谈中学物理教学中科学方法的教育

李茜

(孝感高级中学 湖北 孝感 432100 )

高中物理新课程标准把“过程与方法”作为物理课程标准的三维度之一.要求教师在引导学生探究学习物理概念和规律的过程中，使学生体会和了解研究物理学的科学方法，能够应用物理知识和方法分析解决一些生活及生产中的物理问题，增强学生的创新意识，发展学生终身学习能力和创新能力.那么什么是科学方法？研究物理问题采用的主要科学方法有哪些？物理教学中又怎样对学生进行科学方法的教育？下面是笔者的一些认识.

1 科学方法的内涵及教育意义

科学方法是人们在认识和改造客观世界的实践活动中，为了解决某一具体问题，从实践和理论上总结出来的正确的思维方式和行为方式.认知心理学把科学方法分为弱认知方法和强认知方法.弱认知方法指人们认识事物的逻辑思维方法，是普遍适用于各个领域的一般的认知方法，它包括分析、综合、抽象、概括、类比、判断、演绎推理等方法.强认知方法指特定专业领域的独特的认知方法，是包括弱认知方法在内的科学方法.比如物理学中的实验归纳法、控制变量法、理想模型法、等效替代法、类比法、比值定义法、数学方法等.

赵凯华先生指出：“物理学是唯一的一门理论和实验高度结合的精密科学，物理学中有一套获得知识、组织知识和应用知识的最有效的科学方法，通过物理课程学习和掌握物理学的研究方法，对于科学素质的培养有好处 .”我们知道，物理学是包括物理方法论的科学体系，物理理论的形成和发展离不开科学方法的指导.从物理教材中我们不难看出，每一个物理概念的建立，每一个物理规律的发现，无不渗透着科学家研究和探索物理世界的科学方法，它纵横交错、贯穿于整个物理学之中，把不同的知识点连接起来构成完整的知识结构体系.科学事实证明，正确的方法是科学之魂，可以起到事半功倍的作用；物理学中每一次重大问题的突破，必然伴随着新的科学方法的产生和应用.从某种意义上讲，“方法”比“知识”更重要，因此，在物理教学中使学生知道和掌握研究物理学的科学方法，对于培养学生的科学素质具有重要的现实意义.

2 科学方法的教育内容

物理学家在研究和描述物理现象、实施物理实验、建立物理概念、寻找物理规律、构建物理理论的漫长历史过程中，采取了许多行之有效的手段，形成了一系列研究物理问题的科学方法，通常称为物理方法.物理方法是科学方法的重要组成部分，不仅推动了物理学自身的发展，还促进了其他科学领域的进步，具有一般科学方法的价值.中学物理中的科学方法主要有以下几种.

2.1 抽象概括法

指认知者在对某类客观事物现象或实验事实充分感知、形成清晰表象的基础上，运用分析、综合、抽象、概括等逻辑思维方法，把事物现象共同的本质属性特征加以概括而形成概念或规律的思维方法，如力的概念的形成，楞次定律得出的方法.

2.2 理想(化)模型法

为了研究问题的方便，在一定条件下，忽略研究对象的次要因素，突出和再现其主要因素，把研究对象进行高度的简化和纯化，建立反映研究对象主要特征模型的方法.如质点、理想气体、点电荷、光线、匀速直线运动等都是理想化的物理模型.理想模型的建立，为研究实际物体的运动规律奠定了基础，是一次科学思想的飞跃，是研究实际客体结构及运动规律的桥梁和纽带.

2.3 实验归纳法

是在实验的基础上，对实验数据进行分析综合、总结归纳出物理规律的认识方法.它主要体现在实验数据的获得，运用分析概括、数学方法进行加工整理，归纳出各物理量之间的内在联系，再经实验检验得出物理规律.用实验归纳法得出的规律一般叫物理定律，如牛顿第二定律、动量守恒定律、闭合电路欧姆定律、法拉第电磁感应定律等.

2.4 演绎推理法

从已知的一般性物理规律出发，通过分析和限制条件，运用数学推导、演绎推理出新的结论，再经实验检验上升为新的物理规律的方法.用演绎推理法得到的规律一般叫做定理.

演绎推理是由一般到个别的推理，要求以可靠的一般原理或规律为大前提，才能推出新的命题结论.

2.5 控制变量法

在用实验探究物理规律过程中，当某个物理量受几个物理变量因素的影响或制约时，先将其他的变量因素加以控制，保持不变，而让其中一个因素发生改变，进而研究这个因素对该物理量的影响，由此总结出物理规律的方法.

