物理科學方法教育的意義

物理科學方法教育的意義

物理方法是指將不同物理研究方法的名稱、內(nèi)容、特點和操作過程逐步傳遞給學生，讓學生能夠在未來的物理學習和研究過程中靈活使用這些方法。在物理教學中對學生進行物理科學方法教育,有助于學生掌握探究物理知識與規(guī)律的科學方法,有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng),同時也是新課程對物理教學的要求。一、科學方法在物理藏書中的應用課程標準是編寫和審定教科書最重要的依據(jù)之一。經(jīng)教育部組織審定通過、全國推薦使用的教科書,都較好地體現(xiàn)了課程標準中的課程理念及對相應學科的要求。綜觀高中物理教材,常見的物理科學方法主要分為觀察和實驗的方法、邏輯思維方法、數(shù)學方法等幾類,其中每一類科學方法在物理教科書中都有各自具體的體現(xiàn)。滬科版高中物理1(以下簡稱物理1)是這樣體現(xiàn)和滲透科學方法的。1.《理想國》第5章,就基本概念的表達,并將其作為精神教學目標的教學內(nèi)容盡管物理1的章首導讀中對教學目標的文本表述比較生動,并配有大幅圖片,可謂是圖文并茂,并且語言上也應用了很多學生容易理解的表達方式(如舉例、提問、陳述等)。但是,這僅僅是對物理知識教學目標而言的,章首導讀部分對物理過程與方法教學目標的表述卻是十分籠統(tǒng)和含蓄的,甚至沒有涉及此方面的教學目標。如第1章《怎樣描述物體的運動》的導讀內(nèi)容如下:2003年10月15日,一個令人驕傲的日子,一個彪炳史冊的日子,我國第一艘載人飛船滿載著全國人民的希望成功升空。飛船在茫茫太空中遨游,如何描述它的運動呢?文學家、藝術家采用形象的手法。“凌云戲月游銀漢,轉瞬翔天過太空”,短短的一兩句話,就勾勒出了航天飛船的雄姿。科學家需要先建立一些基本概念。20世紀的著名物理學家、量子力學的創(chuàng)立者之一海森伯曾說過:“為了理解現(xiàn)象,首要條件就是引入適當?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?！痹诒菊轮?我們將首先引入描述運動的一些基本概念,進而通過對直線運動的初步研究,學會如何描述物體運動的快慢、運動變化的快慢,為進一步學習更復雜的運動打下基礎。從以上內(nèi)容可以看出,這一章對教學目標的表述主要在最后一段,其中物理知識教學目標清晰可見,即學習一些描述物理運動的基本概念,而“學習如何描述物理運動的快慢和運動變化的快慢”看似是對物理過程與方法教學目標的表述,其實也是對基本概念(即速度和加速度)教學目標的表述。至于其中涵含的具體的物理科學方法,如建立質點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、位移和時間關系的圖像法,用光電門測量瞬時速度的探究實驗法等,其教學目標在章首導讀中是看不到的。雖然我們不能要求教科書將教學內(nèi)容中所有隱含的科學方法都呈現(xiàn)在章首導讀中,但是一些重點要求學生掌握和理解的科學方法應該加以強調(diào),最好的途徑就是將它們以教學目標的方式呈現(xiàn)在導讀中。2.對社會學史的介紹物理1的內(nèi)容基本上包括了課程標準要求的基本概念、規(guī)律和實驗,以及一些物理前沿知識、物理學史和STS教育等,但是仍然存在不足之處。如對物理學史相關內(nèi)容的選擇就存在著一定的不足。物理1的第2章《研究勻變速直線運動的規(guī)律》和第5章《研究力和運動的關系》中引用了大量物理學史,而且編排也很合理。這無疑有利于學生了解科學家的研究過程和方法。但是在物理1的其他章節(jié),對物理學史的選擇就顯得有些欠缺,其主要表現(xiàn)是物理學史呈現(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)了兩次對物理學史的介紹。