張錦科　張根英

摘要：物理學的發(fā)展史，最有價值的就是蘊藏其中的科學方法。本文從五個方面闡述了在物理學史教學中開發(fā)科學方法教育的策略，并且提出了遵循的原則。

關鍵詞：物理學史；科學方法；教學策略

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2014）2（S）-0015-4

1 物理學史教學中進行科學方法教育是一條新途徑

物理學的發(fā)展史，實際上也是科學方法的發(fā)展史。因為每位物理學家都有其獨特的研究問題的科學方法。比如，伽利略巧妙地應用了科學推理的方法，揭露了維持兩千多年的古希臘哲學家亞里斯多德闡述的“重物比輕物落得快”的論斷所包含的矛盾：卡文迪許精巧地設計了扭秤實驗，在懸掛啞鈴裝置的石英絲上裝一面小鏡子，利用光束反射來“放大微小形變”，解決了引力常量這個歷史性難題；德布羅意應用了類比法、假設法提出了物質波的概念：帕斯卡應用了實驗推理法得出了帕斯卡定律：庫侖應用了類比法建立了庫侖定律：愛因斯坦應用了直覺思維和理想實驗的方法創(chuàng)立了相對論等等。這無一不說明了物理學史中既有物理學知識。又蘊藏著研究問題的科學方法，以及科學家發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的艱辛過程。對學生進行物理學史的教育，不僅可以激發(fā)學生學習物理知識的熱情，而且可以促使學生領悟其中包含的科學思維和科學方法，更可以培養(yǎng)學生追求真理、獻身于人類文明事業(yè)的精神。

物理學在發(fā)展過程中，不僅產生了寶貴的理論成果，更留給了后人彌足珍貴的一系列的科學方法?？茖W方法作為人類文明的結晶，是物理認識活動的中介，是連接物理現(xiàn)象與物理知識的紐帶，處于物理學的核心地位。近代科學強調科學方法對于科學理論的創(chuàng)立、發(fā)展的決定性意義?？茖W發(fā)展史一再論證，沒有某種科學方法及其指導下的研究規(guī)則和實驗設計，科學理論是不會產生的，也將難于有效地發(fā)揮理論知識的功能和作用。因此，加強科學方法教育的力度，拓寬科學方法教育的渠道，是每一位物理教師需要認真思考的問題。物理學史由于其特殊性，其中體現(xiàn)或隱藏的科學方法比比皆是?？梢哉f物理學史是蘊藏科學方法的寶庫，這個寶庫不挖掘、不利用，實是浪費可惜?？梢?，利用物理學史進行科學方法教育是一條可開發(fā)的新途徑。

2 物理學史教學中開發(fā)科學方法教育的策略

2.1 挖掘教材史料，顯化科學方法

教材中物理學史的內容大多為陳述性介紹，科學方法隱藏于其中沒有明確顯現(xiàn)出來。教師有可能對科學方法教育認識不夠全面，很少注意到物理學史中科學方法教育的素材，或者缺乏對科學方法教育內容的挖掘。從學生的角度講，他們意識不到物理學史中的科學方法及其重要性，從而錯過了學習科學方法的良好機會，導致“過程與方法”目標的達成虛化。

顯性教育觀認為，只有像物理知識教育那樣，明確地向學生講解科學方法的內容，指出科學方法的名稱，傳授有關該方法的知識，揭示方法的形式、操作過程，說明原理，使學生處于有意識地接受科學方法的狀態(tài)，才能實現(xiàn)一定的教育目標。教師需要深入挖掘物理學史中隱含的科學方法。對教材史料部分內容作適當補充、拓展，制定可行的目標要求及達標方法，明確教學的重點，結合學生實際特點因材施教。這樣，教師才能居高臨下、游刃有余。教師既教給學生物理學史知識，又教給學生科學思維的方法，教學效果一定會好。

