论科学方法在物理教学中的渗透与培养

蒋文远

(无锡市山明中学,江苏无锡 214035)

面对时下的物理教学,很多教师抱怨学生的学习能力差,思维品质低.更让很多物理教师头疼的是在中考中有48%的实验探究和科学方法要考察.不少教师不知所措,于是乎进行大量的专题训练,强化知识,加强识记,但收效甚微.这样的行为,不但无法培养学生真正的科学思想和方法,其行为本身也是违背科学,违背了教育规律的.笔者作为一线的物理教师,结合自己的教学实践、学科教研,课堂观察的研究,对科学方法的教学进行了一定的探索、实践与反思,得到了一些启发.

1 科学方法的渗透要与科学实践“相辅相成”

案例1:《空对空,竹篮打水一场空》

笔者去年接到一个相对较好的班级,于是雄心勃勃,决定进行系统的科学方法教育.每周一个专题,从阅读到图像;从实验操作到各种科学方法的专题讲座,准备了大量的资料,进行了“专题”的练习.结果半个学期下来,收效甚微.笔者从学生那里了解到,学生感到科学方法很空,什么也没有留下.

在案例1中,笔者将科学方法与科学实践进行了分离,想通过专题的形式,讲座的方式对学生进行科学方法教育.其出发点是好的,却是不科学的,所以最终注定是“竹篮打水一场空”.实践是肉,方法是灵.脱离了科学方法的实践是没有灵魂的肉体,是失去活力的躯干;脱离实践的科学方法是漂泊的灵魂,是失去根基的幽灵.因此,科学方法的产生离不开科学实践活动,而科学实践活动的顺利进行也离不开科学的方法指导.科学方法与科学实践是相辅相成的.

案例2:《老师,我看过》

2009年江苏省中考物理试题第 12题,如图1所示,小刚将盛满水的圆柱形透明玻璃杯贴近书本,透过玻璃杯观看书上的鹦鹉图片(圆圈中的鹦鹉图与书本中的鹦鹉图实际大小相等),他所看到的虚像可能是

图1

学生对这道题很感兴趣,走出考场就开始议论.很多人选(C),因为他们知道盛水的玻璃杯相当于放大镜,因此理所当然地选了(C).但有学生说“不对,应该选(A),考试时我看过.”更有学生高兴的说,“老师,我看见他们做,自己也做了,看到的是椭圆.”由于笔者没有看到题目,但当学生用矿泉水瓶演示实验时,我为有这样的学生感到高兴,对他们的行为表示了肯定.笔者在参加完中考阅卷后,了解到这道题的正确率只有30.2%,非常低.笔者任教的班级经统计,正确率达到53.1%.笔者在为学生取得好成绩高兴之余,更高兴的是通过物理的学习,他们的观察能力、用实验解决问题的意识得到了加强.

科学方法是在科学实践中由人们创新出来,用来解决实际问题的.在案例2中,由于笔者平时注重实验教学,让学生养成了动手实验解决问题的意识,提升了观察对比的能力,使得他们在中考中自然想到了用手边的用品进行实验,在实验中去解题.这正好说明,有效的方法得以保留并变成一种科学、一种思想、一种文化,反过来会被应用到科学实践中去.因此,科学方法的教育不但要与科学实践活动相结合,而且要以科学实践活动为主,科学方法的教育为辅.在科学实践的过程中渗透科学方法的教育,实践是显性的,方法是隐性的,让学生在实践中体悟方法的精妙.

2 科学方法的出现要“一鸣惊人”

方法是解决问题的有效途径,但解决问题的方法通常不止一种.只有当一种方法被学生采用,并很好的解决了问题时,这种方法才会被学生所认可、掌握.在以后遇到类似的问题时,方法才会被唤醒,再次使用.

案例3:《我有方法》

笔者在“声现象”的教学中,向学生提问“如何证明声音是由振动产生的?”时,有学生回答“人说话时声带在振动,用手可以感觉.”有学生回答“蝉在发声时腹翅振动.”有学生回答“拉二胡时,弦在振动.”之后,笔者把正在发声的音叉接触水面,当学生观察到水花四溅时,学生情绪被调动了起来,感到很神奇,笔者也认为效果不错.但在之后的反馈练习中,笔者发现他们还是热衷于自己第一次的方法,教师提高的方法学生很少引用.

案例3中,教师在学生有方法解决声现象问题时,给出了演示实验,实验中隐含着“转换放大法”的思想,收到的效果也不错.但这种效果只是感官上的刺激,是对现象的惊奇,而不是方法的震撼.这种情况下的方法只是锦上添花,而非雪中送炭.在学生有方法并且是有效的时候,学生对新方法的学习是低效的,不活跃的.当学生再次遇到类似的问题情景时,他唤起的依旧是自己的原有经验,说明新的方法没有内化成学生新的经验,自然也不会提高学生的能力.