一次是在開篇部分對美國發(fā)明家愛迪生的介紹,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·芬奇關于滑動摩擦力的研究,同樣用了不到250字和一副相當不清楚的頭像。而且這兩次對物理學史的介紹都是通過“信息瀏覽”這種小欄目的方式呈現(xiàn)的。由于該欄目空間小,教科書只能用最簡練的語言介紹科學家最終取得的成果,對于他們經(jīng)歷的艱辛過程和使用的科學方法則無暇顧及。3.科學方法教育物理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、實驗探究、多學一點、信息瀏覽、STS、課題研究、分析論證和課外活動。這些內(nèi)容呈現(xiàn)方式在培養(yǎng)學生掌握科學方法方面都有各自的功能。如數(shù)學方面的函數(shù)圖像(位移—時間圖像、受力分析的平行四邊形圖像等),有助于學生學習數(shù)學方法在物理學中的應用;對科學方法進行說明和提示的小注釋(對質點這種通過理想化方法建立的模型的簡單介紹、對伽利略斜面實驗的合理外推法的介紹、對受力分析的隔離法的介紹等),有助于為學生提示并解釋隨時出現(xiàn)在正文中的科學方法;“多學一點”中還要求學生自己推導公式,有助于對學生進行數(shù)學方法和邏輯思維方法的訓練與培養(yǎng);“討論與思考”、“分析與論證”則有利于學生判斷與推理、分析與綜合等邏輯思維方法的培養(yǎng);“實驗探究”、“課題研究”以及“課外活動”有利于培養(yǎng)學生綜合應用各種物理科學方法的能力;“信息瀏覽”中的物理學史內(nèi)容對于引導學生感受和體驗科學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)方式在實施物理科學方法教育方面發(fā)揮了積極的作用,但是它仍然存在需要改進的地方:一是物理1對科學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小,不容易引起注意,學生如果不仔細閱讀課文往往會將其忽略。二是名稱不同的小欄目功能上有些重復,或者根本是徒有虛名。如“課題研究”與“課外活動”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)教科書中的例題解析過程。三是有關物理學史的閱讀材料太少,課后閱讀材料的小欄目“多學一點”、“信息瀏覽”、“STS”等呈現(xiàn)的內(nèi)容多數(shù)是物理前沿知識和物理知識在社會與生活中的應用,物理學史相關資料太少。這些問題在一定程度上都會影響教師在日常教學過程中有效實施物理科學方法教育。二、其他物理藏書中物理科學教育存在的問題通過對物理1中物理科學方法的分析可知,物理1章首導讀中對教學目標的體現(xiàn)、內(nèi)容選擇和內(nèi)容呈現(xiàn)等方面,在體現(xiàn)和滲透物理科學方法、實施物理科學方法教育上均具有自己的優(yōu)勢,但也存在一些問題。這些問題不僅是一本教科書特有的,在其他物理教科書中也有不同程度的反映。面對高中物理教科書在科學方法教育方面存在的問題,物理教師應從以下幾方面有效實施物理科學方法教育。1.教學目標不明確由于物理1在某些地方對物理科學方法教學目標的呈現(xiàn)與表述不夠明顯和全面。因此,物理教師在使用時,首先要分析教科書中的內(nèi)容,把握每節(jié)內(nèi)容中包含了哪些重要的物理科學方法,從而在教學過程中制定物理科學方法教學目標。