例谈科学思维方法在物理教学中应用

摘要：科学思维，是形成并运用于科学认识活动、对感性认识材料进行加工处理的方式与途径的理论体系；是真理在认识的统一过程中，对各种科学的思维方法的有机整合，是人类实践活动的产物。

关键词：科学思维；物理教学；核心素养

一、 物理核心素养与科学思维

物理学科核心素养，是指学生在经过物理学习之后，具有的有利于自己进一步发展的素质和能力，同时这种素质也符合社会发展的需要。这些在物理学习中获得的素养，它们带有鲜明的物理学科的特质。

科学思维，形成于人类对物质世界的认识过程中，主要体现在科学家们探索自然规律时经常使用的非常有效的思维方法，同时具有了理论化和体系化的特点。对于指导人们进一步认识世界和改造世界具有指导作用。

科学思维被大家公认为是物理核心素养的重要因素之一。

二、 科学思维方法在物理学中应用事例

科学思维基本方法有很多，常用的基本方法有：分析与综合，比较与分类，抽象与概括，归纳与演绎，类比推理，等效替代等。本文受到篇幅所限，仅通过中学物理教材中涉及的科学思维方法非常典型的一些事例来说明。

（一） 分析与综合

分析与综合是科学思维中的基本方法。分析法一般是把研究对象的整体分解成多个部分来研究，或者是把研究问题的一个完整过程分解成多个小的分过程来研究。在研究了部分和小的分过程的基础上，再认识整体的特征。综合法就是把隔离出来的小的研究对象和分解开来的分过程逐一进行研究，最后再从整体上进行把握。而综合法一般都是跟分析法相伴而生，结伴而行的。分析法关注部分，整体着眼全局。

1. 分析法在物理教学中运用

力学中在选取研究对象进行受力分析时，常常对多个物体进行隔离处理，这就是典型的运用了分析法的思维方法。

在物理过程的研究中，也常常使用分析的思维方法。物理学上通过闪光照片等实验手段，把平抛运动的曲线运动，分解到水平方向和竖直方向上来研究，最后得出平抛运动的规律，就是典型的对物理过程采取的分析法。

2. 综合法在物理教学中的运用

万有引力定律和牛顿运动三定律就是牛顿在大量的实验和前人研究的基础上，运用综合法取得成就。

物体参加两个直线运动的合运动究竟是什么运动呢？在这个问题的研究时，综合法得到了充分的彰显。

3. 分析法与综合法的交错运用

热学中理想气体状态方程的教材呈现是这样的，在控制变量的前提下，运用分析法先后通过实验得出了玻意耳定律、查理定律和盖吕萨克定律三个定律，在此分析的基础上，又使用综合法，通过概括推理推导出理想气体的状态方程。这是典型的分析与综合法的成功案例。

（二） 抽象与概括

抽象与概括是揭示物质本质的常用科学思维方法。通过对事物大量的外在表象分析，从中找出物质共性的做法，叫做抽象法，抽象法实现从个性到共性的提升；概括却正好相反，它是从大量事物的共有的本质特征，推及某类事物一定具有的共同属性和本质特征。

物理学中理想模型的建立（例如质点和点电荷概念的建立）、理想过程的形成（自由落体运动和匀速直线运动等）、理想实验（例如伽利略的理想斜面实验）的思维方法都充分地体现出抽象和概括思维方法的魅力。

（三） 归纳与演绎

归纳法是从个别或特殊的事物概括出共同本质或一般原理的逻辑思维方法，它是从个别到一般的推理。其目的在于透过现象认识本质，通过特殊揭示一般。所谓演绎法，就是根据一类事物共有的属性、关系、本质来推断该事物中个别事物也具有此属性、关系和本质的思维方法和推理形式。

开普勒通过对太阳系六大行星运动规律的完全归纳，得出开普勒三定律。这是人类在天体运动认识历史上使用归纳法的成功案例。

电磁感应现象的产生条件是法拉第通过十年的大量的物理实验现象的积累，并使用了归纳的科学思维方法得到的。这是电磁学历史上的一个里程碑式的发现。高中物理教材中的楞次定律的得出也是归纳法使用的一个经典事例。

演绎推理是物理学理论体系的主要构成方式。例如力学理论，就是以牛顿三定律、动量守恒定律、功能关系等规律为前提，运用演绎推理导出来的。

演绎推理可以做出科学预见。例如麦克斯韦建立了电磁场方程后，预言了电磁波的存在。泊松亮斑是非常典型而又有趣的科学预见。泊松亮斑是光的波动说的反对者泊松利用了他不贊成的光的波动理论推导出来的。这个亮斑在泊松推导出来之前，从来没有被人们观察到，所以泊松就认为光的波动理论是错误的。有趣的是，按照泊松计算的位置，科学家们改进了实验方案，竟然看到了亮斑。这个实验有力的支持了光的波动说。

（四） 等效替代

等效替代法是中学物理中经常使用的科学思维方法。它重点在于两个研究对象或者研究过程在最后的物理效果上具有完全相互替代性。这种方法使用时，往往是用简单的易于研究的问题来替代复杂的和难以研究的问题。

等效替代法在中学物理中处处可见。等效电阻、黑箱问题、合力与分力的等效性，还有初中教材平面镜成像实验中，用蜡烛去寻找点燃蜡烛的像的方法，都是等效替代法。

三、 科学思维和物理核心素养的关系

核心素养含有三个方面，六大素养，十八个基本要点。科学思维属于核心素养中文化基础方面的科学精神范畴。科学思维对其他核心素养要点产生积极的推动影响作用。只有拥有科学思维素养的人，才可能成为全面发展的人。

参考文献：

[1] 王永菊.浅谈初中物理教学中的科学方法教育[J].文理导航（中旬），2013（9）.

[2] 黄秀梅.从教材到物理教学的几点思考[J].中学生数理化（学研版），2013（8）.

作者简介：陈立其，江苏省南京市，南京市金陵中学。