谈从“四个维度”实施物理科学方法教育＊

姜立东

（江苏省姜堰第二中学，江苏 姜堰 225500）

新课程强调在物理教学过程中要对学生进行科学方法教育，满足学生的个性发展，创造出适应学生个性发展和符合学生身心真正需求有效的教学方式.物理科学方法教育是物理教学的“奠基工程”，教师在实际的教学活动中，如何进行科学方法的教育，缺乏有效的物理科学方法教育的教学策略，所以我们要把如何实施物理科学方法教育作为课堂教学中每一个教师的追求目标，实现教学活动的深度达成.本文提出从4个维度实施物理科学方法教育，即规律中“渗透”，过程中“模仿”，实验中“体验”，运用中“理解”.

1 规律中“渗透”

物理概念和规律的建立往往蕴涵着丰富的科学方法，通过物理概念和规律教学渗透科学方法是科学方法教育的首要途径.人们在探索和发现物理规律过程中，逐渐形成了一系列研究物理学的科学方法，而每一次重大物理成果的取得，常常是科学方法上获得一定突破与创新的结果，如观察和实验、归纳和演绎、类比、想象、假说、理想化和数学方法.在牛顿第二定律、动量守恒定律、楞次定律等规律的教学中，学生能强烈感受的科学方法在发现规律中的作用，激发学生自觉地学习运用科学方法解决实际问题.万有引力定律的发现、电磁感应现象的发现、玻尔原子模型的形成等物理学史内容在教材中均有介绍，教师可以根据这些材料来介绍科学发现的历程，也可以查阅一些资料来补充和丰富教学内容.牛顿第一定律的建立和阐述包含着观察→实验论证→假设猜想→实验抽象→修正推广的一种，演绎重要的科学方法：理想实验法.在知识教学中要培养学生的能力，找到知识教学与能力培养的结合点，突破口就在于加强科学方法教育.

因此，在物理概念和规律教学中有目的、有意识、有步骤地渗透和传授物理科学研究的方法，使学生受到科学方法的熏陶和训练，逐步地掌握最基本的、最主要的物理科学方法.物理规律教育中渗透科学方法的意义在于训练学生的智力技能，能够达到促进三维目标实现、培养创新精神、增强实践能力和提高全体学生科学素质的目的.

2 过程中“模仿”

科学方法体现在具体的物理研究过程中.只有把研究过程充分而合理地展现出来，学生才能看到科学方法有什么特征、有什么作用，是怎样解决问题的，才能体会到掌握科学方法的意义，才能自觉地学习科学方法.

案例：教材中第4章第2节“探究加速度与力、质量的关系”.这是1节学生实验探究课，教材编写思路是：没有给出确定的实验方案，要学生自己设计，但是给出了实验的基本思路.作为提示，书中还提醒注意两方面的问题：怎样测量（或比较）物体的加速度；怎样提供和测量物体所受的恒力.在思维方法上，力求突破原有教材单一方法前提下的思维格局，用综合的方法来关注和处理单一打破后出现的复杂的、多维变化的信息，唤醒学生更深层次的灵活主动，从而实现实验教学的教育价值.

本节开展探究教学基本程序由6个要素构成，而这6个要素的结构关系是环环相扣，彼此促进的.

（1）提出问题.物体的加速度与它受的力、它的质量有什么定量关系？

（2）猜想与假设.根据日常经验和观察到的事实，首先猜想物体的加速度与它受的力、它的质量有最简单的关系，加速度与它受的力成正比、与它的质量成反比.

（3）制定计划与设计实验.用控制变量法研究和探讨a与F 、m的关系，操作活动感知过程.怎样测量（或比较）物体的加速度；怎样提供和测量物体所受的恒力.

（4）进行实验与收集证据.教师指导实验的注意事项，这是必须的，记录好数据.

（5）数据处理、分析与论证.为直观判断a与F 、m的关系，分别以a为纵坐标，F、m、为横坐标，根据各组数据在坐标系中描点，用图像进行分析和判断.

（6）交流与合作、评估.与学生进行交流，实验方案的合理性、实验过程的科学性、数据处理的准确性等等方面，实际上一个规律的发现不可能是几次简单的测量就能够得出结论的，F＝ma这个结论仍然带有猜想和推断的性质.

对于F＝ma结论，学生仅仅出于直觉的猜想或是在先发言的学生启发下才这样想，思维上对于物理量之间的原理还不是很清晰的情况下，那么，教师有必要为学生的认识补充、丰富其感性经验.教师可以进一步提问：还有别的想法吗？为此，教者有必要进行一些现场调查和试探性提问：还有谁这样想？还有没有其它的答案？学生中间可能出现a与F、F2的关系，a与m、m2的关系，并不是所的有学生都是得出正确的结论，物理量关系多样化的一个重要原则就是思维等价.

上述过程应该说是操作层面的.这是科学探究成功的首要条件，是学生学习的基础.这里面有很多的人类认识自然规律的一般方法，保持着科学探究的“形似”.通过这一过程，学生了解了人类对某一自然规律认识的历史，学习了怎样进行科学探究，把未知变为已知，这才完成科学探究的第一步，这也是显性的一步.实际上，在这一过程中，更重要的是隐性部分：学生从中体会科学的研究方法、提高科学探究的能力、培养实事求是的科学态度、敢于创新的探索精神.

