高中物理科学方法显性教育的实践研究＊——以高中物理力学部分为例

侯爱琴

（北京市丰台第二中学，北京 100071）

高中物理课程改革提出了“尝试应用科学探究的方法研究物理问题、验证物理规律，通过物理概念和规律的学习过程，了解物理学的研究方法”［1］的教学要求.同时，“过程与方法”也被作为三维课程目标的一个重要维度，这意味着科学方法应当被作为中学物理教学的重要内容加以实施.

有鉴于此，我们在教学实践中，按照“挖掘教材中科学方法内容→寻找科学方法教学的途径→测量科学方法教学的结果→反思科学方法教学的得失”的研究思路，将科学方法教育内容加以显化，初步形成了系统的科学方法教育方式，为提高学生自觉运用科学方法的意识、培养学生运用科学方法的能力进行了有益的尝试.

1 物理科学方法教育内容的显化与分析

在高中力学教学中，我们依据首都师范大学邢红军教授提出的科学方法分类理论，按照知识获得过程与知识应用过程2个维度，显化其中的科学方法教育内容，如表1所示.

表1

进而，我们将其中的科学方法及其出现的应用频次进行了统计，如表2所示.

表2

为了更直观地表示科学方法在力学核心知识中出现和使用的次数，这里将其转化为柱状图，如图1所示.

图1

科学方法教育内容的显化及其统计分析为明确科学方法教学目标，实施科学方法教育打下了坚实的基础.

2 物理科学方法的显化教育及其实施

在明确科学方法教育内容之后，我们进行了科学方法教育的方式探索.

2.1 通过集体备课确定科学方法的教学策略

传统的科学方法教育多为隐性教育，既不利于学生学习科学方法，也不利于教师展现科学方法的逻辑，因此就很难提高科学方法的教学效果，导致学生难以形成运用科学方法的意识，当然也就不能很好地运用科学方法.

基于以上思考，在高中力学核心知识教学中，我们首先通过教师集体备课，把核心知识所涉及的科学方法予以挖掘，并统一确定科学方法显化的教学策略——有意识和逻辑化，从而为科学方法教育奠定了扎实的基础.

2.2 通过明示科学方法的要素培养学生科学方法的意识

这里以比例系数法为案例来加以说明.

（1）k如果没有具体数值是否可以？

此时，教师继续提出问题：在牛顿时代，人们还不知道如何测量一个力的大小，如果你是牛顿，想把力与加速度的关系找到，会怎么办呢？

学生进行思考、讨论（学生一般想不到“把质量为1kg的物体产生1m/s2加速度的力定义为1N”的方法）.

此时教师应当提醒学生：为了使公式运用方便起见，应当把多大的力定义为1N呢？——至此，学生会意识到k值取1是最好的选择.

教师再次提出问题：这样处理系数的方法应该如何命名？在本节课后针对比例系数k再设计相关问题，增加知识运用的有序性.例如在CGS单位制中，k值如果取1，力的大小会是多少N，若想使公式方便使用，可以怎么办？

2.3 按照科学方法的逻辑设计教学过程

“科学方法与知识不同，它所涉及的不是物质世界本身，而是人们认识物质世界的途径与方式，是高度抽象的.如果只从隐性教育角度进行教学，学生从中也可能学到一些科学方法，但只能是零星的、不连贯的，收效甚微.”［2］事实正是如此，一线物理教师习惯于按照知识结构线索进行教学设计，习惯于把知识的传授作为教学活动的核心，很少关注科学方法中的逻辑.为此，我们在实践过程中尝试把力学的核心内容按照科学方法的逻辑进行教学设计，以凸显科学方法为核心的教学方式.

例如，对于牛顿第二定律这节课，我们的教学设计为：加速度与哪些因素有关？（猜想法）→如何验证你的猜想？（实验法）→如何实验？（控制变量法）→不易测量的量怎样确定？（转化法）→如何分析数据？（图像法、曲线化直法）→如何得出定律的表达？（比例系数法）.

