中学物理教学中科学方法教育状况

郑佳明

（西藏大学理学院 西藏拉萨 850000）

方法乃途径也，科学方法乃捷径也，明智人凡事都求方法，得到了科学方法，学习可以少走弯路，工作也能提高效率，科学方法并非临场靠灵活的脑子想就能得到，而是靠平时的培养。

科学方法教育能够培养中学生的物理思维，可以锻炼学生的创新能力、分析能力和解决问题的能力。总结出中学课堂中的科学方法，使用这些科学方法来指导学生，可让他们有意识、有目的地进行科学探究，培养学生养成尊重事实和探索真理的科学态度。

一、物理科学方法教育的内涵

（一）培养学生的科学精神

进行物理科学方法教育，首要就是培养学生的科学精神。如何培养学生的科学精神，首先需要知道什么是科学。科学是建立在可检验的解释和对客观事物的形式、组织等进行预测的有序的知识系统，是已系统化和公式化了的知识。其对象是客观现象，内容是形式化的科学理论。科学精神又是什么呢？科学精神就是创新精神，现在所知道的新技术都是通过科学创新而得到的，因此培养学生科学精神重点就要培养学生的创新思维。

（二）掌握科学方法

科学方法就是科学思想的体现，在认识世界的过程中必须使用科学方法。在给学生进行授课的过程中，要运用物理科学方法教育，在运用科学方法的同时也要给学生们讲讲过去科学家们的故事，让学生们知道科学家们是如何从现象中发现规律的，从而使科学方法被学生们掌握。

（三）树立科学态度

我们都知道，一开始是没有物理学的，物理学是从自然哲学中分出来的，过去的自然哲学对于自然界的考察是相当不严谨的，所有的考察都是猜测，连实验研究都没有，这种情况一直到伽利略才结束。伽利略进行物理学的研究之后，倡导了实验研究等方面，这使得物理学真正成为一门严谨的学科。物理学作为一门严谨的学科，对于物理学的态度也必然需要有严谨的态度。要尊重事实，反映事物的本来面貌和内在规律时要实事求是，那些经得起时间考验的科学研究成果都是通过大量的实验而得出来的，只有这样才会得到世界的承认。

二、中学物理科学方法教育的状况分析

（一）物理概念教学中使用的科学方法

在中学阶段，建立物理概念的方法主要有以下几点。

1.等效法：等效法是根据等效原理而得出来的，是用原本已知的事物来取代陌生的事物，这样就能将复杂简单化。在建立的过程中，要保证最后的效果是相同的，目的是跳过各种困难，把问题转化，将复杂的问题简单化，然后先解决简单的问题，把困难的问题用简单问题的方法解决。

2.比值定义法：比值定义法就是一个新的物理量由两个或者两个以上的已知物理量的比值来定义。中学物理教育中使用比值定义法情况也是很多的，特别是在中学物理概念课中使用得更加频繁，并且在初中的时候就已经出现了，比如电阻。

3.理想化方法：理想化方法则是需要抽象和概括，要抓住事物的主要特性，从最原始的模型中来抽象和概括出原本现实中虽然不存在，却能反映研究对象本质的方法。

4.类比法：类比法就是比较两个或者两个以上的事物时所使用的方法，主要是为了比较两个或者两个以上的事物的共同点，把其中的一类特点推理到另一个上面，以方便最后找到共同的属性。

（二）在规律课中进行科学方法教育

在中学物理科学方法教育的过程中，一般在中学的规律课中主要运用的科学方法就是实验归纳法、图像法、理想实验法、演绎推理法、假说法等。

1.实验归纳法：实验归纳法需要非常多的实验，所归纳的内容是建立在做大量实验基础上的，来对所研究的物理现象进行总结分析。在做实验的过程中，需要多次重复实验，然后在实验的过程中，需要准确地发现出实验不同阶段的联系。实验的归纳通常会使用图像的形式来进行，将实验所得的数据放在图的坐标上，观察不同变量之间的关系并进行规律总结，会让学生理解更加深刻。

2.图像法：图像法运用得就十分常见了，我们在小学就学习过了，在中学的物理课堂上，探究速度和位移、时间是什么关系的实验时，就利用了图像法进行探究。图像法能够直观地反映出物理规律和物理现象，并且十分简单，容易操作。