3 实验中“体验”

“力的分解”物理科学方法，学生难于把握的是把力沿什么方向分解的问题.因此教学中先通过实验和实际问题情景中让学生感知力的“实际效果”，这样最能体现让学生自主探究问题解决方案.

如图（1）-（3）所示，采取几种简易实验体验科学方法，“体感”腰、手部受压力，肩部受拉力，使学生体会到在交流中可以提高自己的能力，有利于知识的理解和学习.

实验1.准备器材——长为60cm的轻木杆（或竹杆），重G大约为1kg的重物，细线1根.让木杆顶住腹部，形成如图1所示的形状，学生感受由于重物作用所产生的效果.

图1

图2

实验2.准备器材——质量M＝50g的砝码，一头削尖的铅笔（或圆珠笔），细线1根.让尖的一端顶住掌心，另一端挂砝码并系到中拇指上，形式如图2的形状，让学生感受效果.

实验3.2位学生配合，如图3所示，一人手撑腰，形成图示形状，另一人在膀的拐弯处用一竖直向下的力，感受向下的力所产生的效果.然后再相互调换.

本节课的教学已经打破了教材的框框，这是3个合作探究实验，以实验为引导，组织和实施教学.这主要考虑的就是本节课对学生来说，是由抽象到具体、由理论到实践、由教师讲解到自己探究的转变.过去我们强调实验，主要所指为操作技能；现在强调实验，除了操作技能外，希望学生更加重视实验中的科学思想与技术路线.过去教材强调的是如何把知识讲清楚，本节课强调的是自主探究、充分展示过程和方法.

4 运用中“理解”

物理科学方法教育力求贴近生活，从不屑于干巴巴的知识与方法的罗列，而总是力求以学生的现实生活为背景，运用中“理解”物理科学方法.对于中小学生而言，其抽象思维能力尚处于不断的发展之中，理性思维往往需要感性材料作为支撑.丰富多彩的现实生活是学生学习的兴趣之源.所以，物理科学方法教育总是力求贴近生活，从生活中挖掘丰富的课程资源，让生活材料为课堂教学服务，让学生理解和领会物理科学方法.

案例：课题“圆周运动的实例分析”中物理科学方法教育.

利用手段创设学生骑车拐弯录像、魔盘、本班学生手拉手的离心游戏、棉花糖制作过程短片等真实的学生非常熟悉的生活情景，来激发学生的兴趣；引入圆周运动的实例分析.

问题1.火车车轮结构与汽车车轮结构的不同点？

有效感性材料：

许多学生都坐过火车，但对火车车轮结构并不了解，这对于解决火车拐弯问题是一个难点.突破教学中的难点，启发学生的思维，制作火车车轮教具，并准备了两人一组的小火车模型，在教学中先让学生仔细观察、描述车轮结构，然后再来讨论火车在水平转弯时会出现的问题.这样有了车轮结构的感性基础，学生讨论问题就容易一些.

问题2.放录像火车转弯的情景，当火车转弯时，我们说它做圆周运动，那么是什么力提供火车的向心力呢？

有效感性材料：

（1）用课件分析内外轨等高时向心力的来源（因为实际不存在）.

（a）此时火车车轮受3个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力.

（b）外轨对轮缘的弹力提供向心力.

（c）由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的，且由于火车质量很大，故轮缘和外轨间的相互作用力很大，易损害铁轨.

（2）介绍实际的弯道处的情况.

（a）用录像资料展示实际的转弯处外轨略高于内轨.

（b）用课件展示此时火车的受力情况，并说明此时火车的支持力N的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧.

（c）进一步用课件展示此时火车的受力示意图，并分析得此时支持力与重力的合力提供火车转弯所需的向心力.

（d）强调说明：转弯处要选择内外轨适当的高度差，使转弯时所需的向心力完全由重力G和支持力N来提供，这样外轨就不受轮缘的挤压了.

问题3.火车转弯时，它做圆周运动，对应的轨迹圆是否倾斜？

有效感性材料：学生遇到在路基倾斜的弯道上转弯的汽车、火车的问题时，最容易出现的错误认识，是认为运动所对应的轨迹圆是倾斜的，不在水平面上.可结合视频图片，向学生展现出两种转弯轨迹（内外轨等高时、内外轨不等高的实际弯道处），让学生讨论可能性后，让每一名学生利用漏斗中的乒乓球转动的实验，模拟出汽车转弯时的水平圆轨迹，使学生从两种可能中选出了正确地答案.

上面简述了实施物理科学方法教育规律中“渗透”.过程中“模仿”.实验中“体验”.运用中“理解”的4种策略.当然，教师在课堂教学中还要针对学生学习高中物理的思维障碍特点，努力研究学生的实际心理特点与现有知识水平，大胆创新，有效地实现教学目标，让学生真正掌握的物理科学研究方法.