论物理教学中科学方法显化教育的教学原则

黄琳雅 黎 明 陈清梅

论物理教学中科学方法显化教育的教学原则

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伴随着科学方法教育研究的逐步深入，在中学物理教学中进行科学方法显化教育已成为共识。为了更好地进行科学方法显化教育，就有必要确立其教学原则。依据科学方法的特点和学生的认知规律，我们确定了物理教学中科学方法显化教育的教学原则。

一、显化教学原则

科学方法是人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的正确的思维方式和行为方式，是人们认识和改造自然的有效工具[1]。从科学方法的特点来看，它比物理知识更抽象、更难于理解。因此，只有像物理知识教育那样，对科学方法进行显化教学，在教学目标、教学准备、教学内容等方面展开明朗化、条理化的教学，让学生一开始就明确科学方法的学习任务，厘清科学方法的学习过程，在练习和应用中有意识地接受科学方法训练，才算得上是真正的科学方法教育。

所谓显化教学，是指在进行科学方法教育时，明确指出科学方法的名称，解释科学方法的内容，展示科学方法的操作过程，挖掘科学方法的内涵，说明科学方法的使用条件，指导学生自觉地运用科学方法。由于“科学方法体现在具体知识的认知过程中。在进行物理教学时，应当把认知过程充分、合理的展示出来，学生才能看到科学问题是怎样提出的，是从什么角度、用什么方法去解决的，从而学会科学的方法”[2]。因此就需要充分阐明科学方法的定义，科学方法的操作过程、原理依据和适用范围。也就是说，在物理教学中，要牢牢把握住科学方法这条主线组织教学，以科学方法教育引领物理概念和规律的教学，不仅要教“科学方法是什么”，还要教“为什么要用这种科学方法”和“科学方法适用的条件”，通过显化的教学让学生认识科学方法的存在，使抽象的科学方法变成一个生动、具体的东西[3]。只有这样，学生才能体会到科学方法的奥妙之处，从而把科学方法纳入到自己的认知结构之中。

例如，在密度教学中，教师应明确概念得出时用到了比值定义法，并且需要详细说明为什么要用比值定义法以及比值定义法适用的条件。在这里，教师应指出应用比值定义法的关键是在比较时选取相同的标准，这样比较出来的结果才有意义。

二、分类教学原则

在科学方法显化教学中，要注意操作性和概括性等方面的差别。因此，需要将科学方法按照不同的特点进行分类，使教学更全面、更具针对性、更有规律，使学生更高效率地形成有序的知识结构。依据邢红军教授关于科学方法的分类，科学方法可以分为两部分：物理方法和思维方法。物理方法又可以分为获得知识的物理方法和应用知识的物理方法。

物理方法中，实验方法、理想化方法等最为基本；思维方法中，分析、综合、抽象、概括较为基础。物理方法是一种认知结构，属于强认知方法，在操作层面上提出了具体步骤，可以通过传授使学生掌握；思维方法是一种大脑功能，属于弱认知方法，只在思维层面上进行了概括，必须通过训练才能使学生掌握。

在获得知识的教学中，建立物理概念的物理方法主要有比值定义法、乘积定义法、理想模型法、理想实验法等；建立物理规律的物理方法主要有实验归纳法、演绎推理法等。物理实验中的科学方法主要有观察法、作图法、控制变量法等。在显化教学中要充分展示物理方法的内涵、意义、条件，并逐步引导学生发现、体会、掌握物理方法。

在应用物理知识教学中，运用较多的科学方法有隔离法、整体法、理想模型法、比例法、假设法、等效法、转换法等。在显化教学中要引导学生明晰物理方法每一个环节的操作要领，使学生能够从头脑中提取物理方法并运用于物理问题解决中。

三、循序渐进原则

科学方法显化教育要充分考虑到学生的认知特点，应遵循由浅入深、由简单到复杂、由形象到抽象、循序渐进的顺序进行。既不能落后于学生的认知水平，也不能超越学生的认知水平。应使科学方法显化教育具有一定的层次，符合维果茨基的“最近发展区”理论。初中学生的观察能力和动手能力比较强，而抽象思维能力比较弱，因此初中阶段应着重进行观察法、实验法的教育；高中学生的抽象思维能力迅速发展，除了进一步加强观察法、实验法的教育，还要逐步介绍理想化方法、等效法、图像法等物理方法，也要训练分析、综合、归纳、演绎等思维方法。

在具体教学中，不仅要明确不同阶段科学方法教育的重点和难点，而且对于不同的科学方法，应提出不同的要求。若一种科学方法在教学中多次出现，可以在首次使用时先介绍方法的名称和操作步骤，以及如何使用；再次学习时，就需要强化学生对该方法的认识，加深对科学方法的理解；多次出现时有必要将层次提高。由于科学方法与科学知识存在对应关系，可以参考高中《物理课程标准》和安德森认知目标分类学的基本思想，将“记忆”“理解”与“应用”作为科学方法的教育目标。

