方法与方法教学的地位、途径和策略

窦 瑾

（南京晓庄学院物理与电子工程学院，江苏 南京 211171）

“物理学是一门具有方法论性质的科学”，物理学的这一学科特点决定了物理教学必须重视方法教学.正如赵凯华先生曾经指出的那样：“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、人生智慧的培养有好处.”然而，长期以来，由于受多种因素的影响，高中物理教学中的方法教学一直未能得到应有的重视.

1 方法的地位

《普通高中物理课程标准（实验）》前言部分在论及课程性质时指出：“高中物理课程有助于学生继续学习基本的物理知识与技能；体验科学探究过程，了解科学研究方法；为终身发展，形成科学世界观和科学价值观打下基础.”同样，《标准》前言部分在论及课程基本理念时指出，“高中物理课程旨在进一步提高学生的科学素养，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观3个方面培养学生，为学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础”.此外，在《标准》的其他部分，频繁出现了诸如“了解物理学研究方法”、“认识方法”、“体会方法”等关于方法的模糊表述和“实验方法”、“推理方法”、“理想模型方法”、“估测方法”等关于方法的明确说法.这一系列关于方法的“模糊表述”和“明确说法”充分揭示了方法在高中物理教学中所处的重要地位——方法是高中物理教学的目标之一和内容的一部分.

2 方法教学的途径

从总体上来讲，物理教学主要包括实验、知识建构和知识应用3个方面.自然，实验教学、知识建构教学和知识应用教学是方法教学的3条主要途径.

2.1 在实验教学中开展方法教学

物理学是一门以实验为基础的自然科学，而任何物理实验总是要经历根据实验目的构思实验原理、选择实验器材、设计实验步骤、操作、观察和收集实验数据、处理数据、归纳实验结论、理论解释等环节，转换、控制、近似、累积、外推等方法的“身影”总是伴随其中.所以，实验教学是开展方法教学的主要途径之一.

案例1.测量某电容器（电容值约1000μF左右）的电容.

用图1所示电路进行实验.所用的器材：数字式学生直流稳压电源、秒表、定值电阻（10kΩ）、量程1mA的电流表以及开关、导线若干等.

实验过程：维持10V电压给电容器充满电.断开电键使电容器开始放电，同时开始计时和测量电流.

依据测量结果作出电容器放电电流与时间的关系曲线，读取曲线与坐标轴所围方格的个数得知电容器的放电量Q，则待测电容器的电容为C

图1

该实验体现了物理实验方法的各个方面，尤其是间接的电量测量方法对高中生具有很好的训练价值，实验数据的处理和实验结果的呈现也具有良好的示范意义.

2.2 在知识建构教学中开展方法教学

众所周知，建构物理知识离不开实验和理性思维，其中理性思维又包括了比较和分类、分析和综合、归纳和演绎、类比、想象、假说以及理想化方法和数学方法等.所以，建构知识教学是开展方法教学的又一主要途径.下面仅从对“电场强度”一节教科书的分析来说明.

案例2.方法论视野下“电场强度”一节教科书的分析.

这节教科书先后向读者呈现了“电场”、“电场强度”、“点电荷电场电场强度的叠加”、“电场线”、“匀强电场”等5个方面内容.方法贯穿于建构电场强度概念的全过程，是整节教科书活的灵魂，主要列举如下.

（1）“电场”概念的建立：根据现象（事实）提出假设的方法（“场”的假设得到了近代物理学的理论和实验的证实）.

（2）“检验电荷”概念的引入：分析、假设和理想化模型等方法.

（3）“电场强度”的定义：分析、实验和综合等方法，包括实验时的控制变量、综合时的比值定义等.

（4）“点电荷场强计算式”的导出：“从一般规律出发得出个别结论”的演绎方法.

（5）“电场强度的叠加”的引出：演绎的方法——因为电场强度是矢量，所以它的叠加遵循矢量的运算法则.

（6）“任意带电体电场强度”的计算：分析和综合的方法，即先“分”（点电荷）再“合”（叠加）.

（7）“电场线”的介绍——用电场线直观描述电场：理想假设（尽管这一理想假设不像“场”那样被近代物理学的理论和实验所证实）的方法.

（8）“电场线在电场中不相交”的解释：演绎的方法（反证法）——基于“电场线上每一点的切线方向表示该点的电场方向”这一基本假设和“电场中某一点的电场强度方向具有唯一性”这一客观事实进行“反证”.

（9）“电场线形状”的演示——“把头发屑悬浮在蓖麻油里，加上电场，微屑就按照电场强度的方向排列起来，显示出电场线的分布情况”和“带电人体的头发由于静电斥力而竖起散开”：模拟（类比）实验的方法.

（10）“匀强电场”的定义：理想模型的方法.

（11）“匀强电场中电场线的分布特征”的说明：演绎的方法——由于场强方向处处相同，所以电场线应该是平行的；由于场强大小处处相等，所以电场线的疏密应该是均匀的.

