浅谈中学物理科学方法教育的基本途径

刘　军

【摘 要】物理学作为一门研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律的学科,蕴含着丰富的科学方法教育素材。本文阐述了在中学物理教学中以实验为基础、以知识为载体、以物理学史为线索、以实践为渠道这四条科学方法的教育途径。

【关键词】中学物理 教学 科学方法 途径

科学方法是人们在认识和改造客观世界的实践中总结出来的正确的思维和行为方式,是人们认识、利用和保护自然的有效工具。科学方法教育的目的在于提高学生分析和解决问题的能力,而物理学作为一门研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律的学科,蕴含着丰富的科学方法教育素材。

要在中学物理教学中实现物理科学方法的教育,通常有以下四种途径:

一、以实验为基础,让学生从实验中掌握科学方法

物理学是一门以实验为基础的科学,在物理学的产生和发展过程中,物理实验自始至终都占有极其重要的地位。文艺复兴时期著名画家、科学家达·芬奇指出:“科学如果不是从实验中产生,并以一种清晰实验结束,便是毫无用处的,充满荒谬的,因为实验乃是确定性之母。”古希腊哲学家亚里士多德在物理学领域屡犯错误,提出了“力是使物体运动的原因”、“重物比轻物下落快”等错误观点,究其原因,亚里士多德用的是观察的方法,所以他只有一定的生活经验,但不是真正意义上的实验。物理学的发展正是基于突破亚里士多德的错误观点和经验方法的局限,以伽利略的科学实验方法为指导而走上真正的科学道路上的。纵观物理学发展的辉煌历史,实验起了决定性的作用,人们还从实验中总结出了众多研究问题的科学方法。因此,在平时的教学中要让学生多观察、多动手、多思考,要求他们在实验中掌握科学方法。如通过“验证牛顿第二定律”的实验让学生懂得蕴含其中的“控制变量法”、“用图像处理实验数据法”、“近似处理法”、“等效法”等科学实验方法。对物理学中众多重大的但限于中学实验条件而不能做的实验,教师可以利用现代教学媒体向学生展现或模拟,让他们从中体验和领会科学方法。

二、以知识为载体,通过课堂教学向学生渗透科学方法

物理学是由一些基本概念、基本规律和理论组成的体系严谨、精密定量的科学。在物理概念和规律的建立、发展和应用过程中以及各知识点相互联系的地方,都蕴含着丰富的科学方法。因此,教师在教学中要善于抓住知识和方法的结合点进行渗透。例如,教师在讲解质点、点电荷、单摆、理想气体等理想模型时,要向学生渗透“理想化方法”这一科学研究中最基本最广泛的方法;在讲串并联电路的特点、力的合成与分解、交流电的有效值、热功当量等的时候,要向学生渗透“等效方法”这一物理科学研究中最普通、最简洁的方法;在讲竖直上抛运动规律、平面镜成像特点、简谐振动规律、电磁振荡等时,要向学生渗透“对称方法”这一物理科学研究中最深刻、最能体现科学美的方法;在讲瞬时速度、瞬时加速度、瞬时功率等时,向学生渗透“极限方法”这一物理科学研究中最具数学化、又最能体现辩证思维的方法等。

三、以物理学史为线索,让学生从知识的来龙去脉中体会科学方法

知识的来龙去脉充分展现了科学发现的历程,为物理科学方法教育提供了生动而丰富的材料。物理学在发展过程中建立了许多理想模型、理想过程和理想实验,运用了观察和实验、类比和联想、猜测和试探、分析和综合、佯谬和反证等方法。物理学史中有大量生动事例说明科学大师们如何熟练而巧妙地运用这些方法取得重要成果的过程,利用这些事例,可以向学生进行具体的科学方法教育。如教师在讲玻尔原子模型时,可向学生讲解人们对原子结构的认识历程:开始人们认为物质由原子组成,原子不可分→电子被发现,人们认识到原子可分→汤姆生提出原子“枣羔模型”→α粒子散射实验否定原子“枣羔模型”→卢瑟福提出原子“核式结构”→原子“核式结构”与经典电磁理论矛盾→玻尔提出“玻尔原子模型”。让学生从人们对原子结构认识的曲折历程中体会研究物理问题的科学方法:实验事实→提出假说→接受新实验考验→修改或否定原假说提出新理论→再经实验验证或接受新实验考验→形成理论指导实践。从上面的例子可以看出,有时一个结论的得出需要几代科学家几个世纪的曲折探索,而掌握它却只需一节课几十分钟的时间。因此,教师在物理教学中要善于对物理学史案例进行剖析,使学生在掌握知识的同时,也能从中体会到研究物理问题的科学方法。

四、以实践为渠道,让学生通过解决实际问题学会运用科学方法

科学方法从实践中来,最终又指导实践。科学方法教育的目的在于训练学生的智力技能,只有通过实际运用和操作,才能深刻理解科学方法,并准确而灵活地运用科学方法。中学物理教学应向学生提供大量生产、生活中的实际问题,明确要求他们在解决问题的过程中要运用某种科学方法,并从中体会科学方法的应用。

首先,教师在教学中可布置生产、生活中的实际问题,要求学生用科学方法解决。如学习了光的直线传播后,就让学生用“立杆测影法”求楼高;学习了自由落体运动后,就让学生运用“自由落体运动规律”粗测楼高,使他们学会运用和掌握间接测量长度的科学方法。

其次,教师也可在“习题”教学中训练学生运用科学方法的能力,在浩如烟海的各种习题中蕴含着丰富的物理科学方法,可以通过让解决习题中的问题,使他们学会灵活运用诸如假设法、等效法、图像法、模型法等众多科学方法。

再者,有时为了让学生更清楚地理解和掌握某一科学方法,教师还可以有针对性地进行专项训练。

物理科学方法教育和物理知识学习是相互促进的,结合物理教学开展物理科学方法教育具有重要的意义,加强物理科学方法教育是使学生增长知识、发展能力、提高素质的可靠途径。在教学中,教师应把握物理科学方法教育的内涵,并积极探索物理科学方法教育的途径,使学生有效地掌握科学方法。