浅谈物理教学中的科学方法教育

刘成斌

物理学的发展史是一部记录科学成果的历史，也是总结科学研究方法的历史，物理学的发展史表明：许多物理家做出的重大贡献与他们运用正确的科学方法是分不开的。所以科学方法是科学成果获得的重要条件。在物理教学中有意识地经常对学生进行物理科学方法的教育和训练，是提高学生智力水平，培养科学素质，逐步树立科学世界观，促进学生发展的重要途径。特别是在现代科技迅猛发展，知识爆炸，竞争激烈的今天，我们更应清醒地认识到：加强科学方法教育势在必行!本文就在物理教学中怎样进行科学方法教育谈些粗浅的认识和体会。

一、利用物理学史和介绍科学家的创造发明思想进行科学方法教育

物理学史蕴含着丰富的科学方法。纵观物理学史中许多规律的发现可以看出，科学探索的过程，总是要在各种新的现象和已有的理论中提出各种问题，预先做出假设，然后进行验证。这是一种由问题和矛盾出发，带有猜测性和探索性的科学研究方法，这种科学方法可以总结为：

许多伟大的科学家的创造发明，建立了丰功伟业，这与他们的天才和广博的知识有关，但根本的原因还是他们在科学的征程中找到了正确合理的研究方法。例如：欧姆应用水流和电流进行类比的方法总结出欧姆定律；卡文迪许通过类比加猜想。加之巧妙的实验，得到了电荷间作用力的规律。这就是类比触发灵感，唤起创造性思维取得的非凡成果。巴耳末由于他坚定美的信念，直觉地猜测出了表征氢光谱线波长规律的公式，这是猜想在科学发现中起重大作用的典范。法拉第由电能生磁逆向思维考虑到磁是否能生电?通过反复不断的实验，最后概括出最后的法拉弟电磁感应定律，这是逆向思维的启迪结果。富兰克林在做静电实验研究“地电”的问题时，他的夫人不小心碰倒了莱顿瓶，意外地发生了闪电，这使他使他与天空中的闪电现象进行了联想，从而对自然界中电的本质认识有了重大发展，进而证实并建立了电荷守恒定律，这就是联想引起的灵感和创见。科学巨人爱因斯坦从一个最平凡、最简单，也被人们长期以来认为是不成问题的问题，亦即“同时性”问题打开突破口，开创了新的理论——相对论。他又从几百年来已被物理学家注意的另一个基本事实——惯性质量和引力质量相等中，以丰富的想象力，设想了一个无引力空中木箱，通过内部的力学实验，来证实引力场与加速系等效，从而发现了广义相对论的等效原理。这就是科学家创造性思维的启示。

二、在实验教学中进行科学方法教育

实验教学主要有演示实验和分组实验。要在演示实验和分组实验中引导学生掌握观察方法。观察作为一种科学方法，需要在教学中认真培养。为此，必须做到以下几点：

1结合实际，启发学生养成认真观察物理现象，勤于思考问题的习惯。例如：讲物体机械运动时，要求学生观察以不同的参照物看物体的运动情况，最好体验一下坐在汽车或火车上的情景。在学习“简谐运动”时，让学生观察“气垫导轨上的弹簧振子”的实验，即先让导轨水平，然后逐渐抬起导轨的一端使之倾斜发现振子的振动周期不变，这是为什么?若导轨水平时在滑块(振子)上加放砝码，发现振动周期变大，这是为什么?若用手把弹簧从中间部位固定发现振动周期变小，这又是为什么?

