晰實驗結束,便是毫無用處的,充滿荒謬的,因為實驗乃是確定性之母?！惫畔ＥD哲學家亞里士多德在物理學領域屢犯錯誤,提出了“力是使物體運動的原因”、“重物比輕物下落快”等錯誤觀點,究其原因,亞里士多德用的是觀察的方法,所以他只有一定的生活經(jīng)驗,但不是真正意義上的實驗。物理學的發(fā)展正是基于突破亞里士多德的錯誤觀點和經(jīng)驗方法的局限,以伽利略的科學實驗方法為指導而走上真正的科學道路上的?？v觀物理學發(fā)展的輝煌歷史,實驗起了決定性的作用,人們還從實驗中總結出了眾多研究問題的科學方法。因此,在平時的教學中要讓學生多觀察、多動手、多思考,要求他們在實驗中掌握科學方法。如通過“驗證牛頓第二定律”的實驗讓學生懂得蘊含其中的“控制變量法”、“用圖像處理實驗數(shù)據(jù)法”、“近似處理法”、“等效法”等科學實驗方法。對物理學中眾多重大的但限于中學實驗條件而不能做的實驗,教師可以利用現(xiàn)代教學媒體向學生展現(xiàn)或模擬,讓他們從中體驗和領會科學方法。

二、以知識為載體,通過課堂教學向學生滲透科學方法

物理學是由一些基本概念、基本規(guī)律和理論組成的體系嚴謹、精密定量的科學。在物理概念和規(guī)律的建立、發(fā)展和應用過程中以及各知識點相互聯(lián)系的地方,都蘊含著豐富的科學方法。因此,教師在教學中要善于抓住知識和方法的結合點進行滲透。例如,教師在講解質(zhì)點、點電荷、單擺、理想氣體等理想模型時,要向學生滲透“理想化方法”這一科學研究中最基本最廣泛的方法;在講串并聯(lián)電路的特點、力的合成與分解、交流電的有效值、熱功當量等的時候,要向學生滲透“等效方法”這一物理科學研究中最普通、最簡潔的方法;在講豎直上拋運動規(guī)律、平面鏡成像特點、簡諧振動規(guī)律、電磁振蕩等時,要向學生滲透“對稱方法”這一物理科學研究中最深刻、最能體現(xiàn)科學美的方法;在講瞬時速度、瞬時加速度、瞬時功率等時,向學生滲透“極限方法”這一物理科學研究中最具數(shù)學化、又最能體現(xiàn)辯證思維的方法等。

三、以物理學史為線索,讓學生從知識的來龍去脈中體會科學方法

知識的來龍去脈充分展現(xiàn)了科學發(fā)現(xiàn)的歷程,為物理科學方法教育提供了生動而豐富的材料。物理學在發(fā)展過程中建立了許多理想模型、理想過程和理想實驗,運用了觀察和實驗、類比和聯(lián)想、猜測和試探、分析和綜合、佯謬和反證等方法。物理學史中有大量生動事例說明科學大師們?nèi)绾问炀毝擅畹剡\用這些方法取得重要成果的過程,利用這些事例,可以向學生進行具體的科學方法教育。如教師在講玻爾原子模型時,可向學生講解人們對原子結構的認識歷程:開始人們認為物質(zhì)由原子組成,原子不可分→電子被發(fā)現(xiàn),人們認識到原子可分→湯姆生提出原子“棗羔模型”→α粒子散射實驗否定原子“棗羔模型”→盧瑟福提出原子“核式結構”→原子“核式結構”與經(jīng)典電磁理論矛盾→玻爾提出“玻爾原子模型”。讓學生從人們對原子結構認識的曲折歷程中體會研究物理問題的科學方法:實驗事實→提出假說→接受新實驗考驗→修改或否定原假說提出新理論→再經(jīng)實驗驗證或接受新實驗考驗→形成理論指導實踐。從上面的例子可以看出,有時一個結論的得出需要幾代科學家?guī)讉€世紀的曲折探索,而掌握它卻只需一節(jié)課幾十分鐘的時間。因此,教師在物理教學中要善于對物理學史案例進行剖析,使學生在掌握知識的同時,也能從中體會到研究物理問題的科學方法。

四、以實踐為渠道,讓學生通過解決實際問題學會運用科學方法

科學方法從實踐中來,最終又指導實踐。科學方法教育的目的在于訓練學生的智力技能,只有通過實際運用和操作,才能深刻理解科學方法,并準確而靈活地運用科學方法。中學物理教學應向學生提供大量生產(chǎn)、生活中的實際問題,明確要求他們在解決問題的過程中要運用某種科學方法,并從中體會科學方法的應用。

首先,教師在教學中可布置生產(chǎn)、生活中的實際問題,要求學生用科學方法解決。如學習了光的直線傳播后,就讓學生用“立桿測影法”求樓高;學習了自由落體運動后,就讓學生運用“自由落體運動規(guī)律”粗測樓高,使他們學會運用和掌握間接測量長度的科學方法。

其次,教師也可在“習題”教學中訓練學生運用科學方法的能力,在浩如煙海的各種習題中蘊含著豐富的物理科學方法,可以通過讓解決習題中的問題,使他們學會靈活運用諸如假設法、等效法、圖像法、模型法等眾多科學方法。

再者,有時為了讓學生更清楚地理解和掌握某一科學方法,教師還可以有針對性地進行專項訓練。

物理科學方法教育和物理知識學習是相互促進的,結合物理教學開展物理科學方法教育具有重要的意義,加強物理科學方法教育是使學生增長知識、發(fā)展能力、提高素質(zhì)的可靠途徑。在教學中,教師應把握物理科學方法教育的內(nèi)涵,并積極探索物理科學方法教育的途徑,使學生有效地掌握科學方法。