2.3 在知识应用教学中开展方法教学

知识应用主要包括用已有的物理概念和规律解释、说明一些现象和求证、求解一些问题，而解释、说明和求证、求解的过程常常要经历根据物理情境建立物理模型、运用物理知识列出方程和运用数学方法分析求解等环节.显然，模型法、分析与综合、数学方法等是知识应用中常用到的方法.

案例3.列车以恒定功率从车站出发，沿平直轨道行驶5min时速度达到20m／s.设列车在行驶过程中所受的阻力恒定，则在这段时间内，列车行驶的距离

（A）一定小于3km. （B）一定大于3km.

（C）一定等于3km. （D）不能确定.

图2

分析：以恒定功率起动的列车在最初的一段时间里做加速运动，但加速度逐渐变小，即列车在从车站出发后的最初一段时间里做初速度为0、加速度逐渐变小的变加速直线运动.显然，匀变速直线运动规律无法直接用于解决这样一个变加速运动的问题.怎么办？选择“3km”这一“特殊值”作为突破口.稍经分析、计算便发现，“3km”恰好是一个初速度为0、5min内速度达到20m／s的匀加速直线运动的物体所运动的距离.这样看来，解决原问题的关键在于比较初速度同为0、末速度同为20m／s的匀加速运动和变加速运动（注意加速度逐渐减小）在5min内运动的距离大小.既然无法像匀变速直线运动那样用“公式”来处理变加速运动问题，那就不妨变通一下思路，尝试用“图像”来分析、解决问题.所以，粗略地作出上述两个运动的v图（示意图），如图2所示.不难看出，由于曲线段OCA下面的曲边三角形面积大于直线段OA下面△AOB的面积，所以可以确定，5min内列车行驶的距离一定大于3km，即本题的正确选项应是（B）.

本题方法教学的着力点在于模型法和数学图像处理方法，对变加速运动问题的处理具有一定的典型意义.

3 方法教学的策略

综上所述，方法地位重要、方法教学途径多多.如何使方法教学更有成效呢？

3.1 学好“方法论”

物理教师要系统地学习方法论著作和文章，知道方法论的基本概念，熟悉方法的一般分类及各种方法的内涵、价值、操作过程等.特别地，要熟练掌握归纳和演绎、分析和综合、转换、控制、理想化等等最基本、最常用的方法.

3.2 处处时时留心方法

既然有实验的地方、有知识建构的地方、有知识应用的地方就一定有方法——“方法无处不在”，那么，方法教学的关键就是教师成为有心人.要从分析教科书开始，在方法教学“途径”上，在教学评价中，处处、时时留心“藏”在实验、知识建构、知识应用等背后的方法这只“无形的手”.

3.3 处理好两对“关系”

（1）处理好知识教学和方法教学的关系.首先，要杜绝单纯传授知识和孤立传授方法这两种极端做法，即要将知识教学和方法教学“拧成一股绳”，使知识和方法双向联动、螺旋建构、融为一体.其次，由于方法体现在具体实验、具体知识建构和具体知识运用的过程中，所以，方法教学要注意使实验、建构知识和运用知识的过程与方法的逻辑基本相一致.

（2）处理好方法教学中“隐性”和“显性”的关系.根据笔者长期在高中从事物理教学的经历来看，可以采取这样的处理办法：在学生初次接触到某一方法时，方法教学一定采取“显处理”的方式，即在提出问题、设计实验、形成概念、发现规律、运用知识等环节中鲜明地指出所涉及的方法名称、内容和操作过程，让学生了解关于这一方法的知识，获得对这一方法的理性认识，促进他们有意识地学习方法，自觉地运用方法学习和掌握后续知识、分析和解决以后遇到的问题；在学生“重复”接触过某一方法后，方法教学一般采取“隐性”的方式，即在教学过程中一般不再揭示该方法的名称、不对该方法进行解释，采取“渗透”的办法，让学生在不知不觉中将外在的显性指导转变成自己内隐的本能思维和学习能力.

3.4 发挥学生的主观能动作用

除了上面提到的通过“隐性”的教学方式来发挥学生的主观能动作用外，还可以通过利用教科书“说一说”、“科学漫步”、“问题与练习”等栏目及课外读物中关于方法的资源来发挥学生学习、掌握、运用方法的主观能动作用.例如，“电场强度”一节教科书“说一说”栏目中关于“电场中的导体静电平衡时内部电场有何特点”、“科学漫步”栏目中“法拉第和场的概念”以及“问题与练习”栏目中第3小题等都是能够促进学生自主学习知识、自主解决问题、体会方法价值、确立方法观的极好资源.

1 张宪魁.物理科学方法教育的研究与反思.物理教师，2011（4）－（5）.

2 李正福，李春密，邢红军.物理教学中的科学方法显性教育.教育科学研究，2011（1）.

3 张启平.物理科学方法教育的价值、方法与途径.湖南中学物理，2010（6）.

4 张宪魁，李晓林，阴瑞华.物理学方法论.杭州：浙江教育出版社，2007.