竇 瑾

（南京曉莊學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，江蘇 南京 211171）

“物理學(xué)是一門(mén)具有方法論性質(zhì)的科學(xué)”，物理學(xué)的這一學(xué)科特點(diǎn)決定了物理教學(xué)必須重視方法教學(xué).正如趙凱華先生曾經(jīng)指出的那樣：“物理學(xué)中有一套獲得知識(shí)、組織知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)的最有效的方法，通過(guò)物理課程學(xué)習(xí)和掌握物理學(xué)的研究方法，對(duì)于科學(xué)素質(zhì)、人生智慧的培養(yǎng)有好處.”然而，長(zhǎng)期以來(lái)，由于受多種因素的影響，高中物理教學(xué)中的方法教學(xué)一直未能得到應(yīng)有的重視.

1 方法的地位

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》前言部分在論及課程性質(zhì)時(shí)指出：“高中物理課程有助于學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)基本的物理知識(shí)與技能；體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程，了解科學(xué)研究方法；為終身發(fā)展，形成科學(xué)世界觀和科學(xué)價(jià)值觀打下基礎(chǔ).”同樣，《標(biāo)準(zhǔn)》前言部分在論及課程基本理念時(shí)指出，“高中物理課程旨在進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，從知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀3個(gè)方面培養(yǎng)學(xué)生，為學(xué)生終身發(fā)展、應(yīng)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)和未來(lái)發(fā)展的挑戰(zhàn)奠定基礎(chǔ)”.此外，在《標(biāo)準(zhǔn)》的其他部分，頻繁出現(xiàn)了諸如“了解物理學(xué)研究方法”、“認(rèn)識(shí)方法”、“體會(huì)方法”等關(guān)于方法的模糊表述和“實(shí)驗(yàn)方法”、“推理方法”、“理想模型方法”、“估測(cè)方法”等關(guān)于方法的明確說(shuō)法.這一系列關(guān)于方法的“模糊表述”和“明確說(shuō)法”充分揭示了方法在高中物理教學(xué)中所處的重要地位——方法是高中物理教學(xué)的目標(biāo)之一和內(nèi)容的一部分.

2 方法教學(xué)的途徑

從總體上來(lái)講，物理教學(xué)主要包括實(shí)驗(yàn)、知識(shí)建構(gòu)和知識(shí)應(yīng)用3個(gè)方面.自然，實(shí)驗(yàn)教學(xué)、知識(shí)建構(gòu)教學(xué)和知識(shí)應(yīng)用教學(xué)是方法教學(xué)的3條主要途徑.

2.1 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開(kāi)展方法教學(xué)

物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，而任何物理實(shí)驗(yàn)總是要經(jīng)歷根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康臉?gòu)思實(shí)驗(yàn)原理、選擇實(shí)驗(yàn)器材、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、操作、觀察和收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論、理論解釋等環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換、控制、近似、累積、外推等方法的“身影”總是伴隨其中.所以，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是開(kāi)展方法教學(xué)的主要途徑之一.

案例1.測(cè)量某電容器（電容值約1000μF左右）的電容.

用圖1所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn).所用的器材：數(shù)字式學(xué)生直流穩(wěn)壓電源、秒表、定值電阻（10kΩ）、量程1mA的電流表以及開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干等.

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：維持10V電壓給電容器充滿電.斷開(kāi)電鍵使電容器開(kāi)始放電，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)和測(cè)量電流.

依據(jù)測(cè)量結(jié)果作出電容器放電電流與時(shí)間的關(guān)系曲線，讀取曲線與坐標(biāo)軸所圍方格的個(gè)數(shù)得知電容器的放電量Q，則待測(cè)電容器的電容為C

圖1

該實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了物理實(shí)驗(yàn)方法的各個(gè)方面，尤其是間接的電量測(cè)量方法對(duì)高中生具有很好的訓(xùn)練價(jià)值，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的呈現(xiàn)也具有良好的示范意義.

2.2 在知識(shí)建構(gòu)教學(xué)中開(kāi)展方法教學(xué)

眾所周知，建構(gòu)物理知識(shí)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)和理性思維，其中理性思維又包括了比較和分類、分析和綜合、歸納和演繹、類比、想象、假說(shuō)以及理想化方法和數(shù)學(xué)方法等.所以，建構(gòu)知識(shí)教學(xué)是開(kāi)展方法教學(xué)的又一主要途徑.下面僅從對(duì)“電場(chǎng)強(qiáng)度”一節(jié)教科書(shū)的分析來(lái)說(shuō)明.

案例2.方法論視野下“電場(chǎng)強(qiáng)度”一節(jié)教科書(shū)的分析.

這節(jié)教科書(shū)先后向讀者呈現(xiàn)了“電場(chǎng)”、“電場(chǎng)強(qiáng)度”、“點(diǎn)電荷電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加”、“電場(chǎng)線”、“勻強(qiáng)電場(chǎng)”等5個(gè)方面內(nèi)容.方法貫穿于建構(gòu)電場(chǎng)強(qiáng)度概念的全過(guò)程，是整節(jié)教科書(shū)活的靈魂，主要列舉如下.

