高中物理实验教学中科学方法教育的实践研究*

(江苏省宜兴第一中学,江苏 宜兴 214200)

1 物理科学方法教育简介

物理科学方法教育是指在物理教学中，结合物理教学有目的、有意识、有步骤地渗透和传授物理科学方法，使学生受到科学方法的熏陶和训练，逐步地掌握最基本、最主要的物理科学方法，以达到促进知识学习、能力培养和物理学科核心素养提高的目的。在物理实验教学中进行科学方法教育，可以使学生逐步明确科学方法在认识自然过程中的作用和意义，是提高学生智能水平，逐步树立科学的世界观，培养学生核心素养，促进学生终身发展的重要途径。

科学方法教育方式包括显性和隐性方式，科学方法的显性教育意在明确科学方法的名称，揭示科学方法的形式，挖掘科学方法的内涵，说明科学方法的使用条件，强化科学方法的训练；科学方法的隐性教育就是隐性地发挥科学方法的导向作用，使学生在学习过程中受到潜移默化的熏陶，一般不出现科学方法的名称，也不对科学方法的内容进行解释，其主要特点是通过知识教学渗透科学方法。

2 国内外高中物理实验教学中科学方法教育的现状

世界各国，特别是美国、日本等发达国家非常注重科学方法教育，强调要让学生习得研究方法，掌握获取知识的方式和步骤，学会科学思维。笔者借江苏省教育科学“十三五”规划课题“高中物理实验教学的中西方比较研究”的契机，协同课题组成员对人教版普通高中课程标准物理实验教科书和美国高中物理教科书《Physics：Principles and Problems》中科学方法教育的呈现方式进行对比分析，研究发现：美国教科书设置了第一章《物理学工具箱》，专门进行科学方法教育，将教科书中的主要方法以显性方式集中呈现，为物理知识的学习和实验探究的开展奠定了方法基础。人教版教科书在概念、规律等知识的教学过程中较多地采用了显性方式，例如：物理必修1中15页中的比值定义法、46页中利用实验检验猜想和假设的科学方法，在学生实验和课题探究部分多以隐性方式进行科学方法教育。

具体选择哪种教育方式，应该关注教学时间、学生的接受能力以及科学方法的难易程度等多种因素。如果学习的时间比较宽裕，则隐性教育更适合，可以让学生在学习过程中慢慢品味、体悟方法，这样构建的知识更牢固、更深刻。但是高中物理实验教学的现状是：首先，在江苏等地高考模式下，物理是选考科目，物理教学时间被大大压缩，教师只能充分利用课堂45分钟时间，尽量高效地进行科学方法教育；其次，高中生特别是高一学生缺乏对科学方法的认识和训练，在隐性教育中学生所接受的科学方法是笼统的、浅显的，并未深刻理解物理科学方法的本质含义；再次，在中学阶段，学校很少开设科学方法教育的课程，学生所接受的科学方法教育是分散的、不连贯的，不利于学生形成完整的科学方法体系，隐性教育最后就成了隐形教育。

笔者对所在学校的高中生进行了问卷调查，调查结果显示：(1) 多数学生尽管知道科学方法的重要性，但对科学方法的本质并不怎么了解。比如，学生通过学习质点模型了解了理想化的方法，但是却不知道其属于科学抽象的范畴；推导牛顿第二定律时运用了归纳推理的方法，但是却不知道其属于逻辑方法的范畴。(2) 探究性实验需要学生自己设计实验方案，在选择正确的科学方法时，学生力不从心，足见学生对科学方法理解不深刻，应用不熟练，缺乏迁移能力。

3 高中物理实验教学中科学方法教育的实践

物理实验教学是物理科学方法和科学内容联系最密切的教学形式，实验教学中蕴含丰富的科学方法教育内容，物理教师在实验教学过程中要努力从以下几方面开展科学方法教育。

3.1 对隐含在实验过程中的方法要素加以显化

人教版对实验过程中涉及的科学方法要素多以隐性方式渗透在教科书中，虽然在完成实验的过程中学生能体验到科学方法，但是隐性呈现科学方法的一个弊端是：学生对科学方法的学习是无目的、无意识的，从隐含的印象中得出的认识将是混乱不清和零散的。而教育的一个特点就是有意识、有目的地影响人，实验教学中科学方法教育的显化过程，就是挖掘隐藏在实验背后的科学方法要素，明确地告诉学生，并通过实验过程形象地展现出来，让学生深刻感受到科学方法的魅力，有意识地接受科学方法的训练，并经历检讨、修正和应用的过程。显化教育可以明确学习科学方法的目的和意义，有利于学生有意识地运用科学方法。

