物理教学应加强科学思想方法教育——祝贺《物理通报》出版30周年

纪英楠

（防灾科技学院 河北三河 065201）

1 培养科学思想方法是素质教育的重要内容

有一种说法即21世纪的国际竞争是人才的竞争，我深感同意.科学技术是第一生产力，而科学技术的创新和发展则主要靠高素质的人才.因此，近年来我国一直大力提倡加强素质教育.素质是指在人的先天生理基础上通过环境影响和教育训练所获得的内在的、相对稳定的、长期发挥作用的身体和心理特征及其基本品质结构，又称为素养.素质的内涵有各种表述方式，比较全面的说法包括人的道德素质、智力素质、身体素质、审美素质和劳动技能素质.说得固然全面，但不具体.社会上往往把上各种课余培训班当作素质教育，实在是很大的误解.素质教育不是琴棋书画、跆拳道之类的技能，其真正内涵是培养青少年的健全人格和基本能力.我很赞同一位中学特级教师归纳的“10学会”：学会做人、自律、学习、思考、创造、乐群、健身、审美、生活、劳动；其中和学校的智育教育有关的是学会学习、思考与创造；而这三者中，我认为最关键的是学会思考.

学校教育包括两个方面：基本知识和学习方法.知识是不断发展和增长的；在这知识爆炸的时代，新知识层出不穷.学校学习时间有限，更无法预知学生在以后的工作和生活中将用到哪些知识；只有让学生掌握正确的亦即科学的学习方法，才能终身受益.所以，在学校教育的两个方面中，教会如何学习是最根本的.卢瑟福就曾明确地指出：“科学方法的教育比知识本身更重要”.他主张让学生身临其境地感受科学创造过程，强调科学方法的培养和训练.正确的学习方法中，学会通过思考消化课程内容是关键，但这种只限于消化课程的思考还不是科学思维的全部.科学思维是用于妥善应对和处理各种问题的正确思想方法.社会生活中的任何领域都有需要妥善解决的问题，社会成员必须有基本的科学素养，才能运用科学的原理和方法做个人的各种抉择，找到合理解决问题的途径.这里运用科学的原理和方法去做事，就是能合理运用自己掌握的知识解决面临的各种问题，这实质上就是正确思想方法问题.我们国家建设和现代化需要创造性人才，在素质培养中提出学会创造很必要，而科学思维是创造的重要基础.所以学习、思考和创造三者中，学会思考最关键.掌握科学思维；能够用正确的方法解决面临的各种问题，是现代人必须具备的能力，培养这种能力应该是学校教育尤其是中等以上教育的重要责任.

2 物理教学是培养科学思想方法的有效途径

科学思想方法没有统一的、严格的定义，从不同的角度讨论这一问题时会有不同的说法；但这些说法的差异只是因为涉及的范围或层次的不同，彼此之间并无矛盾.通常把科学思想方法分为几个层次：基本方法（即世界观意义上的最基本方法或哲学方法）、一般科学方法、特殊科学方法和个别性科学方法［1］；后两者是用于某种特殊科学领域以至某一特殊学科的专门的研究方法.与培养科学素质、培养正确的思想方法有关的应该是一般的科学思想方法，包括分析、综合、比较、推理、判断等；这是学校教育包括各种课程教学应该着重解决的问题，而这又恰好是许多学校在教育中难以解决或被忽视的，这种情况严重影响了培养人才的质量.每一门课程都可以起到培养学生正确思想方法的作用，但最有效、最能发挥系统的思维训练作用的无疑是数学和物理.数学的长处是严谨的逻辑推理，包括最基本的归纳方法和演绎方法的应用.物理虽因涉及特点不同的多种运动形式而不像数学那样有着统一的逻辑思维体系，但却包含了从现象或实验结果上升到理论或规律、模型的建立、客观规律的数学表示和数学理论与方法的实际运用等多方面内容，而且包含了实验环节，完整地体现了科学思维过程和科学方法的运用；所以和数学一样，都是最适于进行科学思想方法训练的.

