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浅论物理教学中的科学方法教育

中学物理教学大纲中明确规定：

“要重视科学态度和科学方法的教育”。

加强科学方法教育是近年来中学物理教学改革与研究中的热门话题，然而如何将科学方法教育和知识教育有机结合在一起，并在教学实践中加以落实，却有相当难度。

这主要原因是我国物理教材的编选，教学内容的选配，都将物理知识的逻辑性放在首位，过分强调物理知识的完整性和广泛性，而对各知识点的内在联系及各物理学家对此的研究过程却展示得不够，或采用软处理的方法将其隐含于知识之中。

即使对物理学家的研究加以介绍，也是各采用了略去研究过程中大量的具有方法意义的内容，因而不利于学生从中体会科学家的研究方法，再加上传统教育和应试教育的影响，我国的中学物理教学长期以来都比较重视纯知识教学，而较忽视科学方法的教育，或是认为只有知识教学才是实在的，科学方法教育只是一理想的口号，难以在实际教学工作中得到落实。

这就要求我们有必要对在中学物理教学中如何实施科学方法教育的问题，进行深入的研究与思考以求在知识教学的过程中，同步提高学生的综合能力和科学素养。

―、物理科学方法的内容及其教育功能

所谓物理科学方法，指的是研究物理问题时经常采用的一些方法和手段，如观察和试验方法、归纳和演绎方法、科学抽象和理想化方法、比较和类比方法、分析和综合方法、数学方法以及

科学假设方法等。

这些方法大多隐含在物理知识之中，比如在力学和电学中经常使用的是比较和类比方法；在热学中经常使用的是归纳和演绎方法；在原子物理学中经常使用的是科学假设方法。

科学方法教育是物理教学的重要组成部分，是培养创新人才的有力手段。

物理教学的目的之一，就是应该让学生熟练地掌握这些具体的物理科学方法，使学生在接受知识的同时，受到科学方法的教育。

在物理教学中注重物理科学方法的教育和训练，有助于发展学生的智力和能力，使学生在掌握知识的过程中，智力和能力得到充分的培养，从而有效地提高学生的科学素养。

例如，采用探究教学模式，在创设一定教学情景的条件下，让学生通过实验或逻辑推理的方法，去发现各个物理量之间的联系与规律；通过学生的动手实践或采用比较、分析和综合的方法，来增加学生的感性认识，从中体会物理概念的形成过程或物理规律的形成过程，既开拓了思路，又更深层地领会教材内容。

又如，注重观察与实验的方法，能培养学生的实验能力与想象能力，激励学生对物理现象的变化过程，变化的相关因素和可能的结果进行大胆的想象、猜想与验证，以激发学生的创造性思维。

再如，让学生自主参与类似于物理学家当年的研究过程，来培养学生的科学意识和训练的科学方法。

在物理教学中我们要培养学生的科学素养，科学素养包括科学知识、科学观念、科学的研究方法、科学的思维方法以及科学．

态度、科学的价值等。

重视和加强科学方法教育，不仅能使学生体会、认识和掌握科学的研究方法和科学的思维方法，而且还能在逐步养成学生的科学态度，树立科学思想和观念。

二、物理教学实施科学方法教育的方式

对科学方法的理解与掌握比物理知识的理解与掌握难得多。

因为物理教材中科学方法因素大多是隐含的，科学方法教育也大多是隐含的，所以科学方法教育必须于物理知识的教学相结合，与学生的解题训练相结合，以知识传授与解题训练作为科学方法教育的载体，让学生在学习知识的过程中潜移默化受到科学方法的熏陶。

1.寓科学方法教育与物理知识传授之中

从知识角度看，物理教学是学生在教师指导下能动地认识物理现象的本质和规律的过程。

用方法论观点分析学生的认识过程与物理学家探究物理世界的过程，可知它们有一定的相似之处：

两者都是从问题出发，都要检索已有的知识，都要用到观察实验方法、科学思维方法和教学方法等；物理学家要根据理论或假设去解释或预言物理现象，学生需根据所学理论方法去解释物理现象或有关实际问题，解决问题的模式几乎相同，只是创造性和复杂性的程度不同而已。

这就决定了物理科学方法教育必须寓与知识传授之中，两者应是密不可分的。

例如，在“电磁感应”教学中，创设问题情景，让学生做指影响感应电动势大小的因探寻感应电流的形成条件，导性实验，

素，感应电流的磁场与原磁场磁通量的变化关系，用自己的话来表述电磁感应现象、法拉第电磁感应定律和楞次定律，并进一步加以实际运用。

这种教学模式的操作程序为：

“观察实验―归纳验证―具体运用”。

教学中每一步骤由教师分步引导，启发学生自己去归纳发现结果。

这就是观察、实验方法与归纳、演绎方法在物理知识教学中的应用。

再如，在“电场”教学中，将电势能与重力势能类比，让学生接受电势能的概念；将电场力做功与重力做功类比，让学生接受电场力做功的特点，同时从中学到类比方法。

在“原子物理”的教学中，通过介绍原子模型的演变、发展，让学生认识到“实验―假设―新实验―新假设”这样一种科学假说方法。

诸如上述例子在物理学中非常多，只要我们潜心挖掘并与物理教学有机地结合起来，对学生科学素养的培养是大有裨益的。

2寓科学方法教育于物理解题训练之中

从学的方面说，学生是知识的主体，外因需要通过内因起作用，不仅知识的掌握和能力的培养必须通过学生积极的努力才能做到，而且科学方法的掌握也必须通过学生自己的尝试和体验才能达到，学生必须在解决实际问题的应用中才能逐步掌握物理的科学方法。

