(江蘇省宜興第一中學(xué),江蘇 宜興 214200)

1 物理科學(xué)方法教育簡(jiǎn)介

物理科學(xué)方法教育是指在物理教學(xué)中，結(jié)合物理教學(xué)有目的、有意識(shí)、有步驟地滲透和傳授物理科學(xué)方法，使學(xué)生受到科學(xué)方法的熏陶和訓(xùn)練，逐步地掌握最基本、最主要的物理科學(xué)方法，以達(dá)到促進(jìn)知識(shí)學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)和物理學(xué)科核心素養(yǎng)提高的目的。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)方法教育，可以使學(xué)生逐步明確科學(xué)方法在認(rèn)識(shí)自然過程中的作用和意義，是提高學(xué)生智能水平，逐步樹立科學(xué)的世界觀，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生終身發(fā)展的重要途徑。

科學(xué)方法教育方式包括顯性和隱性方式，科學(xué)方法的顯性教育意在明確科學(xué)方法的名稱，揭示科學(xué)方法的形式，挖掘科學(xué)方法的內(nèi)涵，說明科學(xué)方法的使用條件，強(qiáng)化科學(xué)方法的訓(xùn)練；科學(xué)方法的隱性教育就是隱性地發(fā)揮科學(xué)方法的導(dǎo)向作用，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中受到潛移默化的熏陶，一般不出現(xiàn)科學(xué)方法的名稱，也不對(duì)科學(xué)方法的內(nèi)容進(jìn)行解釋，其主要特點(diǎn)是通過知識(shí)教學(xué)滲透科學(xué)方法。

2 國(guó)內(nèi)外高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中科學(xué)方法教育的現(xiàn)狀

世界各國(guó)，特別是美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家非常注重科學(xué)方法教育，強(qiáng)調(diào)要讓學(xué)生習(xí)得研究方法，掌握獲取知識(shí)的方式和步驟，學(xué)會(huì)科學(xué)思維。筆者借江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的中西方比較研究”的契機(jī)，協(xié)同課題組成員對(duì)人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)物理實(shí)驗(yàn)教科書和美國(guó)高中物理教科書《Physics：Principles and Problems》中科學(xué)方法教育的呈現(xiàn)方式進(jìn)行對(duì)比分析，研究發(fā)現(xiàn)：美國(guó)教科書設(shè)置了第一章《物理學(xué)工具箱》，專門進(jìn)行科學(xué)方法教育，將教科書中的主要方法以顯性方式集中呈現(xiàn)，為物理知識(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)探究的開展奠定了方法基礎(chǔ)。人教版教科書在概念、規(guī)律等知識(shí)的教學(xué)過程中較多地采用了顯性方式，例如：物理必修1中15頁(yè)中的比值定義法、46頁(yè)中利用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)猜想和假設(shè)的科學(xué)方法，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)和課題探究部分多以隱性方式進(jìn)行科學(xué)方法教育。

具體選擇哪種教育方式，應(yīng)該關(guān)注教學(xué)時(shí)間、學(xué)生的接受能力以及科學(xué)方法的難易程度等多種因素。如果學(xué)習(xí)的時(shí)間比較寬裕，則隱性教育更適合，可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中慢慢品味、體悟方法，這樣構(gòu)建的知識(shí)更牢固、更深刻。但是高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀是：首先，在江蘇等地高考模式下，物理是選考科目，物理教學(xué)時(shí)間被大大壓縮，教師只能充分利用課堂45分鐘時(shí)間，盡量高效地進(jìn)行科學(xué)方法教育；其次，高中生特別是高一學(xué)生缺乏對(duì)科學(xué)方法的認(rèn)識(shí)和訓(xùn)練，在隱性教育中學(xué)生所接受的科學(xué)方法是籠統(tǒng)的、淺顯的，并未深刻理解物理科學(xué)方法的本質(zhì)含義；再次，在中學(xué)階段，學(xué)校很少開設(shè)科學(xué)方法教育的課程，學(xué)生所接受的科學(xué)方法教育是分散的、不連貫的，不利于學(xué)生形成完整的科學(xué)方法體系，隱性教育最后就成了隱形教育。