（1）“電場(chǎng)”概念的建立：根據(jù)現(xiàn)象（事實(shí)）提出假設(shè)的方法（“場(chǎng)”的假設(shè)得到了近代物理學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)的證實(shí)）.

（2）“檢驗(yàn)電荷”概念的引入：分析、假設(shè)和理想化模型等方法.

（3）“電場(chǎng)強(qiáng)度”的定義：分析、實(shí)驗(yàn)和綜合等方法，包括實(shí)驗(yàn)時(shí)的控制變量、綜合時(shí)的比值定義等.

（4）“點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算式”的導(dǎo)出：“從一般規(guī)律出發(fā)得出個(gè)別結(jié)論”的演繹方法.

（5）“電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加”的引出：演繹的方法——因?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度是矢量，所以它的疊加遵循矢量的運(yùn)算法則.

（6）“任意帶電體電場(chǎng)強(qiáng)度”的計(jì)算：分析和綜合的方法，即先“分”（點(diǎn)電荷）再“合”（疊加）.

（7）“電場(chǎng)線”的介紹——用電場(chǎng)線直觀描述電場(chǎng)：理想假設(shè)（盡管這一理想假設(shè)不像“場(chǎng)”那樣被近代物理學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)所證實(shí)）的方法.

（8）“電場(chǎng)線在電場(chǎng)中不相交”的解釋：演繹的方法（反證法）——基于“電場(chǎng)線上每一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的電場(chǎng)方向”這一基本假設(shè)和“電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向具有唯一性”這一客觀事實(shí)進(jìn)行“反證”.

（9）“電場(chǎng)線形狀”的演示——“把頭發(fā)屑懸浮在蓖麻油里，加上電場(chǎng)，微屑就按照電場(chǎng)強(qiáng)度的方向排列起來(lái)，顯示出電場(chǎng)線的分布情況”和“帶電人體的頭發(fā)由于靜電斥力而豎起散開(kāi)”：模擬（類比）實(shí)驗(yàn)的方法.

（10）“勻強(qiáng)電場(chǎng)”的定義：理想模型的方法.

（11）“勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)線的分布特征”的說(shuō)明：演繹的方法——由于場(chǎng)強(qiáng)方向處處相同，所以電場(chǎng)線應(yīng)該是平行的；由于場(chǎng)強(qiáng)大小處處相等，所以電場(chǎng)線的疏密應(yīng)該是均勻的.

2.3 在知識(shí)應(yīng)用教學(xué)中開(kāi)展方法教學(xué)

知識(shí)應(yīng)用主要包括用已有的物理概念和規(guī)律解釋、說(shuō)明一些現(xiàn)象和求證、求解一些問(wèn)題，而解釋、說(shuō)明和求證、求解的過(guò)程常常要經(jīng)歷根據(jù)物理情境建立物理模型、運(yùn)用物理知識(shí)列出方程和運(yùn)用數(shù)學(xué)方法分析求解等環(huán)節(jié).顯然，模型法、分析與綜合、數(shù)學(xué)方法等是知識(shí)應(yīng)用中常用到的方法.

案例3.列車以恒定功率從車站出發(fā)，沿平直軌道行駛5min時(shí)速度達(dá)到20m／s.設(shè)列車在行駛過(guò)程中所受的阻力恒定，則在這段時(shí)間內(nèi)，列車行駛的距離

（A）一定小于3km. （B）一定大于3km.

（C）一定等于3km. （D）不能確定.

圖2

分析：以恒定功率起動(dòng)的列車在最初的一段時(shí)間里做加速運(yùn)動(dòng)，但加速度逐漸變小，即列車在從車站出發(fā)后的最初一段時(shí)間里做初速度為0、加速度逐漸變小的變加速直線運(yùn)動(dòng).顯然，勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律無(wú)法直接用于解決這樣一個(gè)變加速運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題.怎么辦？選擇“3km”這一“特殊值”作為突破口.稍經(jīng)分析、計(jì)算便發(fā)現(xiàn)，“3km”恰好是一個(gè)初速度為0、5min內(nèi)速度達(dá)到20m／s的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體所運(yùn)動(dòng)的距離.這樣看來(lái)，解決原問(wèn)題的關(guān)鍵在于比較初速度同為0、末速度同為20m／s的勻加速運(yùn)動(dòng)和變加速運(yùn)動(dòng)（注意加速度逐漸減?。┰?min內(nèi)運(yùn)動(dòng)的距離大小.既然無(wú)法像勻變速直線運(yùn)動(dòng)那樣用“公式”來(lái)處理變加速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，那就不妨變通一下思路，嘗試用“圖像”來(lái)分析、解決問(wèn)題.所以，粗略地作出上述兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的v圖（示意圖），如圖2所示.不難看出，由于曲線段OCA下面的曲邊三角形面積大于直線段OA下面△AOB的面積，所以可以確定，5min內(nèi)列車行駛的距離一定大于3km，即本題的正確選項(xiàng)應(yīng)是（B）.