如在研究物体的加速度a与受到的合外力F、物体质量m的关系中，先保持物体的质量m不变，发现物体的加速度与合外力F成正比；再保持合外力F不变，发现加速度a跟物体的质量成反比，综合得出牛顿第二定律.再如向心力的大小F=mrω2,安培力的大小F=BIL所满足的规律都是采用了控制变量法得到的.

2.6 等效替代法

是在保证某一方面效果相同的前提下，用一种理想的、熟悉的、简单的物理现象(或物理对象、物理过程)替代实际的、陌生的、复杂的物理现象(或物理对象、物理过程)的思维方法.运用等效替代法可使问题化繁为简、化难为易；具体操作的关键，是要明确不同事物在什么条件，什么范围，什么方面上是等效的.常见的等效替代关系有：

(1)物理量的等效替代，如在研究共点力的合成实验中，保证橡皮条伸长量相同的前提下，找到了两个互成角度的共点力的合成规律——力的平行四边形定则.

(2)研究对象的等效替代，如电磁感应中感应电动势的等效电源，带电粒子在电场、重力场的运动等效为复合场的运动，串并联电路中的等效电路、等效电阻.

(3)物理过程或物理模型的等效替代，如电场的类平抛运动与重力场中的平抛运动等效，动量守恒问题中等效的“人船模型”.

2.7 类比法

2.8 比值定义法

为了表示物质的本质属性特征和物体的运动特征，采取比值的形式定义一个物理量的方法.物理学中用比值定义的物理量占有相当大的比例.如用比值法表示物质本质属性特征的物理量有：

它们的共同特征是：物质的属性是由物质本身决定的，是一个不变的量，需要选取两个或多个能反映物质属性特征的可测物理量，它们的比值是一个与可测量无关的定值.

用比值法表示物体运动特征的物理量有：

它们的共同特征是：在相同时间内某物理量的变化量相等，用变化量和变化所用时间的比值表示物体的运动特征.

物理学中的科学方法很多，除了上述几种方法外，还有图像法、乘积定义法、转换法、整体法、隔离法等等.

3 科学方法教育的途径

巴甫洛夫认为,重要的是科学方法、科学思想的总结，认识一个科学家的方法远比认识他的成果价值要大.在新课程理念下的物理教学中，应该结合教学内容适时、适度地对学生进行科学方法的教育，将科学方法的教育落实到具体的教学环节之中，将科学方法教育渗透到物理知识的认知活动中，使学生领悟科学方法，掌握科学方法，学会用科学方法解决物理问题，培养学生的科学思维能力和发明创造能力.

然而，科学方法并没有在物理教材中以文字的形式明确表述出来，而是以“隐形方式”隐含在物理知识体系之中，往往不易引起教师和学生的重视，容易被淡化或忽视，长期以来使得科学方法的教育表现为隐性的教育方式.为了全面落实《普通高中物理课程标准》，有效实施“过程与方法”的教育，需要教师变科学方法的“隐性教育”为“显性教育”，在引导学生形成物理概念、发现物理规律过程中，在应用物理知识解决实际问题的过程中，应该明确地指出科学方法的名称、内容和操作过程，有目的、有计划、有意识地进行科学方法的教育，寓科学方法的教育于物理概念的形成之中，寓科学方法的教育于物理规律的发现之中，寓科学方法的教育于物理训练之中.

物理概念是对物理事物、物理现象本质特征的高度概括和抽象，是构建物理理论最基本的元素.物理概念分为定性概念和定量概念.定量的物理概念又称为物理量，不同物理量的定义所用到的方法一般是不同的，定量确定物理量单位大小的科学方法也不同.

比如，物理学中七个基本物理量(质量m、长度L、时间t、热力学温度T、电流强度I、摩尔量M、发光强度I)单位的定义，必须采用国际上规定的实验标准和具体的实验操作程序来确定.由此可见，建立物理概念的过程必定有科学方法的参与.

在物理概念教学中，应引导学生认识每一个物理概念是怎样形成的，运用了哪些科学方法.同时应向学生指出， 用科学方法建立起来的物理量，为定量认识物质结构和物体运动物理规律奠定了数学计算、演绎推理的基础；人们在此基础上采用一定的科学方法和实验手段，在确定的条件下，建立起物理概念、物理量之间所满足的关系，发现了物体运动的规律.物理学规律及科学方法的应用又推动了物理学的进步与发展.因此，结合物理概念的建立，物理规律的形成过程，及时介绍所用到的科学方法，是对学生进行科学方法教育的重要途径.

1 中华人民共和国教育部 . 普通高中物理课程标准 .北京 ：人民教育出版社，2003

2 赵凯华. 对中学物理课程若干问题之我见. 物理教学 ，2009，31(2)：2