筆者對(duì)所在學(xué)校的高中生進(jìn)行了問卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示：(1) 多數(shù)學(xué)生盡管知道科學(xué)方法的重要性，但對(duì)科學(xué)方法的本質(zhì)并不怎么了解。比如，學(xué)生通過學(xué)習(xí)質(zhì)點(diǎn)模型了解了理想化的方法，但是卻不知道其屬于科學(xué)抽象的范疇；推導(dǎo)牛頓第二定律時(shí)運(yùn)用了歸納推理的方法，但是卻不知道其屬于邏輯方法的范疇。(2) 探究性實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在選擇正確的科學(xué)方法時(shí)，學(xué)生力不從心，足見學(xué)生對(duì)科學(xué)方法理解不深刻，應(yīng)用不熟練，缺乏遷移能力。

3 高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中科學(xué)方法教育的實(shí)踐

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理科學(xué)方法和科學(xué)內(nèi)容聯(lián)系最密切的教學(xué)形式，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中蘊(yùn)含豐富的科學(xué)方法教育內(nèi)容，物理教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中要努力從以下幾方面開展科學(xué)方法教育。

3.1 對(duì)隱含在實(shí)驗(yàn)過程中的方法要素加以顯化

人教版對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中涉及的科學(xué)方法要素多以隱性方式滲透在教科書中，雖然在完成實(shí)驗(yàn)的過程中學(xué)生能體驗(yàn)到科學(xué)方法，但是隱性呈現(xiàn)科學(xué)方法的一個(gè)弊端是：學(xué)生對(duì)科學(xué)方法的學(xué)習(xí)是無目的、無意識(shí)的，從隱含的印象中得出的認(rèn)識(shí)將是混亂不清和零散的。而教育的一個(gè)特點(diǎn)就是有意識(shí)、有目的地影響人，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中科學(xué)方法教育的顯化過程，就是挖掘隱藏在實(shí)驗(yàn)背后的科學(xué)方法要素，明確地告訴學(xué)生，并通過實(shí)驗(yàn)過程形象地展現(xiàn)出來，讓學(xué)生深刻感受到科學(xué)方法的魅力，有意識(shí)地接受科學(xué)方法的訓(xùn)練，并經(jīng)歷檢討、修正和應(yīng)用的過程。顯化教育可以明確學(xué)習(xí)科學(xué)方法的目的和意義，有利于學(xué)生有意識(shí)地運(yùn)用科學(xué)方法。

案例1 物理選修3-2演示實(shí)驗(yàn)：探究電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件

教師演示圖1甲實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生了感應(yīng)電流，然后提問：你們認(rèn)為產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感線嗎？有學(xué)生說是。教師演示圖1乙實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)，立即否定了剛才的想法。教師再提出問題：那產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是磁場(chǎng)和閉合回路的一部分導(dǎo)體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)嗎？學(xué)生有些遲疑，教師再演示圖1丙實(shí)驗(yàn)，再次用實(shí)驗(yàn)揭曉答案，導(dǎo)體沒有切割磁感線，磁場(chǎng)和閉合回路也沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，只有電鍵的閉合和斷開，卻產(chǎn)生了感應(yīng)電流。學(xué)生似乎明白了什么，但還是不知道怎么總結(jié)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。接下來教師再引導(dǎo)學(xué)生分析三組實(shí)驗(yàn)共同的特征是什么，最終探索出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是閉合回路的磁通量發(fā)生了變化。教師總結(jié)：科學(xué)家就是通過以上實(shí)驗(yàn)過程一步步分析歸納得到產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件的。

圖1

在課堂教學(xué)中充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，注重學(xué)生的探究和知識(shí)的自主建構(gòu)，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的一般過程，領(lǐng)悟科學(xué)研究方法。在整個(gè)教學(xué)中力求做到以實(shí)驗(yàn)為載體，滲透物理思想、物理方法和科學(xué)精神的教育，使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)，領(lǐng)悟研究問題的一般思維過程，明確科學(xué)方法，進(jìn)而提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