如高中“自由落體運動”一節(jié)教學。歷史上，伽利略首先通過佯謬的思想實驗。否定亞里斯多德的物體越重下落越快的結論：然后運用數學工具得出初速為零的勻加速直線運動是一常量；進而用斜槽實驗驗證物體從光滑斜面的下滑運動符合等于常量的規(guī)律；最后將斜面實驗推廣，得出結論：落體運動是勻加速運動。伽利略通過長期的實驗研究，觀察到同一高度同時下落的輕重不一的物體的下落情況，伽利略認為自然界“總是習慣于運用某種最簡單和最容易的手段”。這一哲學思考，使他大膽猜想自由落體運動是勻加速運動。他關于落體的一切研究都是為了確證這一猜想，他的斜槽實驗也是為此而設計的。伽利略開創(chuàng)的觀察實驗、邏輯論證與數學方法相結合的研究方法極大地推動了物理學的發(fā)展。他對運動理論的研究所采用的方法可總結為：

2.2 追尋科學家足跡，渲染科學方法

實踐證明，物理學史教學中，僅僅局限于“蜻蜓點水”式的顯化科學方法，無法引起學生足夠的重視，教學效果不會好。教學中適時適度地介紹具體的、相關的科學方法的本質涵義，如何應用，需注意什么，起到什么作用，使學生逐步了解體會科學方法的涵義和作用，并進行恰當的渲染烘托。使學生明確科學方法在科學研究活動過程中的重要意義?？茖W活動孕育出科學方法，科學方法反過來助推科學的發(fā)現(xiàn)，應用科學方法獲得成功是科學家的鮮明特征。

渲染科學方法的功能還在于對學生的啟發(fā)，通過對科學方法的不斷了解、積累和熟練，使學生形成一種心理定勢，養(yǎng)成科學作風，逐步樹立科學的世界觀，并貫穿于自己終生的工作方法之中。這是從根本上提高學生科學素養(yǎng)的有效途徑，即從長遠看方法比知識更重要。

例如，在“行星的運動”教學中，教師先介紹哥白尼創(chuàng)立日心說的物理史事，再介紹說明哥白尼創(chuàng)立日心說采用的假設一演繹的方法是許多科學家進行科學創(chuàng)新時常用的科學方法。它是根據一定的，有時甚至是少量的經驗事實提出試探性猜想。進行論證，從而形成科學假說，然后求助于實驗驗證。教師通過對假說一演繹方法的具體定義，使學生對其有逐步的認識，在今后的學習中逐漸鞏固、深化。日心說的提出使人類邁出了認識宇宙歷程中最艱難而重要的一步，這不僅是石破天驚的偉大創(chuàng)新，而且是近代科學革命的真正開端。體會這個驚世駭俗的理論體系的創(chuàng)立過程，我們不難發(fā)現(xiàn)，在科學風暴來臨之前，正是哥白尼的一系列科學思維方法的醞釀促使了人類認識的突發(fā)性飛躍，科學方法正處在這種飛躍的關節(jié)點上。面對百思不得其解的問題，一旦超越了自我，就獲得了某種新奇的思路或方法，一下子抓住關鍵，頓悟研究的問題。教師有意識地營造渲染有利于培養(yǎng)學生科學方法教育的環(huán)境和氛圍，通過啟發(fā)誘導，潛移默化，持之以恒，把科學方法的點點滴滴滲入學生的心田。學生才會對所學科學方法印象深刻，并能逐步體現(xiàn)在對客觀世界的反應上。

2.3 創(chuàng)造探究情景，體驗科學方法

現(xiàn)代教學觀認為，學生的探究能力的形成需要一個過程。既不是把什么都直接告訴學生，也不是事事都要他們去獨立探索，而是創(chuàng)造出一個良好的學習認知情景，對學生的探究進行引導，這種情景包括模擬的科研情景。教師根據一定物理學史的內容，提出一系列符合科學邏輯發(fā)展過程的問題，預先計劃好要做的觀察、實驗、討論、分析和交流等活動程序，讓學生追蹤當年科學家的發(fā)現(xiàn)思路，主動地進行探索，在解決問題中獲取知識，領悟其中的科學方法。教師只需必要的點撥或指導，不需過多干涉，學生定能有所收獲。