3.理想实验法：理想实验法一般是很难完整地做完实验的，因此会采用一部分实验为基础，将很难实现的一些条件理想化，在思维中完成剩下的实验。在科学的角度，理想实验不算是真正的实验，毕竟有一部分是理想化的，这是一种科学是思维方法。

4.演绎推理法：演绎推理法就是在我们利用现在已经知道的规律，对已经知道的规律的其中一部分概念的应用，然后对其运用数学推理，最后得出结论。演绎推理法可以和实验结合起来，先进行演绎推理，然后通过实验来进行验证。但对于定量描述的规律就不能这样做了，这些定量描述的规律受到了实验条件的影响，是不易进行实验的，不过此时就可以将适当的推理和一定的研究结合起来看，最终得出结论。例如焦耳定律就是这样得出来的。

5.假说法：对部分的研究成果进行假定性的研究就是假说法。随着时间的推移，一部分问题如果现阶段无法解决，就可以在现有的基础上进行一种新的理解，形成一种新的理论。假说法也是物理科学研究的过程中经常使用的一种方式。

（三）在实验课中进行科学方法教育

物理实验教学按实验形式的不同分为演示实验和分组实验，在教学中使用实验的目的在于给学生学习物理创造一个良好的物理情境，使学生在实践过程中能够根据实验现象，主动思考，主动学习物理知识，学习实验中的科学方法，培养学生的思维能力以及观察能力和学习物理的能力。

1.实验教学的分类

根据实验的不同类型，可以将实验进行分类，如下：

（1）探索性实验，这种实验是为了研究不同物理现象中的共同点，即它们的规律与特点，最后的目的是完善和发展物理定律；（2）验证性实验，这种实验主要是为了在原本已有的定理和规律的基础上，对这些定理和规律进行实验验证，这种验证是十分重要的，所以验证性实验在物理科学方法教育中是非常重要的；（3）应用性实验，应用性实验就是要运用已知的物理量来测量其他未知的属性。

2.实验教学中的科学方法教育

在实验课中，需要做的就是实验，但是除了做实验以外还有着提出问题、实验设计、数据处理、交流反思等环节，这些环节中是需要使用科学方法的，不同的环节适合使用不同的科学方法，比如在实验设计中，适合使用的科学方法有平衡法、转换法、等效代替法、放大法、比较法、模拟法、控制变量法、叠加法和留迹法等；在数据处理的过程中，适合使用的科学方法有列表法、解析法和作图法等；而在物理教学的过程中，适合使用的科学方法有归纳法、观察法、理想模型法、类比法和推理法等。下面列举常用的科学方法：

（1）平衡法：这是很常见的一种科学方法，利用平衡，将需要知道的物理量与已知的物理量之间进行对比，如果两个物理量相等时，就能利用已知的物理量来得出被测量的物理量，在物理实验中所使用的天平和温度计都是根据平衡的原理而设计的，实验里测大气压强也是运用了平衡法。

（2）等效代替法：等效代替法就是利用的效果等同，将原本复杂的问题简单化，或者在实验器材被限制的情况下，用其他相似的器材等效代替。比较常见的实验就是测量不规则物体的密度。

（3）控制变量法：控制变量法一般在研究一个物理量与多个物理量有何联系时使用，先保持其他量不变的情况下，确定剩下的两个量之间的关系。常见的实验是研究滑动摩擦力和哪些因素有关。

（4）留迹法：留迹法就是把一些难以用肉眼观察到的物理运动轨迹用其他方法记录下来。最常见的实验就是频闪相机和打点计时器。

（5）列表法：列表法是在实验得出数据以后，将所得到的数据和相应的计算结果通过表格的形式展现出来，方便找出各个物理量之间的关系。

（6）作图法：作图法就是把实验所得的数据利用图形的方式展现出来，利用展现出来的图形来观察我们测量的物理量的变化规律，能够更加直观地看出物理量之间的关系。

（7）类比法：类比法就是在研究那些比较抽象的问题时使用的，一般是将需要研究的事物拿来与具体的事物通过类比，找出它们的相同点，使原本抽象的事物更容易理解。

三、如何开展科学方法教育的实例分析

通过观察学生物理习题教学的学习过程，如课堂提问、直接观察、课后批改作业等多途径，基于运用物理科学方法于物理习题的学习过程的特征，关注一批典型学生。选取一名典型学生的某段学习经历作为案例剖析如下：