为了让学生掌握一些典型的科学方法，教师需要编写一些必须运用科学方法来解决的训练题。

如我们知道“单摆”是一个理让学生讨论：

可安排如下系列问题，在学习这一节之后，想模型，

双线摆；小球在半径很大的光滑半圆形凹槽的最低点两侧来回振动，单摆悬于光滑斜面上来回振动实例，让学生从中掌握类比与等效替代的方法。

再比如数学方法的运用。

众所周知，数学是研究物理问题的工具，数学语言是表达物理概念和物理规律最简洁、最深刻的语言；数学方法是进行物理分析、计算和推理的有效手段。

把物理问题转化为数学问题，再应用数学知识解决物理问题，这是物理教学中应该着重加强训练的内容。

请看下面的实例：

在原子反应堆中，用石墨作减速剂，使快中子减速。

已知碳核的质量是中子的12倍。

假设把中子与碳核的每次碰撞都看成是弹性正碰，而且认为碰撞前碳核是静止的。

问至少经过多少次碰撞，中子的动能才小于10E0。

（lg12=1.114，lg11=1.1041）

解析：

设中子和碳核的质量分别为M和m，碰撞前中子的速度为V。

，碰撞后中子和碳核的速度分别为V和V，根据动量和能量守恒定律得：

（1）

解

（1）

（2）得V=-V。

先把物理问题转化为数学问题，设E1，E2，。

。

。

，En

分别表示中子在第1次，第2次，。

。

。

第n次碰撞后的动能。

由数学归纳法可推得：

E1=E0，E2=E1=E0，所以有En=E0。

E

10已知，所以E0=En再用数学知识解决物理问题，因为

=E?

?

?

。

?