英國學者貝爾納指出，“如果學生不能夠以某種方式親自參加科學發(fā)現(xiàn)的過程，就絕對無法使他充分了解現(xiàn)有科學知識的全貌?！笨茖W方法體現(xiàn)在科學家的新發(fā)現(xiàn)之中，不親身經歷這種探究過程，就很難發(fā)現(xiàn)其中的科學方法及關鍵所在，無法體會某些只可意會不可言傳的奧妙之處。每經歷一次科學探究的過程，就是一次科學方法對學生的“洗禮”過程。

以“探究感應電流產生的條件”教學為例，教師如果不回顧法拉第十年艱難漫長的求索，無數次的實驗，應用猜想、逆向推理和類比等科學方法總結出電磁感應定律、力線思想和場的概念，學生就會認為這么簡單的實驗，很容易得出結論。為了澄清事實，教學中有必要還原科學家的辛路歷程，教師要努力創(chuàng)造條件，激勵學生追尋科學家的足跡，積極主動地參與探究的過程。教師可以先啟發(fā)：法拉第當年先是怎樣設想的，后是怎樣逐步改進的，以后又是怎樣設計的：在充分揭示法拉第思維方法的形成過程中，教師再讓學生親身經歷從實驗的初始設計到逐步完善的操作過程。這樣，學生才能領略到實驗設計的精妙所在，才能領悟到科學方法的獨特之處，也才能感受到法拉第的偉大之處以及科學道路的曲折艱辛，而這正是新課程標準所倡導和要求的。

2.4 應用多媒體手段.豐富科學方法

現(xiàn)代信息技術的迅猛發(fā)展和網絡技術的廣泛應用，為物理課程提供了豐富的課程資源。在物理學史教學中，恰當適度地運用多媒體無疑是錦上添花。多媒體不僅具有圖文并茂、聲像同步、模擬情景和形象逼真等特點，而且具有資源共享、素材豐富和功能強大等優(yōu)勢。它可以在短時間內，密集地推出教學內容，多角度、多形式、多方位表達相同的信息。還有它不受時間和空間的限制而使學生有更大的自由，學生可以反復觀看有疑問的畫面。學生也可以從課內延伸到課外學習。例如，作為補充，我們利用多媒體模擬伽利略研究自由落體運動的過程。在播放的過程中，對一些細節(jié)如“真空中羽毛和小金屬片下落一樣快”選用慢鏡頭播放，讓學生仔細觀察，并領悟其中蘊含的科學方法。借助多媒體進行物理學史教學，可以激發(fā)學生學習熱情，減輕師生負擔，彌補教材和教師史料知識的欠缺。

多媒體能夠把物理學史中復雜冗長的、抽象的史料知識，或者史料中有的但中學階段無法進行的一些實驗，以簡化、直觀、形象的形式呈現(xiàn)，這是進行科學方法教育所需要的。例如，學生觀看視頻。從模擬盧瑟福的α粒子散射實驗到提出核式結構模型的過程。觀看之余組織學生討論交流盧瑟福的散射實驗現(xiàn)象，以及是如何進行猜想、如何演繹原子內部結構的。這一過程至少有四方面的優(yōu)點，一是圖文并茂的視頻比教師枯燥講解更會引起學生的注意：二是通過教師前期的搜集、整理和剪輯等準備工作，使課堂更加緊湊、容量大、邏輯性強；三是通過形象化的模擬實驗彌補了無法真實實驗的不足：四是在教師的引導下。通過反復觀看視頻，讓學生嘗試猜想、推理原子的內部結構。正是這個過程，為學生實現(xiàn)由感性到理性的飛躍提供了可能。由此可見，借助多媒體進行物理學史和科學方法教育優(yōu)勢明顯。

2.5 搜集史料習題，強化科學方法

作為學生，物理習題是知識和方法練兵的一個重要陣地，也是檢驗運用科學方法解決問題能力的一種途徑。我們可以搜集或開發(fā)一些以物理學史為背景或素材的例題與習題，尤其要把體現(xiàn)科學家聰明才智的科學方法融入其中，重點考查。通過考查，加深學生對科學方法更深刻的理解，逐步達到靈活應用。也可以把科學家的經典實驗設計成比較簡單的探究課題，教師指導學生沿著科學家的探究思路開展活動，使學生從中領悟科學家的思維過程，體會科學家怎樣發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，從而領會科學研究的一般方法。

