物理科學(xué)方法教育的意義

物理科學(xué)方法教育的意義

物理方法是指將不同物理研究方法的名稱、內(nèi)容、特點(diǎn)和操作過(guò)程逐步傳遞給學(xué)生，讓學(xué)生能夠在未來(lái)的物理學(xué)習(xí)和研究過(guò)程中靈活使用這些方法。在物理教學(xué)中對(duì)學(xué)生進(jìn)行物理科學(xué)方法教育,有助于學(xué)生掌握探究物理知識(shí)與規(guī)律的科學(xué)方法,有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng),同時(shí)也是新課程對(duì)物理教學(xué)的要求。一、科學(xué)方法在物理藏書(shū)中的應(yīng)用課程標(biāo)準(zhǔn)是編寫(xiě)和審定教科書(shū)最重要的依據(jù)之一。經(jīng)教育部組織審定通過(guò)、全國(guó)推薦使用的教科書(shū),都較好地體現(xiàn)了課程標(biāo)準(zhǔn)中的課程理念及對(duì)相應(yīng)學(xué)科的要求。綜觀高中物理教材,常見(jiàn)的物理科學(xué)方法主要分為觀察和實(shí)驗(yàn)的方法、邏輯思維方法、數(shù)學(xué)方法等幾類,其中每一類科學(xué)方法在物理教科書(shū)中都有各自具體的體現(xiàn)。滬科版高中物理1(以下簡(jiǎn)稱物理1)是這樣體現(xiàn)和滲透科學(xué)方法的。1.《理想國(guó)》第5章,就基本概念的表達(dá),并將其作為精神教學(xué)目標(biāo)的教學(xué)內(nèi)容盡管物理1的章首導(dǎo)讀中對(duì)教學(xué)目標(biāo)的文本表述比較生動(dòng),并配有大幅圖片,可謂是圖文并茂,并且語(yǔ)言上也應(yīng)用了很多學(xué)生容易理解的表達(dá)方式(如舉例、提問(wèn)、陳述等)。但是,這僅僅是對(duì)物理知識(shí)教學(xué)目標(biāo)而言的,章首導(dǎo)讀部分對(duì)物理過(guò)程與方法教學(xué)目標(biāo)的表述卻是十分籠統(tǒng)和含蓄的,甚至沒(méi)有涉及此方面的教學(xué)目標(biāo)。如第1章《怎樣描述物體的運(yùn)動(dòng)》的導(dǎo)讀內(nèi)容如下:2003年10月15日,一個(gè)令人驕傲的日子,一個(gè)彪炳史冊(cè)的日子,我國(guó)第一艘載人飛船滿載著全國(guó)人民的希望成功升空。飛船在茫茫太空中遨游,如何描述它的運(yùn)動(dòng)呢?文學(xué)家、藝術(shù)家采用形象的手法?！傲柙茟蛟掠毋y漢,轉(zhuǎn)瞬翔天過(guò)太空”,短短的一兩句話,就勾勒出了航天飛船的雄姿?？茖W(xué)家需要先建立一些基本概念。20世紀(jì)的著名物理學(xué)家、量子力學(xué)的創(chuàng)立者之一海森伯曾說(shuō)過(guò):“為了理解現(xiàn)象,首要條件就是引入適當(dāng)?shù)母拍?。只有借助于正確的概念,我們才能真正知道觀察到了些什么。”在本章中,我們將首先引入描述運(yùn)動(dòng)的一些基本概念,進(jìn)而通過(guò)對(duì)直線運(yùn)動(dòng)的初步研究,學(xué)會(huì)如何描述物體運(yùn)動(dòng)的快慢、運(yùn)動(dòng)變化的快慢,為進(jìn)一步學(xué)習(xí)更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)打下基礎(chǔ)。從以上內(nèi)容可以看出,這一章對(duì)教學(xué)目標(biāo)的表述主要在最后一段,其中物理知識(shí)教學(xué)目標(biāo)清晰可見(jiàn),即學(xué)習(xí)一些描述物理運(yùn)動(dòng)的基本概念,而“學(xué)習(xí)如何描述物理運(yùn)動(dòng)的快慢和運(yùn)動(dòng)變化的快慢”看似是對(duì)物理過(guò)程與方法教學(xué)目標(biāo)的表述,其實(shí)也是對(duì)基本概念(即速度和加速度)教學(xué)目標(biāo)的表述。至于其中涵含的具體的物理科學(xué)方法,如建立質(zhì)點(diǎn)理想模型的理想化方法,建立速度定義的比值定義法,描述速度、位移和時(shí)間關(guān)系的圖像法,用光電門(mén)測(cè)量瞬時(shí)速度的探究實(shí)驗(yàn)法等,其教學(xué)目標(biāo)在章首導(dǎo)讀中是看不到的。