在中学物理教学中注意对学生进行科学方法的教育

高晓伟

人们研究物理现象，建立物理概念，揭示物理规律的过程中，总要运用各种不同的研究方法，这些方法是进行研究的有力工具，进行思维的得力助手。在中学物理教学的过程中，不仅要进行理论知识的传授、技能技巧的训练、能力的培养，同时也应注意科学方法的教育。知识、方法和能力是密切联系、相互依赖、相互制约的，有的知识本身就是方法，有的知识通过转化或升华可起到方法的作用，而知识、方法又是具备能力的前提和基础。

中学物理教材是按理论知识体系编写的，物理方法只是穿插和隐含于其中，因此在进行教学的过程中应注意挖掘教材中涉及的物理方法，适时适度地进行科学方法的教育，并渗透一些科学家研究问题的思想方法，这既有利于学生全面、深入地理解、掌握物理学的概念、规律，又有利于提高学生分析问题、解决问题的能力。

在教学中涉及的物理方法有实验法、理想法、等效法、类比法、控制变量法、图象法、统计法、间接观测法、建立科学模型和假说的方法等。下面就其中几种方法做些具体的介绍。

1 理想法

理想化的方法就是在研究物理问题时，为了抓住问题的本质，突出主要特征而忽略次要因素的一种抽象思维方法。比较典型的有理想化实验和理想化模型。

理想化实验虽是无法实现的，却是以可靠事实为依据，抓住问题的本质，经过抽象思维，而推理出不能直接从实验中得出的重要结论。如对于力和运动关系的研究，伽利略用假想的物体沿斜面下滑的“理想实验”驳斥了亚里士多德用“直接推理”法得出的“力是维持物体运动的原因”的结论。从这一点可以看出，科学理论的形成得力于正确的方法。

理想化模型就是为了研究问题而建立的一种高度抽象客体。它可使具体的物理问题简化，常见的实物模型有质点、单摆、理想气体、点电荷模型、理想变压器、理想透镜。其中质点是高中物理首先引入的理想化模型，它突出了物体具有质量和位置的主要因素，忽略了形状、大小及内部运动等次要因素，从而为研究物体的运动规律带来方便。

在研究物理问题时，还可以进行其他一些理想化的处理，如：理想化过程——无摩擦、匀速直线运动、匀变速直线运动、恒温、恒压、恒力等；理想化状态——不计空气阻力和浮力，均匀变化等。

总之，由于客观事物运动规律往往比较复杂，不能一下子认识清楚，而采用理想化的处理方法，可使事物的运动规律具有比较简单的形式，便于人们去认识和掌握它们。

2 类比法

所谓类比法是依据两个或两类不同的对象在某些特征、性质上的相似性，将一个对象的特征属性迁移到另一个对象，从而得出可能判断的逻辑推理的方法。简单说就是一个作比较找联系的方法。

在物理学发展的过程中，把两个看似不相干的现象进行比较，找出共性，加以类推，往往能得到很重要的结论。惠更斯关于光的波动说就是人们将光与机械波（如声波）这两类看似没联系的物质联系起来相类比而逐步成熟、完善起来的。机械波在两种介质的界面上会同时发生反射和折射。不同振源发出的几列波在空间相遇后能彼此毫无妨碍地相互穿行。光在两种介质的界面上也会同时发生反射和折射，几束光相遇后也能彼此毫无妨碍地相互穿行。类比后，得出光可能是一种波的假设，后来通过观察到光的衍射、干涉现象证实了光的波动性是正确的。

同样，麦克斯韦正是将电磁波与光波作类比，并推算出电磁波传播的速度与光速相同，而提出光的电磁说的。后经赫兹证明，电磁理论是正确的。

两类相关现象的对照也是类比法的应用。1820年，奥斯特发现“电能生磁”，那么磁能生电吗？法拉第在1821年的日记中写有一个设想——用磁生电，这一设想一经确定，他便为此整整奋斗了10年，经过不懈的努力，终于在1831年发现电磁感应现象，为后来发电机、变压器的发明奠定理论基础。

3 等效法

等效法是从事物间的等同效果出发，把复杂的现象或过程转化成标准模式来处理，从而使问题简化的方法。描述交流电的物理量比较复杂，而直流电的描述相对要简单，那能不能找到一个物理量较为简单地描述交流电呢？研究发现，交流电和直流电通过同样阻值的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相等，这一交变电流的有效值就和这个直流电流相等。用等效法引入交变电流“有效值”的概念，为交流电路的计算、测量提供了依据。

矢量的“合成”与“分解”概念的建立也是从具有等同效果出发的，力的合成就是可以用一个力代替几个力的同时作用，因为这一个力和那几个力的共同作用效果相同。力的分解是力的合成的逆运算。

人们还常用等效电源、等效电阻来简化复杂的实际电路。用等效法处理物理问题是常用的一种有效方法。

人们在研究某一物理现象、规律或处理某一物理问题时，往往不是单一地应用某种方法，而是几种方法综合地反复应用，逐步使科学理论完善发展起来。如对于原子结构的认识，卢瑟福从α粒子散射实验观察到的现象出发，经过假设、推理、反证等方法提出原子的核式结构模型，从而用新理论推翻旧理论。后来玻尔为解决原子的稳定性以及原子的线状光谱等问题，从科学事实出发，通过反复研究，提出新的模型和假说，使原子的核式结构理论更加完善。通过这些方法的教学，还可使学生认识到要研究某一确定的物理课题要经过科学事实——科学假说——科学检验——科学理论等几个衔接环节。

物理方法教育是中学物理教学的内容之一，学生如能熟练地掌握这些方法，养成良好的思维习惯，不仅对解决物理领域内的问题有益，就是对于在其他领域内的工作、学习也将产生启迪作用和潜移默化的影响。所以在物理教学的过程中一定要注意科学方法的教育。