高中物理教材中科学方法教育的显化

摘 要：在高中物理课程改革中,科学方法教育被提高到与知识教育相提并论的高度,在教材中显化科学方法教育就显得尤为重要,文章以人教版高中物理教材为例分析其对科学方法教育的显化现状,进而从“以科学方法为主线的形式组织教材、开设专题介绍科学方法、利用物理学史显化科学方法教育、设置运用科学方法解决实际问题的例题”这四个方面提出了显化科学方法教育的策略.

关 键 词：高中物理；教材；科学方法教育

中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1671-0568（2014）03-0089-03

基金项目：本文系陕西师范大学“4+2+1”教师教育项目“高中物理科学方法教育研究”的研究成果.

一、问题的提出

科学方法教育在物理教育研究中始终是一个重要的课题,无论从当前课程改革的实践还是从提升民族整体素质的角度考虑,做好物理科学方法的教学工作,都具有鲜明而深远的时代意义.在高中物理课程改革中,科学方法教育已经被提高到与知识教育同等重要的地位.《普通普通高中物理课程标准（实验）》中指出,高中物理课程的性质之一是让学生“体验科学探究过程,了解科学研究方法”.在“课程具体目标”中要求学生“尝试应用科学探究的方法研究物理问题,验证物理规律.通过物理概念和规律的学习过程,了解物理学的研究方法.”这意味着在物理教学中必须重视科学方法教育.“与科学知识相比,科学方法具有更大的稳定性和更普遍的适用性.从这个意义上讲,学生掌握科学方法比掌握科学知识更重要.”

科学方法教育有隐性和显性两种方式,其中隐性教育方式是指在教学中不点明科学方法的名称,不对科学方法进行解释,而是隐蔽地发挥科学方法的指导作用,使学生潜移默化地受到科学方法的熏陶.显性教育方式指在进行科学方法教育时,明确指出科学方法的名称,说明科学方法的原理,揭示科学方法的本质与科学方法的操作过程.教师有意识地公开宣称进行科学方法教育,学生处于有意识地接受科学方法的状态.科学方法本来就比物理知识抽象更难于理解,因此,采取隐性方式进行科学方法教育,只会增加学生学习的难度.国际科学教育研究者认为,“从隐含的印象中得出的认识将是混乱不清的和一堆零散的概念,无论采用何种形式,都必须明确地加以讲述.”这充分说明了科学方法教育显化的重要性.

我们知道科学方法教育离不开知识教学,两者必须有很好的融合,否则科学方法教育将成为无源之水,无本之木.而知识教学又依赖于教材,所以实施科学方法教育必须先从教材入手.教材作为教师教学与学生学习的第一手资料,其对科学方法的处理方式直接影响着科学方法的教学效果.教材中适当显化科学方法能够加强科学方法教育的实施,同时可以指导教师很好地把握科学方法的教学,进而保证科学方法的教学效果.本文主要以人教版教材为例分析其对科学方法教育的显化现状,进而提出在教材中进行科学方法教育的显化策略.

二、人教版教材中科学方法教育的显化现状

与传统教材相比,人教版新课程高中物理教材对科学方法的显化意识有所加强,在介绍相关物理知识的同时通过旁批和正文直接介绍的形式显化了相应的科学方法.

1.旁批处介绍科学方法.教材中分别对理想模型法、控制变量法和比值定义法在文中适当的位置以旁批的方式进行了显化,有助于为学生提示并解释随时出现在正文中的科学方法,起到画龙点睛的作用,这样容易使学生在学习领会科学方法的同时,增强对科学方法的重视.下面以理想模型法为例予以说明：例如,物理1在“质点参考系和坐标系”一节中,在给质点下定义的同时,用旁批的形式介绍了理想模型法.“在物理学中,突出问题的主要方面,忽略次要因素,建立理想化的‘物理模型’,并将其作为研究对象是经常采用的一种科学研究方法.质点就是这种物理模型之一”.这样,在教材中直接给出科学方法的具体名称,让学生初步体会科学方法的内涵,对于科学方法的训练是非常有效的.