显然，这样的教学设计，把科学方法教育与学生的认知模式相互结合起来了，使学生亲历了使用科学方法获取知识的过程，从而培养了学生运用科学方法的意识和能力.

3 物理科学方法显化教育效果的检测

我校为北京市市级示范学校，高一有8个教学班，4位物理教师，每位教师教授2个班级，同一任课教师所教班级为相同层次.A教师所教1、2班为入学成绩较好学生组成的优班，B、C、D3位教师所教班级按入学成绩随机编班.我们采用心理学的纵向研究方法，对同一教师所教班级进行分组，一个班级为受实验干预的实验班，另一个班级为不受实验干预的对照班.在实验班，我们实施科学方法显化教育，并在每节课课堂小结中单独显化所教科学方法，设计相关练习.经过一段时间干预，运用如表3题目检验实验班与对照班在运用科学方法上的差异.

表3

续表

试卷中每道题目主要考查的科学方法已经标于题后，其中1－4题每题5分，做定量分析，5－6题定性分析.数据统计结果如表4.对得分结果进一步做S-N-K单因素样本检验，如表5所示.

表4

表5

结果表明：（1）经过科学方法显化教学和强化训练的班级科学方法测验成绩均高于对照班，说明科学方法显化教育的效果是显著的；（2）优班2班虽然没有经过科学方法显化训练，但学生基础较好，科学方法测试的成绩也高于5、7两个经过训练的班级，说明科学方法教育除了受到教学策略的影响，也会受学生认知水平的影响.对此，还需要做进一步的研究.

4 物理科学方法显化教育实践的反思

在为期两年的实践研究中，我们收获了研究成果，也认识到科学方法教育中存在的问题.以下是我们的反思.

4.1 科学方法课程目标的确定

在科学方法教育实践中，一线教师已经充分认识到科学方法教育的紧迫性和重要性.但在科学方法显化教育过程中，由于缺乏对科学方法相对标准的界定，从而增加了一线教师备课的难度，也使得一线教师受科学方法“概念模糊”的因素影响，从而对学生的科学方法学习造成一定影响.因此，在课程标准中纳入科学方法并明确解释每个方法的内涵，编制科学方法教学手册，是需要进一步研究的课题.

4.2 科学方法教学过程的反思

在课程目标层面，确定化和标准化可以为科学方法教育实施做出保障，因此，在教学过程中，通过明示科学方法名称、讲解科学方法步骤，彰显科学方法的逻辑，可以使科学方法教育落到实处.进一步，教学中还可以采用“一知多方”（一个知识点，多种方法）的教学模式，以提高科学方法我们在牛顿第二定律教学中就采教育的可操作性，例如，用了这种教学模式，取得了满意的教学效果.

4.3 科学方法教育效果的评价

我们的教学实践表明，定量的、可重复的评价是科学方法教育效果评价的重要方式.因为只有这样，才能使科学方法教学效果的评价符合规范化、客观化的要求.我们在科学方法显化教育实践中，采用S-N-K单因素样本分析方法就体现了这种思想.我们期待，这一研究工作可以启发更多物理教师的专业智慧，使科学方法教育的评价不断深化与发展.

1 中华人民共和国教育部.高中物理课程标准（实验）［S］.北京：人民教育出版社，2003.

2 邢红军.物理科学方法显化教育的理论与实践研究［J］.中国现代教育装备，2011（24）.

3 邢红军，陈清梅，胡扬洋.科学方法纳入《课程标准》：基础教育课程改革的重大理论问题［J］.教育科学研究，2013（7）.

4 肖骁，邢红军.高中物理课程标准中的科学方法显化研究［J］.首都师范大学学报（自然科学版），2011（8）.

5 张宪魁.物理科学方法教育［M］.青岛：青岛海洋大学出版社，2000.