在物理教学中强化科学方法的教育

蔡景生

新一轮高中教育改革是在科技迅猛发展，知识日新月异，科技竞争日益激烈的今天，教育有识之士认识到，学生能力表现比掌握知识多少和熟练程度更加重要而提出来的。因此，物理教学中既应该让学生掌握物理学的概念和规律，更应该让学生重视科学的态度和科学的方法。

所谓科学方法，是研究自然科学和社会科学的一般规律性理论。在中学物理教学中，科学方法教育的内容有：一是物理学的研究方法的教育；二是物理学习方法的教育。在物理教学中，教师在完成传授知识的同时，有意识、有目的的进行科学方法教育和指导，有利于促进学生智能的发展，培养科学的态度，使学生在学习中不仅掌握了物理知识本身，而且掌握了研究和学习物理的方法，以及探索物理的精神。

一、在物理知识的教学中渗透方法教育

科学方法教育既需要潜移默化的熏陶，也需要有目的的训练。脱离物理知识对中学生大讲科学方法，则犹如建设空中楼阁；埋头讲物理知识而不注意方法教育，则犹如给学生一堆砖瓦。因此，科学方法教育应渗透在物理知识教学之中，只有根植于物理知识沃土之中的科学方法教育，才会结出丰硕的智慧之果。在物理知识的教学中，处处蕴涵着科学方法。物理概念、物理规律的建立常常运用观察和实验、比较和分类、分析和综合、数学和推理、理想化等科学方法。如在概念教学中，将电势能和重力势能类比、在洛仑兹力教学中，由安培力演绎出洛仑兹力，学生很容易接受；在牛顿第二定律、玻一马定律、楞次定律等规律的教学中，常采用观察和实验、数学推理的方法来研究。如“电磁感应”的教学就是对学生进行科学方法训练的好例子，可将教学过程组织为较完整地体现科学研究一般方法的过程，使学生受到科学方法的训练。具体做法如下：

(1)初步的观察实验

观察闭合电路的部分导体做切割磁力线的运动，回路中产生电流的现象。

(2)提出猜想

介绍法拉第电磁感应实验，分析、猜想变化的磁场才能产生感应电流。

(3)再次实验验证

按教材完成实验

(4)总结规律

再次分析上述各个实验，得出产生感应电流的条件。

这样，在传授知识的同时，使学生感受科学方法在建立概念、发现规律中的作用，激发学生自觉的学习和运用科学方法解决实际问题的积极性。

二、重视物理学史，体会科学方法

高中物理课改目的之一，是把科研人员应具有的素质和能力早一些对学生进行培养和训练，使教和学的思路去尽量接近科学家认识的思路。这就要求我们将物理教学和物理学史结合，当然教学过程不同于科学研究过程，但在必要时，结合重要的物理史料用模拟科学认识过程的方法进行物理教学，这也是物理教学实质性改革的途径和方向，是实现上述教学目的，培养创造型人才的一个有效途径。模拟科学认识过程的方法，就是让学生遵循前人科学发现和发明的思路来学习，学会科学研究的方法。这就要求我们将物理学史溶于物理教学之中，，将科学方法教育溶于物理学史教学之中。具体地讲就是善于把学生推到若干年前，让他们从当时的科学背景出发去重温科学家们在什么问题上、什么环节中、什么情况下、用什么方法和思路作出了科学发明和发现，从而把这些关键的步骤联系起来。

在“自由落体”教学中，首先应阐明：历史上，伽利略首先通过落体佯谬的思想进行实验，否定亚里斯多德的物体越重下落越快的结论；然后运用数学工具得出初速为零的匀加速直线运动s/t²=常量；进而用斜槽实验验证物体从光滑斜面下滑的运动是符合s/t²=常量的规律；最后将斜面实验推广，得出结论：落体运动是初速为零的匀加速运动。伽利略之所以敢于首先用一个理想实验批判亚里斯多德的学说，是因为他已进行过长期的实验研究，他曾多次观察过从同一高度同时下落的轻重不同的物体(如两个球体或两块石头等)的下落情况。伽利略认为自然界“总是习惯于运用某种最简单最容易的手段”这一哲学思考，使他大胆猜想自由落体运动是匀加速运动，他的关于落体的全部研究都是为了确证这一猜想而进行的。他的研究方法是观察——假设猜想——数学推理——实验验证——合理外推。他对自由落体运动的研究，开创了研究自然规律的科学方法，这就是“抽象思维，数学推导，科学实验”相结合的方法，对科学研究起到了重大的启蒙作用。极大地推动了物理学发展，是人类物理思想上最伟大的成就之一。然后引导学生重做伽利略的斜面实验，加深对方法的理解。