目前,有些教師在上課前給學生呈現(xiàn)的物理科學方法教學目標往往太籠統(tǒng),一般呈現(xiàn)的是學會使用什么物理公式或規(guī)律解決什么問題等這樣的目標,往往不能將教學內(nèi)容中隱含的物理科學方法真正挖掘出來,將其名稱、特點、用法作為教學目標呈現(xiàn)給學生,這樣不但不能引起學生對物理科學方法學習的重視,而且會使學生對物理科學方法的學習產(chǎn)生盲目性,最終影響到實施物理科學方法教育的有效性。因此,物理教師要發(fā)揮主動性,制定具體的物理科學方法教學目標,以彌補高中物理教科書對物理科學方法教學目標呈現(xiàn)的不足。例如,在制定物理1第1章物理科學方法教學目標時,教師應當將比值法、圖像法等本章涉及到的物理科學方法,分別按照學生需要掌握的程度,以子目標的形式一一詳細地列在總的科學方法教學目標下方,以供學生參考。2.物理教師要使學生建立在適當?shù)臅r長生高中物理教科書是按照知識體系和學生的認知規(guī)律編寫的,它不是方法論書籍,我們不能苛求物理教科書將科學方法都一一明確呈現(xiàn),供教師參考和學生學習。物理科學方法教育必須與物理知識的教學結合起來,在傳授物理知識的過程中潛移默化地教給學生。盡管如此,物理教師也不能只追求科學方法的隱性教育和長期效果,使學生看不到具體的科學方法或看不到運用科學方法的效果而最終失去學習的興趣。相反,在教學過程中,物理教師要在適當?shù)臅r候,針對適當?shù)膬?nèi)容有意識地顯化隱含的物理科學方法。例如,在對合力與分力的概念進行教學時,教師可以向學生揭示其中蘊含的等效替代思想,讓學生認識到等效替代思想的重要性;在探究牛頓第二定律實驗的教學過程中,教師不要急于讓學生動手實驗、盲目探究,應該將實驗中要用到的各種科學方法(如控制變量法等)為學生一一揭示,并讓學生進行認真的思考,然后再讓他們應用正確的物理科學方法去探究實驗。3.利用科學方法進行物理測量和測量轉速的測量高中物理課程涉及很多物理學家,他們?nèi)〉脗ゴ蟪删偷脑蛑痪驮谟谒麄冊谔骄课锢硪?guī)律的過程中應用了正確的物理科學方法。物理學家的事跡為進行物理科學方法教育提供了很好的素材。然而,由于多種因素的制約,物理教科書往往大量呈現(xiàn)物理學知識,對相關物理學史的介紹相當有限。面對這種現(xiàn)實,教師應當通過多種渠道,主動搜集與教學內(nèi)容相關的物理學史資料,并在課堂上結合教學內(nèi)容為學生介紹眾多物理學家在研究過程中使用過的科學方法。例如,在講光速的大小時,教師可以結合教學內(nèi)容給學生介紹法國物理學家斐索是第一個不借助天文觀察來測量光速的人,他采用了旋轉齒輪的方法測定光速為342539.21km/s;傅科采用了旋轉平面鏡的方法,測得光速為2.98×108m/s;邁克爾遜繼承了傅科的實驗思想,用旋轉八面棱鏡法測得了準確的光速值為299796km/s。這幾位物理學家在測定光速時都使用了正確的科學方法,也最終取得了正確的測量結果。結合這些物理學史料,教師對學生進行光速大小的講解,既在教學中實施了科學方法教育,又活躍了課堂氣氛。如此教學,必然有助于激發(fā)學生的學習興趣,加深學生對光速的記憶,從而取得事半功倍的教學效果。4.利用小資源庫實施科學方法教育高中物理教科書多樣化的內(nèi)容呈現(xiàn)方式對學生科學方法的培養(yǎng)起到了重要作用。但是一些物理教科書由于過于追求內(nèi)容呈現(xiàn)方式的多樣化,盡管設置了大量不同名稱的小欄目,卻忽視了它們在培養(yǎng)科學方法上獨特的作用和功能,導致不同名稱的小欄目在作用和功能上的重復。如果教師在教學過程中照本宣科地利用這些小欄目來實施物理科學方法教育,就會使學生在某些科學方法上得到重復訓練和培養(yǎng),而在其他一些科學方法上得不到應有的訓練和培養(yǎng)。因此,首先,教師應該充分發(fā)揮主觀能動性,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施科學方法教育。第三,在利用這些小欄目實施科