案例1 物理选修3-2演示实验：探究电磁感应的产生条件

教师演示图1甲实验，产生了感应电流，然后提问：你们认为产生感应电流的条件是闭合电路的一部分导体切割磁感线吗？有学生说是。教师演示图1乙实验，学生通过观察实验，立即否定了刚才的想法。教师再提出问题：那产生感应电流的条件是磁场和闭合回路的一部分导体有相对运动吗？学生有些迟疑，教师再演示图1丙实验，再次用实验揭晓答案，导体没有切割磁感线，磁场和闭合回路也没有相对运动，只有电键的闭合和断开，却产生了感应电流。学生似乎明白了什么，但还是不知道怎么总结产生感应电流的条件。接下来教师再引导学生分析三组实验共同的特征是什么，最终探索出产生感应电流的条件是闭合回路的磁通量发生了变化。教师总结：科学家就是通过以上实验过程一步步分析归纳得到产生感应电流的条件的。

图1

在课堂教学中充分体现学生的主体地位，注重学生的探究和知识的自主建构，让学生体验科学探究的一般过程，领悟科学研究方法。在整个教学中力求做到以实验为载体，渗透物理思想、物理方法和科学精神的教育，使学生在学习知识的同时，领悟研究问题的一般思维过程，明确科学方法，进而提升学生的核心素养。

3.2 教师需要及时挖掘科学方法要素，并对其进行解构与融通

解构是指教师能够从物理实验过程中提炼出方法，能够从大方法中分解出小方法，能够从解决实际问题的过程中归纳出方法。融通是指教师引导学生将科学方法与知识规律的学习相结合，将科学方法融入其他实验中。

案例2 物理必修1实验：测定反应时间

图2

师:在如图2的实验中，由于尺子下落时间太短，不好测量，但是下落的高度容易被测量，所以借助于下落的高度测量，通过位移、时间之间的关系来达到间接测量时间的目的，这种科学方法叫转换法。请同学们想一想，在我们前面利用气垫导轨测瞬时速度的实验中有没有运用过转换法？

生：有。由于滑块经过某一位置时的速度不容易直接测量，所以转换成测量遮光条的宽度和遮光时间。由于遮光时间很短，在很短时间内的平均速度近似等于瞬时速度，将测瞬时速度转换成测宽度和时间。

将转换的原因、过程剖析清楚，通过前后知识的相互联系使学生对转换法有更深刻的认识，使学生在以后设计实验时能主动运用转换法。

3.3 使学生接受系统的科学方法教育

教师应当将分散在教科书中的各个方法要素联系起来，将其归类整理，将个别方法与一般方法相联系形成完整的科学方法体系，将科学方法教育上升为方法观的教育，使学生对科学方法的学习不只停留在认识层面，更要培养其科学方法观。

案例3 物理选修3-3 实验：用油膜法估测分子的大小。

图3

师：如图3所示，把油酸分子看成球形，且一个挨一个紧密排列。这样分子的直径即油膜的厚度，等于油酸的体积与油膜的面积之比，这里运用了理想化模型的科学方法。理想化的依据是什么？据你推测，固体分子和气体分子模型分别是怎样的？

生：液体分子间距很小，可以忽略不计；固体分子间距也很小，也可以忽略不计；气体分子间距很大，不能忽略。

师：能不能把一个物体看成理想化模型(如把物体看成质点，把带电体看成点电荷)都要看被忽略的因素对研究的问题影响程度。

4 结语

在基础教育阶段，我们要凸显科学方法的工具性作用，提升科学方法的地位，引导学生掌握系统的科学方法，培养其终身学习能力和科学探究能力。高中物理实验教学中科学方法的显性化教育任重而道远，需要我们每一位教育工作者潜心钻研，为培养创新型人才贡献自己的力量。