三、加强物理实验，体验科学探究

科学探究活动的基本模式为：以物理实验(制作)为载体，形成探究的情景，发现并提出问题，探究问题(见图1)。在活动中，我们紧贴课本，选取课本中的一些实验或小制作作为载体，精心设计和详尽准备；活动中，教师适当引导，让学生从中发现问题，并开展科学探究活动。

这是一个比较简单的制作(在制作时，截取打点滴用较长的塑料管代替玻璃管，用木板固定，效果较好)。学生制作“空气温度计”后，自然会提出几个问题：“没刻度怎样用，怎样为它画刻度?它是怎样反映温度的变化的(原理是什么)?”在和学生探讨它的工作原理后，我就让学生自己通过讨论，探究怎样为“空气温度计”定刻度，原理是什么?步骤怎么样?(类比液体温度计的刻度确定)然后再去做。做好之后，大家都把作品放在教室，在以后的几天里，与寒暑表对照，让他们看看谁的“空气温度计”准确些。当然，空气温度计的液柱高低不但与气温的高低有关还与空气的湿度等有关；在观察中同学们都发现了其中的问题，我又引导他们分析，查找有关资料，指出“空气温度计”的优点和缺点，以及其他的用途(如用“空气温度计”测量了教学楼的高度)。和“空气温度计”一样，其实很多的物理小制作都蕴涵着不少的知识，只要我们跨出第一步，前面就有极为广阔的空间。

案例二：电流表构造的探究

在学习电学时，不少的同学对电流表、电压表的构造很好奇，提出问题和要求：“电流表、电压表是怎样测量电流、电压的?能否拆开来看看!”好的电表拆了可惜；但是，学校里每年都有一些损坏的电表，积累下来数量也不少。虽然该课题有点超出学生现有的知识水平，但为了不破坏同学们的好奇心，我还是把这些废表拿出来，让他们探究“电流表、电压表”的结构与工作原理。把电流表、电压表拆开，指导他们观察表的元件、结构与电路，分析、记录表里的电路连接情况，比较两者的异同。

在这个科学探究活动中也有一个很大的意外发现和收获：原来这部分“废表”中一部分的“表心”(灵敏电流计)还是好的。于是，我就组织学生把部分电表多余的部分去掉，只留下“表心”和两个接线柱，就改装成“灵敏电流表”。一共改装了二十多个，足够用于“电磁感应现象”的探究实验。有同学也提出，电压表里面的电路是串联，将电压表改装为“灵敏电流表”也很简单，在表里多接一根线出来就行了。不少同学用着自己动手制成的器材做实验，感到很自豪与成功，十分投人，科学探究活动收到良好的效果。

四、巧妙设计习题，训练科学方法

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。实践表明：教师生动精辟的讲述，学生对于知识只能达到理解的水平，要达到运用的水平，就非要经过学生本人参与分折解决新问题的实践不可。因此，教师要创设情景，强化习题教学和训练，引导学生运用科学方法解决具体的物理问题，使学生实现知识向能力的转化。

在习题教学中进行科学方法教育，主要是进行思维方法的训练，提高思维能力和分析解决问题的能力。因此，教师要站在科学方法论的高度，认真研究题型、分析归类、精选典型例题和习题，对学生进行逻辑思维与非逻辑思维、集中思维与发散思维、正向思维与逆向思维、局部思维与整体思维、类比思维与联想思维等专项训练。在教学中有些习题明显要运用科学方法来求解，教师要点明这种科学方法，让学生学会这种方法的应用。如习题：一半径为R的光滑竖直圆轨道固定在水平地面上，并与水平地面相切，小球从轨道上距离桌面h(h<(R)高处由静止释放，求小球经过多长时间到达轨道的底端。这个题要和单摆相类比，用单摆知识来求解时间。在教学中要点明此题用类比方法，让学生在解题中体会到方法的重要性。又如习题：斜面A放在水平地面上，物块B放在斜面上，有一水平力F作用在B上时，A、B保持静止。A受到水平地面的静摩擦力为f1，B受到A的静摩擦力为f2，现使F渐增大，但仍使A、B处于静止状态，问f1、f2大小怎样变化?此题讨论f1的太小变化时要用到整体思维的方法，讨论尼的大小变化时要用到局部思维的方法。

总之，在物理教学中有意识地加强科学方法教育。是实现学生增长知识、发展能力、提高素质的一个有效途径。