李茜

(孝感高級中學 湖北 孝感 432100 )

高中物理新課程標準把“過程與方法”作為物理課程標準的三維度之一.要求教師在引導學生探究學習物理概念和規(guī)律的過程中，使學生體會和了解研究物理學的科學方法，能夠應用物理知識和方法分析解決一些生活及生產中的物理問題，增強學生的創(chuàng)新意識，發(fā)展學生終身學習能力和創(chuàng)新能力.那么什么是科學方法？研究物理問題采用的主要科學方法有哪些？物理教學中又怎樣對學生進行科學方法的教育？下面是筆者的一些認識.

1 科學方法的內涵及教育意義

科學方法是人們在認識和改造客觀世界的實踐活動中，為了解決某一具體問題，從實踐和理論上總結出來的正確的思維方式和行為方式.認知心理學把科學方法分為弱認知方法和強認知方法.弱認知方法指人們認識事物的邏輯思維方法，是普遍適用于各個領域的一般的認知方法，它包括分析、綜合、抽象、概括、類比、判斷、演繹推理等方法.強認知方法指特定專業(yè)領域的獨特的認知方法，是包括弱認知方法在內的科學方法.比如物理學中的實驗歸納法、控制變量法、理想模型法、等效替代法、類比法、比值定義法、數學方法等.

趙凱華先生指出：“物理學是唯一的一門理論和實驗高度結合的精密科學，物理學中有一套獲得知識、組織知識和應用知識的最有效的科學方法，通過物理課程學習和掌握物理學的研究方法，對于科學素質的培養(yǎng)有好處 .”我們知道，物理學是包括物理方法論的科學體系，物理理論的形成和發(fā)展離不開科學方法的指導.從物理教材中我們不難看出，每一個物理概念的建立，每一個物理規(guī)律的發(fā)現，無不滲透著科學家研究和探索物理世界的科學方法，它縱橫交錯、貫穿于整個物理學之中，把不同的知識點連接起來構成完整的知識結構體系.科學事實證明，正確的方法是科學之魂，可以起到事半功倍的作用；物理學中每一次重大問題的突破，必然伴隨著新的科學方法的產生和應用.從某種意義上講，“方法”比“知識”更重要，因此，在物理教學中使學生知道和掌握研究物理學的科學方法，對于培養(yǎng)學生的科學素質具有重要的現實意義.

2 科學方法的教育內容

物理學家在研究和描述物理現象、實施物理實驗、建立物理概念、尋找物理規(guī)律、構建物理理論的漫長歷史過程中，采取了許多行之有效的手段，形成了一系列研究物理問題的科學方法，通常稱為物理方法.物理方法是科學方法的重要組成部分，不僅推動了物理學自身的發(fā)展，還促進了其他科學領域的進步，具有一般科學方法的價值.中學物理中的科學方法主要有以下幾種.

2.1 抽象概括法

指認知者在對某類客觀事物現象或實驗事實充分感知、形成清晰表象的基礎上，運用分析、綜合、抽象、概括等邏輯思維方法，把事物現象共同的本質屬性特征加以概括而形成概念或規(guī)律的思維方法，如力的概念的形成，楞次定律得出的方法.

2.2 理想(化)模型法

為了研究問題的方便，在一定條件下，忽略研究對象的次要因素，突出和再現其主要因素，把研究對象進行高度的簡化和純化，建立反映研究對象主要特征模型的方法.如質點、理想氣體、點電荷、光線、勻速直線運動等都是理想化的物理模型.理想模型的建立，為研究實際物體的運動規(guī)律奠定了基礎，是一次科學思想的飛躍，是研究實際客體結構及運動規(guī)律的橋梁和紐帶.

2.3 實驗歸納法

是在實驗的基礎上，對實驗數據進行分析綜合、總結歸納出物理規(guī)律的認識方法.它主要體現在實驗數據的獲得，運用分析概括、數學方法進行加工整理，歸納出各物理量之間的內在聯系，再經實驗檢驗得出物理規(guī)律.用實驗歸納法得出的規(guī)律一般叫物理定律，如牛頓第二定律、動量守恒定律、閉合電路歐姆定律、法拉第電磁感應定律等.

2.4 演繹推理法

從已知的一般性物理規(guī)律出發(fā)，通過分析和限制條件，運用數學推導、演繹推理出新的結論，再經實驗檢驗上升為新的物理規(guī)律的方法.用演繹推理法得到的規(guī)律一般叫做定理.

演繹推理是由一般到個別的推理，要求以可靠的一般原理或規(guī)律為大前提，才能推出新的命題結論.

2.5 控制變量法

在用實驗探究物理規(guī)律過程中，當某個物理量受幾個物理變量因素的影響或制約時，先將其他的變量因素加以控制，保持不變，而讓其中一個因素發(fā)生改變，進而研究這個因素對該物理量的影響，由此總結出物理規(guī)律的方法.