（一）案例主题

运用物理科学方法于物理习题教学过程的学习——“匀变速直线运动”板块的学习情况考察。

（二）案例对象

高一17 班学生严某，基本情况：女，17 周岁。为2019年秋季高中入学考试达线，本校正常录取。学业在本班级上等。物理单科成绩入班排名3，历次测试平均5 名。

（三）案例研究内容

1.物理科学方法的学习阶段情况

教师首先对时间、时刻、位移、路程、速度、速率、平均速度、速度变化与速度变化率——加速度这些物理量进行教学，然后开始讲解“匀速直线运动”的两大特点——速度不变，加速度为零。加速度表达了速度变化的方向和变化快慢。基于生活中的实例，列举了数据，进行了情境教学。

严某情况1：这一阶段，参与了学习进程，注意听讲，不时记录讲课笔记，中途回答教师提问。

接着，教师提出了重要物理方法——图像法的探究任务：如何运用图像（主要是两类：x-t 图像和v-t 图像）展现出“匀速直线运动”的两大特点——速度不变，加速度为零。

严某情况2：与同桌互动，参加讨论。严某能正确画出初速度为零条件下的v-t 图像。对板演的其他同学的结果看了一下，兴趣十足。个人学习讨论深度很好。

在全班积极参与探究之后，教师对“匀速直线运动”的两类图像——x-t 图像和v-t 图像进行了总结，概括的要点主要为：图像所在的坐标系？图像的几何特点（斜率、截距、平行、相交点等）对应的物理意义？

课后，布置的习题中，有探究v-t 图像面积的物理意义的问题。

严某情况3：作业基本正确。但是有一题回答出现重大错误：严某将图像和物体移动的轨迹混淆。

在后续新授课前，教师对严某进行了个别辅导。教师与严某互动，了解了严某对图像法这一典型的物理科学方法学习的真实想法：认为匀速直线运动这么简单，初中已经学过，何须如此大动干戈，用图像求解，本身画图他就觉得麻烦。教师对其结合作业出现的问题进行了谈话，纠正了错误认识。

2.应用物理科学方法完成新知识学习任务的阶段情况

在学习了“匀变速直线运动的定义和物理特征——速度均匀改变，加速度不变”之后，教师提出：同学们，想一下我们怎样来运用图像法推导出“匀变速直线运动”的规律？

在教师指导学生思考后，学生意识到：还是尽可能利用v-t 图像推导好。

理由是：v-t 图像的点的横坐标表示时刻，而纵坐标表示速度；斜率则是表示加速度；图像和坐标轴围成的面积则是表示位移。

经过学生多次反复的探究讨论，最终：

通过v-t 图像的一次函数解析式讨论得出了速度公式。

严某情况4：正确推出。

通过对图像围成的梯形形状的观察、物理意义的理解、图像围成面积的分割计算，最终写出了位移公式。

通过图像几何特点——梯形的中位线长等于上底加下底的算术平均值得出：平均速度与初速度、末速度的算术平均值相等且等于中间时刻的瞬时速度。

（四）案例研究结论

学生从初中进入高中阶段的物理学习，对物理科学方法本身的内涵学习存在困难，这既牵涉到知识基础方面的原因，从很多案例看，还不可避免牵涉到初中形成的解决物理习题的习惯问题，最为关键的是科学方法本身对思维范式、思维深度、思维形式转换要求较高，对处于青春初期的高中学生心理发展要求较高。

结语

物理科学方法教育的研究之路还很长，完善物理科学方法教育不是短时间能成功的，而是一个长期的工作。希望有更多的教育者一起来完善物理科学方法教育，一起来进行研究，为我国的教育行业添砖加瓦。后期还会继续对物理科学教育进行研究，希望未来参加教育工作以后，将自己研究的成果运用到实践中去。