物理课培养科学思维和养成科学工作方法至少包括两方面：课程内容的教授和学生的解题与完成实验的过程.物理学内容几乎处处体现了科学思维过程.例如，由三条基本定律出发求得一系列力学规律的整个经典力学就完整地体现了演绎法的推理方法；玻尔氢原子理论的提出过程更是正确运用科学思维的典范.此前，卢瑟福通过对阿尔法粒子散射实验结果的正确分析和计算，确定了原子的行星模型；瑞典科学家埃格斯特朗精确测定和记录了上千条太阳光谱谱线的波长，准确到6位有效数字.许多人企图找出这些波长的规律，但因局限于从力学规律中寻求解决的途径（例如，想归结为机械振动的声音谐振的频率倍数关系），所以一直没有结果.后来一位瑞典的中学物理教师巴尔末突破了这种局限，研究光谱波长数据本身的规律性，才找到正确的结果——氢原子谱线的巴尔末系公式.里德伯得出了更广泛的并用波数表示的公式.普朗克的能量子假说完满地解释了黑体热辐射；又经爱因斯坦成功地用于对光电效应的说明.玻尔综合地吸收了这些成果，创造性地用于原子结构，提出了氢原子理论.这种进展过程不仅是归纳法的成功运用，也有力地说明了从现象经过理性思维上升为规律和理论的必要性和重要性.在科学研究的进展中，除了随处可见的分析、综合、逻辑推理等一般的科学思维的要素外，还有直觉、逆向思维、求异、类比等启发创新的思维方式.总之，物理课程本身包含丰富的科学思维的内容；如果适当地运用，就可以进行生动的科学思维和科学工作方法的教育.

学生完成习题和实验的过程是完整地实践科学思维和科学工作方法的过程.做习题时，首先，要经过对问题的分析确定问题的性质－－－问题的定位；其次，对问题进行分解，分解为更简单的、易于求解或可直接解出的小问题；然后，进行逻辑推理或计算解决问题；对于求得的结果，尤其是不熟悉的问题的结果应该进行检验，检验可以通过数量级是否合理；量纲或单位是否正确；在极限条件或某种已知情况下是否能得到合理的结果等途径［2］.这实际包括了工作或生产中解决问题的基本环节，可以通过例题讲解、习题讲评等加以引导.实验更是可以从多方面培养学生的科学工作能力和思维能力：首先，是基本的科学工作能力，通过对基本物理量的测量、调节和校准仪器、连接电路等培养科技工作的基本功；其次，是数据处理的基本能力，对测量及运算误差的基本知识、测量结果的正确表示（这应该是科学工作者和工程技术人员的基本功，却往往被忽视，在后续的课程中不严格要求，因此到毕业时也不具备这方面的基本素养）；根据提出的目标设计实验方案的能力；最后，也是很重要的，是在实验出现问题时（如某一预期的现象不能出现、误差过大等）分析和找出问题的原因并提出解决办法的能力.当然，还可以通过开设一些研究性实验，组织和参加竞赛以提高学习兴趣和培养创新意识和能力.