本題方法教學(xué)的著力點(diǎn)在于模型法和數(shù)學(xué)圖像處理方法，對(duì)變加速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的處理具有一定的典型意義.

3 方法教學(xué)的策略

綜上所述，方法地位重要、方法教學(xué)途徑多多.如何使方法教學(xué)更有成效呢？

3.1 學(xué)好“方法論”

物理教師要系統(tǒng)地學(xué)習(xí)方法論著作和文章，知道方法論的基本概念，熟悉方法的一般分類及各種方法的內(nèi)涵、價(jià)值、操作過(guò)程等.特別地，要熟練掌握歸納和演繹、分析和綜合、轉(zhuǎn)換、控制、理想化等等最基本、最常用的方法.

3.2 處處時(shí)時(shí)留心方法

既然有實(shí)驗(yàn)的地方、有知識(shí)建構(gòu)的地方、有知識(shí)應(yīng)用的地方就一定有方法——“方法無(wú)處不在”，那么，方法教學(xué)的關(guān)鍵就是教師成為有心人.要從分析教科書(shū)開(kāi)始，在方法教學(xué)“途徑”上，在教學(xué)評(píng)價(jià)中，處處、時(shí)時(shí)留心“藏”在實(shí)驗(yàn)、知識(shí)建構(gòu)、知識(shí)應(yīng)用等背后的方法這只“無(wú)形的手”.

3.3 處理好兩對(duì)“關(guān)系”

（1）處理好知識(shí)教學(xué)和方法教學(xué)的關(guān)系.首先，要杜絕單純傳授知識(shí)和孤立傳授方法這兩種極端做法，即要將知識(shí)教學(xué)和方法教學(xué)“擰成一股繩”，使知識(shí)和方法雙向聯(lián)動(dòng)、螺旋建構(gòu)、融為一體.其次，由于方法體現(xiàn)在具體實(shí)驗(yàn)、具體知識(shí)建構(gòu)和具體知識(shí)運(yùn)用的過(guò)程中，所以，方法教學(xué)要注意使實(shí)驗(yàn)、建構(gòu)知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程與方法的邏輯基本相一致.

（2）處理好方法教學(xué)中“隱性”和“顯性”的關(guān)系.根據(jù)筆者長(zhǎng)期在高中從事物理教學(xué)的經(jīng)歷來(lái)看，可以采取這樣的處理辦法：在學(xué)生初次接觸到某一方法時(shí)，方法教學(xué)一定采取“顯處理”的方式，即在提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、形成概念、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、運(yùn)用知識(shí)等環(huán)節(jié)中鮮明地指出所涉及的方法名稱、內(nèi)容和操作過(guò)程，讓學(xué)生了解關(guān)于這一方法的知識(shí)，獲得對(duì)這一方法的理性認(rèn)識(shí)，促進(jìn)他們有意識(shí)地學(xué)習(xí)方法，自覺(jué)地運(yùn)用方法學(xué)習(xí)和掌握后續(xù)知識(shí)、分析和解決以后遇到的問(wèn)題；在學(xué)生“重復(fù)”接觸過(guò)某一方法后，方法教學(xué)一般采取“隱性”的方式，即在教學(xué)過(guò)程中一般不再揭示該方法的名稱、不對(duì)該方法進(jìn)行解釋，采取“滲透”的辦法，讓學(xué)生在不知不覺(jué)中將外在的顯性指導(dǎo)轉(zhuǎn)變成自己內(nèi)隱的本能思維和學(xué)習(xí)能力.

3.4 發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)作用

除了上面提到的通過(guò)“隱性”的教學(xué)方式來(lái)發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)作用外，還可以通過(guò)利用教科書(shū)“說(shuō)一說(shuō)”、“科學(xué)漫步”、“問(wèn)題與練習(xí)”等欄目及課外讀物中關(guān)于方法的資源來(lái)發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握、運(yùn)用方法的主觀能動(dòng)作用.例如，“電場(chǎng)強(qiáng)度”一節(jié)教科書(shū)“說(shuō)一說(shuō)”欄目中關(guān)于“電場(chǎng)中的導(dǎo)體靜電平衡時(shí)內(nèi)部電場(chǎng)有何特點(diǎn)”、“科學(xué)漫步”欄目中“法拉第和場(chǎng)的概念”以及“問(wèn)題與練習(xí)”欄目中第3小題等都是能夠促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)知識(shí)、自主解決問(wèn)題、體會(huì)方法價(jià)值、確立方法觀的極好資源.

1 張憲魁.物理科學(xué)方法教育的研究與反思.物理教師，2011（4）－（5）.

2 李正福，李春密，邢紅軍.物理教學(xué)中的科學(xué)方法顯性教育.教育科學(xué)研究，2011（1）.

3 張啟平.物理科學(xué)方法教育的價(jià)值、方法與途徑.湖南中學(xué)物理，2010（6）.

4 張憲魁，李曉林，陰瑞華.物理學(xué)方法論.杭州：浙江教育出版社，2007.