雖然我們不能要求教科書(shū)將教學(xué)內(nèi)容中所有隱含的科學(xué)方法都呈現(xiàn)在章首導(dǎo)讀中,但是一些重點(diǎn)要求學(xué)生掌握和理解的科學(xué)方法應(yīng)該加以強(qiáng)調(diào),最好的途徑就是將它們以教學(xué)目標(biāo)的方式呈現(xiàn)在導(dǎo)讀中。2.對(duì)社會(huì)學(xué)史的介紹物理1的內(nèi)容基本上包括了課程標(biāo)準(zhǔn)要求的基本概念、規(guī)律和實(shí)驗(yàn),以及一些物理前沿知識(shí)、物理學(xué)史和STS教育等,但是仍然存在不足之處。如對(duì)物理學(xué)史相關(guān)內(nèi)容的選擇就存在著一定的不足。物理1的第2章《研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律》和第5章《研究力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系》中引用了大量物理學(xué)史,而且編排也很合理。這無(wú)疑有利于學(xué)生了解科學(xué)家的研究過(guò)程和方法。但是在物理1的其他章節(jié),對(duì)物理學(xué)史的選擇就顯得有些欠缺,其主要表現(xiàn)是物理學(xué)史呈現(xiàn)的次數(shù)和容量少,呈現(xiàn)的方式也不完全合適。例如,物理1的開(kāi)篇、第1章、第3章和第4章,四部分內(nèi)容僅出現(xiàn)了兩次對(duì)物理學(xué)史的介紹。一次是在開(kāi)篇部分對(duì)美國(guó)發(fā)明家愛(ài)迪生的介紹,僅用了不到150字和一小幅他的頭像,另一次是在第3章第3節(jié)《摩擦力》介紹了達(dá)·芬奇關(guān)于滑動(dòng)摩擦力的研究,同樣用了不到250字和一副相當(dāng)不清楚的頭像。而且這兩次對(duì)物理學(xué)史的介紹都是通過(guò)“信息瀏覽”這種小欄目的方式呈現(xiàn)的。由于該欄目空間小,教科書(shū)只能用最簡(jiǎn)練的語(yǔ)言介紹科學(xué)家最終取得的成果,對(duì)于他們經(jīng)歷的艱辛過(guò)程和使用的科學(xué)方法則無(wú)暇顧及。3.科學(xué)方法教育物理1基本上有11種內(nèi)容呈現(xiàn)方式,即圖片與圖像、小注釋、討論與思考、案例分析、實(shí)驗(yàn)探究、多學(xué)一點(diǎn)、信息瀏覽、STS、課題研究、分析論證和課外活動(dòng)。這些內(nèi)容呈現(xiàn)方式在培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法方面都有各自的功能。如數(shù)學(xué)方面的函數(shù)圖像(位移—時(shí)間圖像、受力分析的平行四邊形圖像等),有助于學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)方法在物理學(xué)中的應(yīng)用;對(duì)科學(xué)方法進(jìn)行說(shuō)明和提示的小注釋(對(duì)質(zhì)點(diǎn)這種通過(guò)理想化方法建立的模型的簡(jiǎn)單介紹、對(duì)伽利略斜面實(shí)驗(yàn)的合理外推法的介紹、對(duì)受力分析的隔離法的介紹等),有助于為學(xué)生提示并解釋隨時(shí)出現(xiàn)在正文中的科學(xué)方法;“多學(xué)一點(diǎn)”中還要求學(xué)生自己推導(dǎo)公式,有助于對(duì)學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)方法和邏輯思維方法的訓(xùn)練與培養(yǎng);“討論與思考”、“分析與論證”則有利于學(xué)生判斷與推理、分析與綜合等邏輯思維方法的培養(yǎng);“實(shí)驗(yàn)探究”、“課題研究”以及“課外活動(dòng)”有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用各種物理科學(xué)方法的能力;“信息瀏覽”中的物理學(xué)史內(nèi)容對(duì)于引導(dǎo)學(xué)生感受和體驗(yàn)科學(xué)方法具有十分重要的作用。盡管物理1多樣化的內(nèi)容呈現(xiàn)方式在實(shí)施物理科學(xué)方法教育方面發(fā)揮了積極的作用,但是它仍然存在需要改進(jìn)的地方:一是物理1對(duì)科學(xué)方法的提示和介紹多數(shù)以正文旁批處的小注釋呈現(xiàn),與正文相比,小注釋文字量少字號(hào)小,不容易引起注意,學(xué)生如果不仔細(xì)閱讀課文往往會(huì)將其忽略。