3.2 教師需要及時(shí)挖掘科學(xué)方法要素，并對(duì)其進(jìn)行解構(gòu)與融通

解構(gòu)是指教師能夠從物理實(shí)驗(yàn)過程中提煉出方法，能夠從大方法中分解出小方法，能夠從解決實(shí)際問題的過程中歸納出方法。融通是指教師引導(dǎo)學(xué)生將科學(xué)方法與知識(shí)規(guī)律的學(xué)習(xí)相結(jié)合，將科學(xué)方法融入其他實(shí)驗(yàn)中。

案例2 物理必修1實(shí)驗(yàn)：測(cè)定反應(yīng)時(shí)間

圖2

師:在如圖2的實(shí)驗(yàn)中，由于尺子下落時(shí)間太短，不好測(cè)量，但是下落的高度容易被測(cè)量，所以借助于下落的高度測(cè)量，通過位移、時(shí)間之間的關(guān)系來達(dá)到間接測(cè)量時(shí)間的目的，這種科學(xué)方法叫轉(zhuǎn)換法。請(qǐng)同學(xué)們想一想，在我們前面利用氣墊導(dǎo)軌測(cè)瞬時(shí)速度的實(shí)驗(yàn)中有沒有運(yùn)用過轉(zhuǎn)換法？

生：有。由于滑塊經(jīng)過某一位置時(shí)的速度不容易直接測(cè)量，所以轉(zhuǎn)換成測(cè)量遮光條的寬度和遮光時(shí)間。由于遮光時(shí)間很短，在很短時(shí)間內(nèi)的平均速度近似等于瞬時(shí)速度，將測(cè)瞬時(shí)速度轉(zhuǎn)換成測(cè)寬度和時(shí)間。

將轉(zhuǎn)換的原因、過程剖析清楚，通過前后知識(shí)的相互聯(lián)系使學(xué)生對(duì)轉(zhuǎn)換法有更深刻的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生在以后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)能主動(dòng)運(yùn)用轉(zhuǎn)換法。

3.3 使學(xué)生接受系統(tǒng)的科學(xué)方法教育

教師應(yīng)當(dāng)將分散在教科書中的各個(gè)方法要素聯(lián)系起來，將其歸類整理，將個(gè)別方法與一般方法相聯(lián)系形成完整的科學(xué)方法體系，將科學(xué)方法教育上升為方法觀的教育，使學(xué)生對(duì)科學(xué)方法的學(xué)習(xí)不只停留在認(rèn)識(shí)層面，更要培養(yǎng)其科學(xué)方法觀。

案例3 物理選修3-3 實(shí)驗(yàn)：用油膜法估測(cè)分子的大小。

圖3

師：如圖3所示，把油酸分子看成球形，且一個(gè)挨一個(gè)緊密排列。這樣分子的直徑即油膜的厚度，等于油酸的體積與油膜的面積之比，這里運(yùn)用了理想化模型的科學(xué)方法。理想化的依據(jù)是什么？據(jù)你推測(cè)，固體分子和氣體分子模型分別是怎樣的？

生：液體分子間距很小，可以忽略不計(jì)；固體分子間距也很小，也可以忽略不計(jì)；氣體分子間距很大，不能忽略。

師：能不能把一個(gè)物體看成理想化模型(如把物體看成質(zhì)點(diǎn)，把帶電體看成點(diǎn)電荷)都要看被忽略的因素對(duì)研究的問題影響程度。

4 結(jié)語(yǔ)

在基礎(chǔ)教育階段，我們要凸顯科學(xué)方法的工具性作用，提升科學(xué)方法的地位，引導(dǎo)學(xué)生掌握系統(tǒng)的科學(xué)方法，培養(yǎng)其終身學(xué)習(xí)能力和科學(xué)探究能力。高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中科學(xué)方法的顯性化教育任重而道遠(yuǎn)，需要我們每一位教育工作者潛心鉆研，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才貢獻(xiàn)自己的力量。