同样是放大法在弹性形变中的作用就更高一筹.教师要求学生观察玻璃瓶在压力下的形变,学生在面对微量的形变时,无计可施,怎么办?这时,放大实验现象成为学生自然的迫切的需求,当放大的思想出现在了脑海中,接下来只是技术层面的问题.当学生联想到“自制温度计”,想到液体在温度升高时,细小的玻璃管中的液面会上升时,兴奋地动手设计,进行实践.当看到在手的压力下,细玻璃管柱液面上升时,全班响起了热烈的掌声.这里,放大法的出现不仅显得水到渠成,并起到“一鸣惊人”的震撼力.同样,在观察桌面受到压力后的形变情况时,当学生看到经小玻璃片反射后的光线,在压力的作用下改变了很多,都非常惊讶.放大的思想,放大的技术慢慢在学生的心中扎下了根.

3 科学方法的学习要设置在学生的“最近发展区”

初中教材中有两处用到实验加推理的方法.第一次,是在初二开始,研究声音的传播需要介质时.采用反证法,研究声音的传播是需要介质的.采用的实验装置是真空罩,用抽气机抽气.由于不可能完全抽尽空气,声音只是由强到弱,很难做到完全听不出.于是,学生必须根据现象,进行推理,如果空气全部被抽空,将出现听不到声音,得出真空中声音不能传播的结论.这里的学习,由于符合学生的认知特点,在“最近发展区”内,学生并没有多少困难.但是在学习牛顿第一定律时,学生遇到了不小的困难.

案例4:《我从没见过“永不停”的物体》

图2

在探究阻力对物体运动的影响的实验中,让小车从斜面的同一高度滑下,改变接触面的粗糙程度(如图2所示),我们发现,阻力越小,那么小车的速度减小的就越慢,小车前进的距离就越大.这是通过实验观察到的现象.也就是小车的水平运动受到了阻力的作用,进一步分析如果小车受到的阻力越来越小,小车前进的距离就会越来越大,进而推理,如果小车受到的阻力为零,这小车将以恒定不变的速度永远运动下去.

笔者在演示了上述实验后,全班32人中,只有7人认为,物体在不受阻力时会永远运动下去的推理是正确的,11人认为,物体最终还是会停下,14人不知如何回答.为什么在这里,学生会遇到如此大的困难呢?笔者认为,除了学生的抽象思维发展还不完善外,重要的一点是生活中的经历对他们的影响.在与学生的交流中,很多学生告诉我,“从来只有会停下的物体,哪里会永远滚动下去的小车?”

笔者遇到案例4中情景时,会抱怨学生,责备学生思维跟不上,学习物理有困难.其实,困境就在于对学生了解不够,没有找准“最近发展区”.为了走出困境,笔者学习了发展心理学,得知,少年期(主要是初中生)和青年初期(主要是高中生)的思维是不同的.在少年期的思维中,抽象逻辑思维虽然开始占优势,可是在很大程度上,还属于经验型,他们的逻辑思维需要感性经验的直接支持.笔者在之后的教学中采用多媒体辅助教学,在实验的基础上增加了视频演示,让学生有更多的感性认识,为“理想化推理”思维提供支架,取得了很好的效果.因此,教师不仅仅要备教材,还要备学生,了解学生的认知特点、已有经验、思维品质等,让学生在有效的“最近发展区”内学习,让科学方法的学习与思维的发展共成长.

4 科学方法的培养要“循序渐进”

光线是最早接触的模型法,但学生并没有形成充分的理解和印象.因为对学生来说,光线用带箭头的直线来代替是很正常也再合理不过的.这里,教师不要过多的去介绍模型法,只要让学生知道可以用带箭头的直线代替光线,描述光线就可以了.而在原子结构模型时,学生有了进一步的认识.因为,原子是无法用肉眼、放大镜、光学显微镜观察的,要在电子显微镜下观察,而多半老师也没有用过电子显微镜,怎么理解原子的结构呢?可以用太阳系的图景来模拟原子的结构,形象的说明.这里,学生已经能体会模型法的妙处.

教育是慢的艺术,学习是渐进的过程.学生对科学方法的学习,无论是从教材的安排上,还是从学生自身的认知规律来看,都经历了一个从认识到了解,从理解到运用的过程.这样的过程是呈螺旋形发展的,是真实的有根基的.学生在科学方法的学习与运用中,会把科学方法化作自身的一种品质.从儿童认知发展理论和儿童发展阶段理论出发,皮亚杰认为,儿童所获得的这些巨大成就主要不是由教师传授,而是出自儿童本身,是儿童主动发现、自发学习的结果.教师除了为儿童提供主动、自发地学习的机会之外,还可选择一定的材料,激发儿童的学习兴趣,促进儿童的发展.也就是说,教育必须遵循儿童的发展规律,不要把超越儿童发展阶段的知识教给儿童,不要强迫儿童学习心理发展还没有准备好的材料,否则将出现欲速则不达的情况.科学方法的教育自然也要遵循儿童的发展规律,在不断的实践中积累,循序渐进地发展.

综上所述,科学方法的教育必须符合了学生的认知规律,与科学实践活动紧密相连,才是有意义的;科学方法的教育应该渗透于平时的教学活动中,循序渐进地,潜移默化地对学生发生作用;科学方法的教育要与学生思维的发展相辅相成,共同成长.