2创造条件，引导学生学会观察什么?为何观察?这就要求教师给学生介绍实验仪器的结构，明确观察点，提出思考问题。例如：在学习摩擦力时，用自制教具做了这样的演示：在一条橡皮垫上放一小砖块，小砖块在连着一个弹簧秤。实验时，一手拉动弹簧秤的另一端，另一手固定橡皮垫，弹簧秤的指数由零逐渐变大，这是为什么?当砖块开始滑动时，读数变小，这又是为什么?通过实验说明：开始时砖块受到的是静摩擦力，由小变大，达到最大时为最大摩擦力，当砖块开始滑动时，砖块受的是滑动摩擦力，说明滑动摩擦力比最大静摩擦力小。

3教给学生进行观察的一些具体方法。主要有：①对比观察法。例如，在研究透镜成像规律中，蜡烛在焦点内和焦点外，像的性质有什么不同。②分步观察法。对于复杂的物理现象引导学生按一定的步骤、程序进行观察。如在研究牛顿第二定律时，先控制力F一定，观察加速度a与物体质量的关系，再使物体质量一定观察加速度与外力F的关系，然后再归纳总结得出a=F／m。③归纳观察法。即从一个个的现象中，先得出一个个结论，然后归纳出一般的规律，这是一种由特殊到一般的认识过程。例如，力的概念是从推、拉、提、压……等现象中，最后归纳出力是物体对物体的作用。再如在电磁感应的教学中，通过几个典型实验。即闭合导体切割磁感线运动；磁铁插入或拔出螺线管时；用变阻器使螺线管中电流强度发生变化时，以及改变磁通量变化速度等，从而总结出法拉第电磁感应定律。

三、在概念和规律的教学中进行科学方法教育

科学方法体现在具体科学知识的认知过程中，只有把认知过程充分而又合理地展示出来，学生才能看到科学问题是怎样提出来的，从什么角度，用什么方法去解决，从而学到科学的方法。这就要求我们在教学这中注意物理概念和规律的形成过程，按照学生的认知过程，合理地设计教学方案和教学过程。例如，在进行牛顿第一定律的教学时，可以设计如下教学程序：①提出问题：大多数人从生活经验中都感受到，只有力的作用物体才能运动。难道只有力的作用物体才能运动吗?没有力的作用物体就不能运动吗?②演示实验：让小车从斜面顶端滑下，分别滑到铺有毛巾、棉布和木板的平面上，观察小车前进的距离。③分析推论：从实验中可以看出，运动物体受到的阻力越小，它的速度就减小得越慢，它运动的时间就越长。进一步推理得出：在理想情况下，如果表面绝对光滑物体受到的阻力为零，它的速度将保持不变，从而概括出牛顿第一定律。这样的教学可以让学生领略到物理学中应用逻辑与直观、抽象与形象相结合的理想化论证方法。

四、在解题训练中进行科学方法教育

解题训练是教学的重要环节。在解题训练中主要是进行思维方法的训练，努力提高学生的思维能力和分析解决问题的能力。特别要重视变通性训练，即充分利用课本上的习题、例题加以适当改造，改变问法、变换题型、增减题设条件等进行训练。例如，有一个凸透镜的焦距为15厘米，位于主光轴上一个点光源S距透镜20厘米，求像点位置。这是一道简单常见的光学题，可把它进行如下变换改造：

变换1：若使点光源在竖直平面内沿垂直主光轴方向做振幅为2厘米的简谐振动，则像点的振幅为多少?

变换2：若使透镜在竖直平面内沿垂直主光轴方向做简谐运动，已知像点的振幅为12厘米，那么透镜的振幅是多少?

变换3：若用黑纸将透镜遮出一半，点光源所成的像有什么变化?

变换4：若将透镜从光心处垂直侧面切成两半，其成像情况怎样?

变换1要求学生由定向思维发展到发散思维；变换2要求学生由正向思维过渡到逆向思维；变换3和变换4则要求学生借助形象思维到抽象思维。教学实践证明，习题变换与思维训练不仅能加深对物理概念、规律的理解，而且是培养科学方法、提高思维的灵活性和思维的深刻性的一条有效途径。

综上所述，在物理教学中，教师在传授物理知识的同时，一定要有意识地进行科学方法教育，努力结合物理教学特点，诱导学生逐步掌握物理学研究的基本方法，即观察实验法，科学抽象法和数学工具法。还要掌握特殊的研究方法，如比较与分类、归纳与演绎、分析与综合、模型与模拟、猜想与假说、灵感与直觉等，不断提高和发展学生的科学素质，把他们培养成为献身科学、攀登科学高峰的—代新人。