对于典型的物理科学方法在文中适当的位置以旁批的方式加以显化,很容易引起学生对相关科学方法的注意,并明确其含义.然而,如若在恰当的时机加以显化,则更能有效地进行科学方法教育.

2.正文中直接介绍科学方法.教材在正文中对科学方法教育进行了显化处理,比较容易引起学生的重视.例如,物理3-1在“库仑定律”这节中再次对理想模型法进行了显化,教材先是对库仑定律进行了描述,其中涉及点电荷的概念,接着进行展开“什么是点电荷?任何带电体都有形状和大小,其上的电荷也不会集中在一点上.当带电体间的距离比它自身的大小大得多,以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时,这样的带电体就可以看做带电的点,叫做点电荷.”接下来将点电荷与质点进行类比“点电荷类似于力学中的质点,也是一种理想化的物理模型.”此处对理想模型法进行了显化,对类比法采取了隐性处理.

教材尽管已经重视了科学方法的教育,但是纵观人教版新课程高中物理教材,其中科学方法教育显化的力度依然是不够的,全套教材仅显化了理想模型法、比值定义法和控制变量法等几种常用的科学方法,这给教师在教学实践中挖掘和显化科学方法预留了空间,同样也增加了难度.基于此,本文提出了四种显化科学方法教育的策略,力求通过不同方式显化科学方法,使学生掌握科学方法的实质,并逐步形成应用科学方法解决实际问题的能力.

三、教材中科学方法教育的显化策略

1.以科学方法为主线组织教材.传统教材往往以知识为主线展开,从而忽视了科学方法这一线索.虽然也能使学生从中学到一些科学方法,但学生对科学方法的理解往往是表面的、肤浅的,并且是零星的、不连续的,往往收效甚微.人教版教材虽然加大了科学方法的显化程度,但仍有不足之处,其总体显化程度还略显不够.所以应该以科学知识和科学方法两条线索去组织教材,使知识线和方法线在教材中同时展开、并行前进.在以物理知识体系作为课程内容展开主线的同时设计一个物理科学方法体系.以知识的发生发展过程和伴随知识发展过程中所蕴涵的科学方法为基础,按知识的发展过程及其间所运用的科学方法整理出线索进而组织教材.例如,物理1中“牛顿第二定律”这一节可以这样组织：先根据日常生活的经验进行猜想：物体所获得的加速度与它所受到的力和物体质量的关系（检测设法）；如何研究问题：实验验证加速度与质量和力的定量关系（实验法）；如何实验：设计实验探究框架（控制变量法）；如何选择实验数据（误差分析法）；如何分析实验数据：借助图像直观地展示实验结论,控制实验误差（图像法）；如何得出定律的表达式（综合归纳法）.科学方法贯穿整个教学过程,这样来进行“牛顿第二定律”的教材编排,把科学方法体现在知识的认知过程中,按照学生的认知模式进行编排,使学生清楚地了解知识与方法的发展历程,进而指导学生经历这一过程,从而使学生真正领略到科学方法和科学知识的内涵与本质,使其能力得到提高.

2.开设专题介绍科学方法.美国Physics：PrinciplesandProblems物理教材第一章是物理工具箱,直接系统地介绍了学习物理和研究物理所必须具备的科学方法.在“科学方法”模块,教材是通过将学生学习物理的过程与科学家研究物理的过程进行对比而展开的,让学生了解观察、实验、建立模型、提出理论解释、得出实验结果或预测新事物,这些都是科学方法的基本要素,教材还系统地介绍了模型、理论、规律之间的关系.美国教材用一章的篇幅,以显化的方式系统地介绍全书中所要用到的物理科学方法,并且通过融入科学家研究物理的过程增加了科学方法的趣味性,这种显化科学方法教育的策略值得我们借鉴.