例如，理想化实验和比例系数法，由于主要在高中必修系列中出现且出现次数较少，故目标要求为“记忆”。控制变量法、比值定义法、分类法在高中必修系列中较少出现而在高中选修系列中较多出现，因此可在高中第一学年将目标定为“理解”层次，在选修系列学习中，该目标应提高至“应用”层次。

四、整体教学原则

每一个科学方法都不是完全独立存在的，这就要求在显化教学中要处理好各个科学方法之间的联系与区别，使科学方法教育具有连贯性。

“对于每一个知识点，都有一种或多种相应的物理方法与之相对应。”[4]不同的科学方法共同作用、相互支撑，这就要求教师权衡一个知识点突出了哪种方法，有选择地重点突出一些科学方法的同时兼顾其他。例如，在牛顿第二定律的应用过程中，运用较多的物理方法有整体法、隔离法、正交分解法、图像法等，教师可以以科学方法为主线进行习题教学，从而避免题海战术。

有些科学方法反复使用，贯穿不同的知识点，这就需要在显化教学中注意融会贯通。一个方法对应于很多知识的获得，就可以应用已学习的科学方法去研究那些尚未研究过的事物，进行有效的迁移，即运用科学方法合乎逻辑地推导出新知识，彰显科学方法的教育功能。科学方法教育不是一朝一夕的事情，它比科学知识学习更困难，所以，在显化教学过程中要适时地、恰当地、多次地引出，并在最后做出总结。如在学习质点、单摆、理想气体、自由落体、匀速圆周运动、简谐振动等概念后，对它们做对比分析，可通过由特殊到一般的过程，概括出理想化模型的定义：虽然它们有的是理想的实物，有的是理想的过程，但它们的共同点是对客观存在的纯化反映，是抽象的绝对理想形态，所以我们把这些统称为理想化模型。

对于容易产生混淆的科学方法要进行比较。可通过比较科学方法之间的异同点，使学生对其进行整体把握。例如，学生容易把理想化模型和理想化实验混淆，我们可以指出它们的共同点是以事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素；它们的不同点是，理想模型是作为一种形态的形式存在，而理想实验作为一种推理过程的形式存在。

五、理论联系实际原则

根据科学方法高度抽象的特征，结合皮亚杰的同化顺应理论，可知学生学习科学方法的认知过程主要是顺应过程。由于学生头脑中缺乏必要的图式支持，因此对科学方法常常只达到表面的理解和掌握，难以迁移到新情景中去解决问题。很多一线教师反映，学生在考试中不会做题，大部分并不是因为知识未掌握，而是因为科学方法未掌握或是科学方法未能很好地迁移。因此，在显化过程中应创造一个良好的认知情景，让学生主动进行探索，沿着科学的思路和方法思考，从而更深刻地领略科学方法。在这里，可以建议使用原始物理问题深化科学方法教育。

所谓原始问题，是指对自然界及社会生活、生产中客观存在且未被加工的科学现象和事实的描述。原始问题是把每个已知量镶嵌在真实的现象中而不直接给出，需要学生根据面临的情景，通过假设、估计等手段获得所需的变量及数据，再构造出理想的模型，经过层层的“剥开”过程，最终使结论“破茧而出”，从而把能力培养落实到了实处。原始物理问题使科学方法和实际问题很好地结合起来，学生通过一定的问题情境，围绕符合其认知水平的、难易适度的原始物理问题，重新组织已有的科学方法，形成更加高级的认知结构，并用它来解决问题。问题一旦解决，学生所习得的科学方法就得到了迁移。

例如一道原始物理问题：用n块砖，在水平地面上依次由下往上堆放，在砖不翻倒的条件下，为使最上面一块砖伸出最底部一块砖的距离最大，应如何堆放？为了解决这个问题，可以采用理想化模型方法，抓住主要因素(砖长、砖的质量等)，忽略次要因素(砖厚、砖宽等)；可以用归纳法或演绎法来解决问题，这种创造性活动的完成很容易使学生更深刻地掌握科学方法。

[1] 邢红军.中国基础教育课程改革:方向迷失的危险之旅[J].教育科学研究,2011,4.

[2] 乔际平,邢红军.物理教育心理学[M].广西:广西教育出版社,2002.

[3] 张宇,邢红军,肖骁.初中物理科学方法教育的实践研究[J].中国现代教育装备,2010,24:92-94.

[4] 浙江省教育学会中学物理教学分会.高中物理方法教育研究[M].浙江:浙江教育出版社,1995.

黄琳雅，在读硕士研究生。黎明，本科，中教一级。陈清梅，硕士，副教授。

1.首都师范大学。2.湖北省十堰市张湾区实验中学。3.北京中医药大学。

本文系北京市“十一五”规划教育科学重点课题“高中物理科学方法教育内容显化的理论与实践研究”(编号：ABA08010)。