如在研究物體的加速度a與受到的合外力F、物體質量m的關系中，先保持物體的質量m不變，發(fā)現物體的加速度與合外力F成正比；再保持合外力F不變，發(fā)現加速度a跟物體的質量成反比，綜合得出牛頓第二定律.再如向心力的大小F=mrω2,安培力的大小F=BIL所滿足的規(guī)律都是采用了控制變量法得到的.

2.6 等效替代法

是在保證某一方面效果相同的前提下，用一種理想的、熟悉的、簡單的物理現象(或物理對象、物理過程)替代實際的、陌生的、復雜的物理現象(或物理對象、物理過程)的思維方法.運用等效替代法可使問題化繁為簡、化難為易；具體操作的關鍵，是要明確不同事物在什么條件，什么范圍，什么方面上是等效的.常見的等效替代關系有：

(1)物理量的等效替代，如在研究共點力的合成實驗中，保證橡皮條伸長量相同的前提下，找到了兩個互成角度的共點力的合成規(guī)律——力的平行四邊形定則.

(2)研究對象的等效替代，如電磁感應中感應電動勢的等效電源，帶電粒子在電場、重力場的運動等效為復合場的運動，串并聯電路中的等效電路、等效電阻.

(3)物理過程或物理模型的等效替代，如電場的類平拋運動與重力場中的平拋運動等效，動量守恒問題中等效的“人船模型”.

2.7 類比法

2.8 比值定義法

為了表示物質的本質屬性特征和物體的運動特征，采取比值的形式定義一個物理量的方法.物理學中用比值定義的物理量占有相當大的比例.如用比值法表示物質本質屬性特征的物理量有：

它們的共同特征是：物質的屬性是由物質本身決定的，是一個不變的量，需要選取兩個或多個能反映物質屬性特征的可測物理量，它們的比值是一個與可測量無關的定值.

用比值法表示物體運動特征的物理量有：

它們的共同特征是：在相同時間內某物理量的變化量相等，用變化量和變化所用時間的比值表示物體的運動特征.

物理學中的科學方法很多，除了上述幾種方法外，還有圖像法、乘積定義法、轉換法、整體法、隔離法等等.

3 科學方法教育的途徑

巴甫洛夫認為,重要的是科學方法、科學思想的總結，認識一個科學家的方法遠比認識他的成果價值要大.在新課程理念下的物理教學中，應該結合教學內容適時、適度地對學生進行科學方法的教育，將科學方法的教育落實到具體的教學環(huán)節(jié)之中，將科學方法教育滲透到物理知識的認知活動中，使學生領悟科學方法，掌握科學方法，學會用科學方法解決物理問題，培養(yǎng)學生的科學思維能力和發(fā)明創(chuàng)造能力.

然而，科學方法并沒有在物理教材中以文字的形式明確表述出來，而是以“隱形方式”隱含在物理知識體系之中，往往不易引起教師和學生的重視，容易被淡化或忽視，長期以來使得科學方法的教育表現為隱性的教育方式.為了全面落實《普通高中物理課程標準》，有效實施“過程與方法”的教育，需要教師變科學方法的“隱性教育”為“顯性教育”，在引導學生形成物理概念、發(fā)現物理規(guī)律過程中，在應用物理知識解決實際問題的過程中，應該明確地指出科學方法的名稱、內容和操作過程，有目的、有計劃、有意識地進行科學方法的教育，寓科學方法的教育于物理概念的形成之中，寓科學方法的教育于物理規(guī)律的發(fā)現之中，寓科學方法的教育于物理訓練之中.

物理概念是對物理事物、物理現象本質特征的高度概括和抽象，是構建物理理論最基本的元素.物理概念分為定性概念和定量概念.定量的物理概念又稱為物理量，不同物理量的定義所用到的方法一般是不同的，定量確定物理量單位大小的科學方法也不同.

比如，物理學中七個基本物理量(質量m、長度L、時間t、熱力學溫度T、電流強度I、摩爾量M、發(fā)光強度I)單位的定義，必須采用國際上規(guī)定的實驗標準和具體的實驗操作程序來確定.由此可見，建立物理概念的過程必定有科學方法的參與.

在物理概念教學中，應引導學生認識每一個物理概念是怎樣形成的，運用了哪些科學方法.同時應向學生指出， 用科學方法建立起來的物理量，為定量認識物質結構和物體運動物理規(guī)律奠定了數學計算、演繹推理的基礎；人們在此基礎上采用一定的科學方法和實驗手段，在確定的條件下，建立起物理概念、物理量之間所滿足的關系，發(fā)現了物體運動的規(guī)律.物理學規(guī)律及科學方法的應用又推動了物理學的進步與發(fā)展.因此，結合物理概念的建立，物理規(guī)律的形成過程，及時介紹所用到的科學方法，是對學生進行科學方法教育的重要途徑.

1 中華人民共和國教育部 . 普通高中物理課程標準 .北京 ：人民教育出版社，2003

2 趙凱華. 對中學物理課程若干問題之我見. 物理教學 ，2009，31(2)：2