二是名稱不同的小欄目功能上有些重復(fù),或者根本是徒有虛名。如“課題研究”與“課外活動(dòng)”基本上區(qū)別不大,“案例分析”呈現(xiàn)的內(nèi)容基本上是傳統(tǒng)教科書(shū)中的例題解析過(guò)程。三是有關(guān)物理學(xué)史的閱讀材料太少,課后閱讀材料的小欄目“多學(xué)一點(diǎn)”、“信息瀏覽”、“STS”等呈現(xiàn)的內(nèi)容多數(shù)是物理前沿知識(shí)和物理知識(shí)在社會(huì)與生活中的應(yīng)用,物理學(xué)史相關(guān)資料太少。這些問(wèn)題在一定程度上都會(huì)影響教師在日常教學(xué)過(guò)程中有效實(shí)施物理科學(xué)方法教育。二、其他物理藏書(shū)中物理科學(xué)教育存在的問(wèn)題通過(guò)對(duì)物理1中物理科學(xué)方法的分析可知,物理1章首導(dǎo)讀中對(duì)教學(xué)目標(biāo)的體現(xiàn)、內(nèi)容選擇和內(nèi)容呈現(xiàn)等方面,在體現(xiàn)和滲透物理科學(xué)方法、實(shí)施物理科學(xué)方法教育上均具有自己的優(yōu)勢(shì),但也存在一些問(wèn)題。這些問(wèn)題不僅是一本教科書(shū)特有的,在其他物理教科書(shū)中也有不同程度的反映。面對(duì)高中物理教科書(shū)在科學(xué)方法教育方面存在的問(wèn)題,物理教師應(yīng)從以下幾方面有效實(shí)施物理科學(xué)方法教育。1.教學(xué)目標(biāo)不明確由于物理1在某些地方對(duì)物理科學(xué)方法教學(xué)目標(biāo)的呈現(xiàn)與表述不夠明顯和全面。因此,物理教師在使用時(shí),首先要分析教科書(shū)中的內(nèi)容,把握每節(jié)內(nèi)容中包含了哪些重要的物理科學(xué)方法,從而在教學(xué)過(guò)程中制定物理科學(xué)方法教學(xué)目標(biāo)。目前,有些教師在上課前給學(xué)生呈現(xiàn)的物理科學(xué)方法教學(xué)目標(biāo)往往太籠統(tǒng),一般呈現(xiàn)的是學(xué)會(huì)使用什么物理公式或規(guī)律解決什么問(wèn)題等這樣的目標(biāo),往往不能將教學(xué)內(nèi)容中隱含的物理科學(xué)方法真正挖掘出來(lái),將其名稱、特點(diǎn)、用法作為教學(xué)目標(biāo)呈現(xiàn)給學(xué)生,這樣不但不能引起學(xué)生對(duì)物理科學(xué)方法學(xué)習(xí)的重視,而且會(huì)使學(xué)生對(duì)物理科學(xué)方法的學(xué)習(xí)產(chǎn)生盲目性,最終影響到實(shí)施物理科學(xué)方法教育的有效性。因此,物理教師要發(fā)揮主動(dòng)性,制定具體的物理科學(xué)方法教學(xué)目標(biāo),以彌補(bǔ)高中物理教科書(shū)對(duì)物理科學(xué)方法教學(xué)目標(biāo)呈現(xiàn)的不足。例如,在制定物理1第1章物理科學(xué)方法教學(xué)目標(biāo)時(shí),教師應(yīng)當(dāng)將比值法、圖像法等本章涉及到的物理科學(xué)方法,分別按照學(xué)生需要掌握的程度,以子目標(biāo)的形式一一詳細(xì)地列在總的科學(xué)方法教學(xué)目標(biāo)下方,以供學(xué)生參考。2.物理教師要使學(xué)生建立在適當(dāng)?shù)臅r(shí)長(zhǎng)生高中物理教科書(shū)是按照知識(shí)體系和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律編寫(xiě)的,它不是方法論書(shū)籍,我們不能苛求物理教科書(shū)將科學(xué)方法都一一明確呈現(xiàn),供教師參考和學(xué)生學(xué)習(xí)。物理科學(xué)方法教育必須與物理知識(shí)的教學(xué)結(jié)合起來(lái),在傳授物理知識(shí)的過(guò)程中潛移默化地教給學(xué)生。盡管如此,物理教師也不能只追求科學(xué)方法的隱性教育和長(zhǎng)期效果,使學(xué)生看不到具體的科學(xué)方法或看不到運(yùn)用科學(xué)方法的效果而最終失去學(xué)習(xí)的興趣。