即10=有，2n（lg13-lg11）=6，得n=41.1

所以需要42次碰撞，中子的动能才小于10E。

物理学中使用数学方法的例子很多，诸如极值方法、数列方法、微积分方法等这些方法使物理学解决实际问题更为方便、准确。

三、物理教学实施科学方法教育的原则

课堂教学是实施科学方法教育的主渠道。

开展物理科学方法教育，要做到潜移默化、润物无声，不留教育痕迹，让学生在学习物理知识的同时，在不知不觉中接受物理科学方法的教育。

物理课堂实施科学方法教育应遵循以下三条原则。

1.隐含性原则

实施物理科学方法教育的最好方式就是渗透。

在课堂教学中结合物理概念和规律的导出，物理习题的讲解，物理实验的演示和观察，进行物理科学方法的渗透。

在进行科学方法渗透时，要做到含而不露，让学生在不知不觉状态下接受物理科学方法的培养和熏陶。

例如，在“万有引力定律”教学中，结合牛顿导出万有引力定律的过程，穿插物理科学方法教育，可以做到不留痕迹。

苹果落地使牛顿产生一种灵感，他猜想地球和苹果之间有引力，是不是所有物体之间都有引力？

牛顿利用了演绎推理的方法，把牛顿运动定律用于天体运动，用地球表面物体的重力加速度和月并把它导出了万有引力定律公式，球轨道上的加速度进行类比，

推广到所有物体之间。

牛顿导出万有引力定律的过程，应用了假设、联想类比、推理演绎、合理外推等多种科学方法，牛顿的思维活动也包括了多种非逻辑思维方法和逻辑思维方法。

学生听得津津有味，并未感受到老师在给他们进行物理科学方法教育，却从听课中知道了科学方法对物理学发展的重要作用，知道了科学方法对研究物理问题的潜在影响。

2.融合性原则

融合性就是把实施物理科学方法教育、学习物理知识和培养学生能力结合在一起，将三者融为一体，促进知识的掌握和能力的培养。

知识、方法和能力在学生生活中是密切联系、相互依赖、相互制约的。

在传授知识的同时，渗透物理科学方法，有利于学生掌握物理知识，促进对学生的多种能力的培养。

如在导出牛顿第二定律时就要用到控制变量法这一方法；在应用牛顿第二定律解题时就要用到隔离法和正交分解法等典型的物理方法。

当学生能自觉运用这些物理方法去研究问题、分析问题时，也就是学生具备了一定的实验能力、思维能力、分析和解决实际问题的能力。

能力是通过学习知识和方法等实践活动来培养的。

知识越丰富，方法越多越巧，解决问题的能力也就越强。

因此，一堂课的教学目标，不但要有知识目标，能力培养目标，还要有科学方法教育目标，把三者有机融合为一体。

2.适度性原则

学生的可接受适度性就是科学方法教育要根据教材的需要，

程度，挖掘教材的方法教育因素，制订出切合实际的渗透目标，不宜过难，要求过高。

当教材内容确有进行科学方法渗透的必要才加以渗透，反对脱离教材内容而空谈方法教育。

由于物理科学方法是穿插和隐含在教材之中，有的内容是和科学方法紧密地结合在一起，需要运用科学方法推导和归纳物理结论。

在讲解这部分内容时进行科学方法的教育，使学生理解结论的来龙去脉，效果就非常明显；有的章节内容只是隐含一些物理方法，在讲授这些知识时，对科学方法教育只要点到为止，起到画龙点睛的作用；有的物理知识和物理方法联系较少，就不必硬要进行科学方法教育，特别是脱离教材与内容空谈科学方法，只会使学生感到茫然，结果适得其反。

例如，在“原子核式模型”教学中，从粒子散射实验观察到的现象，经过猜测、假设、推理、演绎，最后提出了原子核式结构模型，用新的理论推翻旧的学说，将人们对对原子核式模型的认识又深入一层。

教材将方法和内容紧密结合在一起，突出了从实验事实出发，通过多种思维方法，建立正确的物理学说这一方法。

又如，有关“功和功率”的计算用到的物理科学方法相对较少，就不必硬要和科学方法相联系。

四、物理科学方法教育应注意的问题

物理教学实施科学方法教育，除了明了物理科学方法的内涵、实施方法和遵循原则外，还应注意以下几个问题。

教师要提高对科学方法教育重要性的认识1.

由于科学方法是隐含在物理教学的各个知识之中，因此在实际教学中常常会被以单纯知识性为主的教育评价掩盖，而被物理教育工作者所忽视。

这就要求我们能从物理教育对人的培养功能的高度来提高认识，物理知识的掌握诚然重要，但科学方法的掌握对人的成长具有更重要的意义。

同时从学校教育的目的来看，我们的学生将来未必也不能都成为物理学家，他们在学校所学的物理知识并不一定在他们的实际工作中有着直接的应用，而随着时间的推移，在学校学习的“完整的知识体系”也会在记忆中逐渐“支离破碎”。

因此，从长远的观点看，甚至可以认为掌握科学方法比单纯地记忆一些定态的物理知识更为重要。

2.要积极挖掘教材中实施科学方法教育的素材

实施科学方法教育，不能脱离物理知识的教学，这就要求我们在进行知识教学准备过程中，注意挖掘物理学发展过程中科学家是如何进行研究和发现的，是如何从困境中通过冥思苦想实现“柳暗花明又一村”的历史过程。

以物理知识为背景进行科学方法教育，我们的学生就能在学习知识的同时，体会到物理学的研究方法，从而增进他们的智慧。

物理教材孕藏着丰富的科学方法，如从力的合成到串、并联电路总电阻的等效思想；从伽利略的斜槽落球的理想实验到牛顿的“天地间力学规律”的统一；从奥斯特的“电生磁”到法拉第从原子结构的发现到量子力学的对电磁感应现象的猜想和探究；

建立等等，无不包含着极其深刻的物理科学方法。

尽管这些内容在教材中并未占据很大的篇幅，但是，只要我们能从认识上给予足够的重视，备课时在考虑知识教学的同时，还挖掘知识背后的方法因素。

那样科学方法教育就不是无本之木，无源之水。

3.点拨和渗透是实施科学方法教育的有效举措

因为科学方法教育的具体内容，往往是以隐型的方式出现在教材中，即科学方法教育在目前的教材中还未占据明显的突出位置，因此，物理教学应以物理知识的教学为主，物理科学方法教育就要以物理知识的教学为背景，在充分考虑到知识背后所隐藏的科学方法因素的同时，还在教学中不失时机地进行点拨和渗透。

这样既不会削弱知识的教学，又会使科学方法教育进行得自然、顺畅，也不致于造成进行科学方法教育而使生动、活泼的物理教学变得过于呆板。

如在进行力的合成与分解的教学中，只需适当地一句：

这个力与那几个力共同作用的效果相同，从作用效果上看，这个力的作用效果相当于那几个力共同作用的效果。

就像电阻串、并联的总电阻一样，这种利用效果相同的等效方法是物理学研究中常用的方法。

学生自然会从这段话中体会出等效方法的内涵，也会从一次次的具体应用中认识到所学的科学方法。

又如，在讲授电磁感应现象时，可以从复习电流的磁效应入手，提出奥斯特发现电流产生磁场，人们利用这一发现制成了电动机，那么磁能否产生通过新课的电呢？

这个问题的提出本身就隐含着一种科学方法。

．

学习，学生会从中体会出科学家是如何提出问题和解决问题的思路和方法。

总之，只要我们能从物理教学对人的培养功能的高度来认识，真正将科学方法教育视为物理教学的目的之一，应深入挖掘教学内容中的科学方法的教育因素，不失时机地加以点拨和渗透，则在物理教学中落实科学方法教育是不难实现的。