3 物理學史教學中進行科學方法教育遵循的原則

3.1 科學性原則

利用物理學史進行科學方法教育要尊重歷史，要實事求是。科學家的探索過程不是一帆風順的，必然走過彎路、歷經挫折、備受艱辛，一遍遍的思考，一次次的實驗，數十年如一日，最終獲得成功。因此我們在教學時，不能不切實際地過分夸大科學方法的作用，造成學生認為只要運用了恰當的方法就能解決問題。否則將不利于學生的科學態(tài)度、科學作風和科學精神的培養(yǎng)。教師必須使學生明白：科學的道路是不平坦的，甚至是極其艱辛的，需要有頑強的意志品質，要有百折不撓的獻身精神，失敗和挫折是科學研究中的必經之路。另外，一定的物理學史對應相應的科學方法，我們在教學中也不能脫離真實的史料，講與史料不沾邊的莫須有的科學方法，那也是不科學的。

3.2 適切性原則

教學必須遵循學生的認知規(guī)律因材施教。沒有理由也沒有必要讓學生弄清楚所有的科學史內容和科學家的思維過程。教學中物理學史內容的選擇、科學方法的滲透均要適切，不宜過繁過難。要充分發(fā)揮教師的主觀能動性重構適宜學生學情的史料知識，挖掘恰當的方法教育素材。根據學生的實際情況和認知特點，合理設計教學內容，引導學生“經歷歷史”，從而使學生領悟其中應用的科學方法?？茖W方法的教學中，講多少，講多深，教師必須有一個整體全局的把握。

3.3 滲透性原則

科學方法與其他物理知識不同。它所涉及的不是物質世界本身，而是人類認識物質世界的途徑和方式。如果只是從傳授科學史的角度進行教學，學生也可能從中學到一些科學方法，但只能是模糊的、零散的，收效甚微。但若在教學過程中弱化物理學史只講科學方法，也是不可取的，這樣會造成學生學習上的困難。因而進行科學方法教育時，一方面注意不要脫離物理學史的學習去另搞一套；另一方面又不能只顧講物理學史輕視科學方法教育。而是物理學史學習中滲透科學方法教育，科學方法視為物理發(fā)展史的脈絡和核心。即現(xiàn)在一些教師提倡的“雙線并行”的物理學史教學法。

3.4 體驗性原則

要達到科學方法教育的深層次目標，就要經歷必要的強化和訓練過程。若停留在體會領悟階段，學生就不能夠靈活應用所學科學方法解決問題，那么學習科學方法就毫無意義。新課程標準要求學生要具有一定的探究能力，其目的也在此。教學中教師要善于研發(fā)史學素材，設計適合學生實際的課題，讓學生追尋科學家的足跡，模仿科學家的探究過程，親身體驗一系列的思考、設計、實驗、分析等過程。在這一過程中，讓學生感知、思考、動手，最重要的是遇到困難時，不氣餒、不放棄，善于運用科學的思維方法解決問題。只有這樣，學生才能夠深刻領會并能夠靈活應用所學的科學方法。

3.5 循序漸進的原則

利用物理學史進行科學方法教育，也不能違背教育規(guī)律，力圖一蹴而就，否則只能適得其反。教師應有全局統(tǒng)籌的計劃，使科學方法教育按學生實際和教材的內容分散在高中三個年級進行教學。每一種方法的教學，內容力求少而精，講解通俗易懂，多舉具體事例，尤其是起始階段，在以后的教學中每次遇到要反復講，逐步深化。講解某一物理學史中的科學方法。既不要像歷史上那樣復雜，也不要面面俱到，應從我們現(xiàn)代認識的觀點側重講清一、兩種科學方法，取其精華以免貪多而不易于學生接受。

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（欄目編輯 趙保鋼）