3 加强物理教学对科学思想方法的培养

以上所说的并不是新观点，而是对物理课程教学的基本要求.教育部制订的理工科类大学物理课程教学基本要求中明确指出：大学物理课程“在培养学生树立科学的世界观，增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神和创新意识等方面，具有其他课程不能替代的重要作用”［3］，这本应是大家的共识，但在近年的教学实践中，这一要求好像并未得到充分贯彻.所以，在理工科类大学物理课程教学基本要求（2010版）中进一步强调指出：“物理基础课程教学不只是教给学生一些后续学习必需的物理知识，更重要的是引导学生在学习这些知识的过程中，逐渐形成正确的科学观念，掌握科学方法，培养科学精神.我们应充分重视物理基础课程在人才培养过程中的作用”.笔者近来因工作需要，又讲了两遍大学物理课程，确实对当前的一些做法和情况感到困惑和焦虑.例如，在选择教材时发现，几乎所有的教材都有习题解答配套发售，包括一些名牌大学编的教材（我只了解了非物理专业的教材，物理系的教材好像无此现象）.编写辅导材料指导学习，特别是学习和思考方法并无不可，问题是这些书把全部习题详细解出，不留余地.这种做法在客观上绝对是有害的，是与教育部对教学的要求背道而驰的.笔者认为对教师而言，能解教材中的习题是起码的要求，因此不需要这种书；对学生而言，只能限制其思考，造成依赖心理，妨碍能力的提高.目前有一部分学生进入大学后觉得好不容易度过了高考的煎熬，产生了松劲甚至厌学的情绪，这类书正好投其所好.笔者在教学过程中就发现确实有一部分学生全盘照抄，完全失去了做习题的作用.我们还发现，有些学生不具备最基本的实验操作能力.经了解，一些中学很少甚至完全不做实验；参加高考前，老师给出一二十个实验题，并写出答案，学生背会这些答案；如果凑巧“押中”，就可得分；不幸而碰不上，只有自认倒霉.大学的物理实验仪器则向自动化和数字显示发展，结果使一些实验步骤变成了“暗箱”式操作，削弱了调节仪器和根据出现的问题进行分析判断并采取相应措施的能力的培养.物理实验课程教学要求指出：物理实验“能提供综合性很强的基本实验技能训练，是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础.它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他类实践课程不可替代的作用”［4］，这虽然是对大学物理实验而言，但中学物理实验应该起相同的作用；因此，中学物理实验的缺失或削弱也直接影响青少年的科学素质和我们培养的人才的质量.

这些现象说明还需要强调物理课程在培养学生科学素质方面的作用，并在大中学物理和物理实验教学的过程中落实；为此，还需要多方面的努力和相互配合.首先，大学和中学的物理教师、学校领导应提高认识，在具体工作中发挥创造力、改进教学方法，加强对学生的思考能力、科学工作方法的培养和训练.有的学校不做或削弱物理实验可能和经费或学校的硬件条件有关，但领导重视了，就可增加这方面的投入和支持；教师重视了，就能积极创新，用简单、便宜的设备完成基本的甚至有启发性、创造性的实验.其次，也需要教育领导部门加强对具体教学过程的管理和支持.例如，教育部曾一再限制滥编、滥用升学辅导材料，能否也对大学（不只是物理课程教学）辅导材料的编写和发行作必要的限制和规定？在经费和教学资源方面，一般中学，特别是偏远、贫困地区的中学与大城市的重点中学相差太悬殊.笔者认为提高培养人才质量的根本点是全国的中、小学教学质量都达到国家制定的基本水平（尽管需要长期努力，但方向要明确、措施要到位），这就需要在经费投入上要向前者倾斜；要为他们提供师资培训和提高的机会；应要求条件优越的学校在设备、师资培训等方面帮助条件达不到基本要求的学校.只有这样才能逐渐实现教育公平，也是遏止高费择校等社会现象的有效途径之一.

希望像《物理通报》这样与物理教学密切相关且具有大的影响力的刊物发挥其引导作用.很高兴看到《物理通报》经常有加强学生思维能力、分析和解决问题能力的文章与自制简易教具和在实验教学中加强思维能力训练等经验介绍.相信《物理通报》今后在倡导正确的教学理念、介绍培养学生科学思维和分析问题解决问题能力以至创新能力等方面会起更大的作用，30年华诞是她更辉煌成就的新起点.

1 张大松.科学思维的艺术：科学思维方法导论.北京：科学出版社，2008

2 张之翔.哈里德等的《物理学》习题中的一个错误.大学物理，1982（4）

3 教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会.理工科类大学物理课程教学基本要求.北京：高等教育出版社，2011

4 教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会.理工科类大学物理实验课程教学基本要求.北京：高等教育出版社，2011