我国物理教材中多数将科学方法隐含在物理概念与规律的教学中,很少在教材中以较大篇幅直接介绍物理科学方法.教材对科学方法采取隐性教育的方式存在着某些弊端,一些专家学者已经开始倡导显化科学方法教育.然而,美国物理教材中科学方法的显化方式为我国教材显化科学方法教育提供了很好的思路.我国教材同样可以单独开设一章将一些比较重要的科学方法以显化的方式呈现在教材中,在学完一册教材的知识之后在教材最后一章设置“科学方法”专题,对本册出现次数较多的重要科学方法做系统性总结,使蕴含于知识中的方法论因素明朗化、系统化.

3.利用物理学史显化科学方法教育.新课标教材中一个显著的特点是融入了较多与物理学史相关的内容.在教材中融入物理学史内容,并在展现物理学的发展历程中突出科学方法教育,可以使学生领略到科学家的人格魅力及思维方法,有助于激发学生学习的主动性,启发学生掌握科学研究的方法.通过在教材中融入物理学史,学生可以更全面、更系统地体会科学方法.

例如,在“原子结构”一章,可以先总结性地描述“原子”这个概念的建立过程,使学生在对原子的结构有比较完整的认识的同时,领会到“检测说法”和“模型法”是物理学研究中的一般方法.在教材中可以向学生提供相关史料,这样不但使学生深入了原子结构知识的学习,而且深化并显化了科学方法的教育.在教材中融入相关的物理学史,重点在于剖析一些重要概念、规律、检测说、模型的形成和发展过程.在融入物理学史的过程中可以充分展现科学发展的历程,为科学方法教育提供生动而丰富的素材,进而使学生更全面、更系统地体会科学方法,这无疑是一种有效进行科学方法教育的方式.

4.设置运用科学方法解决实际问题的例题.发展学生分析和解决实际问题的能力是科学方法教育的目的所在,只有掌握了物理学的研究方法,学生的能力才会按一定规律不断增长.对于物理学来说,思想和方法是其灵魂,为了掌握一些典型的科学方法,教材中需要设置运用科学方法解决实际问题的例题,题目力求在解决实际问题中运用科学方法.例如,大雾天气,司机突然发现汽车已开到一个丁字路口,前面是一条小河,为了避免危险,司机是应当采取紧急刹车措施还是紧急转弯措施?解这道题需要把实际问题转化为匀变速直线运动和匀速圆周运动这两种理想化模型,汽车紧急刹车所滑过的距离为匀减速运动的位移,紧急转弯滑过的水平位移则是匀速圆周运动的半径.

对于这类问题,首先需要明白是针对什么物理现象和事实提出,然后要将其转化为物理模型,最后解决问题.在这个过程中就要用到理想模型法、等效法、近似法等具体科学方法,重要的是将一定的物理现象或物理情景转化为物理模型.其中又会用到分析、综合、概括、抽象等科学思维方法.然而教材中有必要在解析中将所用到的科学方法明确地指出来,从而使学生体会到在解决实际问题时如何选择合适的科学方法,使其明朗化.教师也可依据教材从方法论的角度对学生的研究过程进行指导,鼓励学生采用不同方法,提出不同见解,创造性地解决问题,在变化了的条件下也能独立解决面临的新问题,达到科学方法教育的最终目的,这也体现叶圣陶先生所倡导的“教是为了不教”的理念.

在高中物理课程改革中,科学方法教育被提高到与知识教育相提并论的高度.通过在教材中显化科学方法教育,可以将科学方法更明朗、更系统地展现在学生与教师面前,使学生不仅有宏观的认识,而且有微观的体会,还可以指导教师更好地把握科学方法的教学.在进行科学方法显性教育时,要把握科学方法的本质,体会科学方法教育的逻辑力量.科学方法教育虽然不教给学生具体的学习内容,但可以使学生形成一种科学的求实精神和解决实际问题的能力.然而,教材中科学方法教育的显化还有待进一步研究和探索.