相反,在教學(xué)過(guò)程中,物理教師要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候,針對(duì)適當(dāng)?shù)膬?nèi)容有意識(shí)地顯化隱含的物理科學(xué)方法。例如,在對(duì)合力與分力的概念進(jìn)行教學(xué)時(shí),教師可以向?qū)W生揭示其中蘊(yùn)含的等效替代思想,讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到等效替代思想的重要性;在探究牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程中,教師不要急于讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、盲目探究,應(yīng)該將實(shí)驗(yàn)中要用到的各種科學(xué)方法(如控制變量法等)為學(xué)生一一揭示,并讓學(xué)生進(jìn)行認(rèn)真的思考,然后再讓他們應(yīng)用正確的物理科學(xué)方法去探究實(shí)驗(yàn)。3.利用科學(xué)方法進(jìn)行物理測(cè)量和測(cè)量轉(zhuǎn)速的測(cè)量高中物理課程涉及很多物理學(xué)家,他們?nèi)〉脗ゴ蟪删偷脑蛑痪驮谟谒麄冊(cè)谔骄课锢硪?guī)律的過(guò)程中應(yīng)用了正確的物理科學(xué)方法。物理學(xué)家的事跡為進(jìn)行物理科學(xué)方法教育提供了很好的素材。然而,由于多種因素的制約,物理教科書(shū)往往大量呈現(xiàn)物理學(xué)知識(shí),對(duì)相關(guān)物理學(xué)史的介紹相當(dāng)有限。面對(duì)這種現(xiàn)實(shí),教師應(yīng)當(dāng)通過(guò)多種渠道,主動(dòng)搜集與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的物理學(xué)史資料,并在課堂上結(jié)合教學(xué)內(nèi)容為學(xué)生介紹眾多物理學(xué)家在研究過(guò)程中使用過(guò)的科學(xué)方法。例如,在講光速的大小時(shí),教師可以結(jié)合教學(xué)內(nèi)容給學(xué)生介紹法國(guó)物理學(xué)家斐索是第一個(gè)不借助天文觀察來(lái)測(cè)量光速的人,他采用了旋轉(zhuǎn)齒輪的方法測(cè)定光速為342539.21km/s;傅科采用了旋轉(zhuǎn)平面鏡的方法,測(cè)得光速為2.98×108m/s;邁克爾遜繼承了傅科的實(shí)驗(yàn)思想,用旋轉(zhuǎn)八面棱鏡法測(cè)得了準(zhǔn)確的光速值為299796km/s。這幾位物理學(xué)家在測(cè)定光速時(shí)都使用了正確的科學(xué)方法,也最終取得了正確的測(cè)量結(jié)果。結(jié)合這些物理學(xué)史料,教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行光速大小的講解,既在教學(xué)中實(shí)施了科學(xué)方法教育,又活躍了課堂氣氛。如此教學(xué),必然有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,加深學(xué)生對(duì)光速的記憶,從而取得事半功倍的教學(xué)效果。4.利用小資源庫(kù)實(shí)施科學(xué)方法教育高中物理教科書(shū)多樣化的內(nèi)容呈現(xiàn)方式對(duì)學(xué)生科學(xué)方法的培養(yǎng)起到了重要作用。但是一些物理教科書(shū)由于過(guò)于追求內(nèi)容呈現(xiàn)方式的多樣化,盡管設(shè)置了大量不同名稱的小欄目,卻忽視了它們?cè)谂囵B(yǎng)科學(xué)方法上獨(dú)特的作用和功能,導(dǎo)致不同名稱的小欄目在作用和功能上的重復(fù)。如果教師在教學(xué)過(guò)程中照本宣科地利用這些小欄目來(lái)實(shí)施物理科學(xué)方法教育,就會(huì)使學(xué)生在某些科學(xué)方法上得到重復(fù)訓(xùn)練和培養(yǎng),而在其他一些科學(xué)方法上得不到應(yīng)有的訓(xùn)練和培養(yǎng)。因此,首先,教師應(yīng)該充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性,用批判的眼光看待這些花樣繁多的小欄目。其次,教師要深刻理解小欄目的作用和功能,正確利用這些小欄目實(shí)施科學(xué)方法教育。第三,在利用這些小欄目實(shí)施科