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高中物理教學(xué)中的科學(xué)方法教育
高中物理教學(xué)中的科學(xué)方法教育重慶市萬州中學(xué) 黃全安
在科技迅猛發(fā)展，知識(shí)日新月異，科技競爭日益激烈的今天，大多數(shù)教育人士已經(jīng)普遍認(rèn)識(shí)到，能力的高低在一定程度上，表現(xiàn)為掌握方法的多少和熟練程度。因此，物理教學(xué)中既應(yīng)該讓學(xué)生掌握物理學(xué)的概念和規(guī)律，更應(yīng)該讓學(xué)生重視科學(xué)的態(tài)度和科學(xué)的方法。
所謂科學(xué)方法，是研究自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的一般規(guī)律性理論。在中學(xué)物理教學(xué)中，科學(xué)方法教育的內(nèi)容有：一是物理學(xué)的研究方法的教育；二是物理學(xué)習(xí)方法的教育。在物理教學(xué)中，教師在完成傳授知識(shí)的同時(shí)，有意識(shí)、有目的的進(jìn)行科學(xué)方法教育和指導(dǎo)，有利于促進(jìn)學(xué)生智能的發(fā)展，培養(yǎng)科學(xué)的態(tài)度，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中不僅掌握了物理知識(shí)本身，而且掌握了研究和學(xué)習(xí)物理的方法，以及探索物理的精神。
一． 指導(dǎo)閱讀課本，培養(yǎng)自學(xué)方法
在教學(xué)中充分利用教科書，指導(dǎo)學(xué)生讀書的方法，是培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力的有效途徑。一方面通過讀書掌握物理的科學(xué)語言；二是通過反復(fù)讀書，使掌握的知識(shí)更加全面、系統(tǒng)、準(zhǔn)確；三是通過讀書提高自學(xué)能力，在學(xué)習(xí)上變被動(dòng)為主動(dòng)，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。那么，怎樣正確指導(dǎo)讀書呢？
�。�1）基本概念、基本定律要著重讀，對(duì)其中的重點(diǎn)字母要深入體會(huì)、準(zhǔn)確理解。因?yàn)檫@些字句或揭露了事物的本質(zhì)；或指出了事物變化的范圍和條件；或反映兩個(gè)事物的區(qū)別與聯(lián)系。教學(xué)時(shí)，必須指導(dǎo)學(xué)生把這些重點(diǎn)字句“摳”出來搞清楚、弄明白。如功率的概念中把“時(shí)間”限制為“完成這些功所用的時(shí)間”，而不能簡單說成“功率等于功跟時(shí)間的比值”。又如楞次定律：“感應(yīng)電流具有這樣的方向，就是感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化”，“阻礙”的含義不是“阻止”，它是指：原來磁場增強(qiáng)時(shí)，感應(yīng)電流磁場與原磁場反向；原來磁場減弱時(shí)，感應(yīng)電流磁場與原磁場同向。在教材中“這段”、“該點(diǎn)”、“某時(shí)”、“某刻”、“任意”、“總是”等字眼很多，切不可輕視。要養(yǎng)成“摳”字眼的習(xí)慣，正確理解概念和規(guī)律的物理意義、適用條件。
�。�2）指導(dǎo)學(xué)生識(shí)圖、讀圖、畫圖。物理學(xué)上的圖形很多，如速度圖線、振動(dòng)圖線、
波動(dòng)圖線、交流電的圖線、氣體狀態(tài)變化圖線、電力線、磁感線、電路圖、受力圖等，是用來描述量與量之間關(guān)系或變化規(guī)律的，是最簡單的物理語言。學(xué)會(huì)識(shí)圖、讀圖、畫圖是一種基本功，決不能忽視。通過對(duì)圖形的理解，可以提高空間想象力，增強(qiáng)物理綜合能力。
二． 在物理知識(shí)的教學(xué)中滲透方法教育
科學(xué)方法教育既需要潛移默化的熏陶，也需要有目的的訓(xùn)練。脫離物理知識(shí)對(duì)中學(xué)生大講科學(xué)方法，則猶如建設(shè)空中樓閣；埋頭講物理知識(shí)而不注意方法教育，則猶如給學(xué)生一堆磚瓦。因此，科學(xué)方法教育應(yīng)滲透在物理知識(shí)教學(xué)之中，只有根植于物理知識(shí)沃土之中的科學(xué)方法教育，才會(huì)結(jié)出豐碩的智慧之果。在物理知識(shí)的教學(xué)中，處處蘊(yùn)涵著科學(xué)方法。物理概念、物理規(guī)律的建立常常運(yùn)用觀察和實(shí)驗(yàn)、比較和分類、分析和綜合、數(shù)學(xué)和推理、理想化等科學(xué)方法。如在概念教學(xué)中，將電勢能和重力勢能類比，學(xué)生很容易接受；在洛侖茲力教學(xué)中，由安培力演繹出洛侖茲力。在牛頓第二定律、玻—瑪定律、楞次定律等規(guī)律的教學(xué)中，常采用觀察和實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)推理的方法來研究。如“電磁感應(yīng)”的教學(xué)就是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法訓(xùn)練的好例子，可將教學(xué)過程組織為較完整地體現(xiàn)科學(xué)研究一般方法的過程，使學(xué)生受到科學(xué)方法的訓(xùn)練。具體做法如下表所示：
研究方法
教 學(xué) 活 動(dòng)
�。�1）初步的觀察實(shí)驗(yàn)
觀察閉合電路的部分導(dǎo)體做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)。回路中產(chǎn)生電流的現(xiàn)象
�。�2）提出猜想
介紹法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)，分析、猜想變化的磁場才能產(chǎn)生感應(yīng)電流
�。�3）再次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
按教材完成實(shí)驗(yàn)
�。�4）總結(jié)規(guī)律
再次分析上述各個(gè)實(shí)驗(yàn)，得出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件
這樣，在傳授知識(shí)的同時(shí)，使學(xué)生感受科學(xué)方法在建立概念、發(fā)現(xiàn)規(guī)律中的作用，激發(fā)學(xué)生自覺的學(xué)習(xí)和運(yùn)用科學(xué)方法解決實(shí)際問題的積極性�！�
三．重視物理學(xué)史，體會(huì)科學(xué)方法
物理教學(xué)改革的目的之一，是把科研人員應(yīng)具有的素質(zhì)和能力早一些對(duì)學(xué)生進(jìn)
行培養(yǎng)和訓(xùn)練，使教和學(xué)的思路去盡量接近科學(xué)家認(rèn)識(shí)的思路。這就要求我們將物理教學(xué)和物理學(xué)史結(jié)合，當(dāng)然教學(xué)過程不同于科學(xué)研究過程，但在必要時(shí)，結(jié)合重要的物理史料用模擬科學(xué)認(rèn)識(shí)過程的方法進(jìn)行物理教學(xué)，這也是物理教學(xué)實(shí)質(zhì)性改革的途徑和方向，是實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目的，培養(yǎng)創(chuàng)造型人才的一個(gè)有效途徑。模擬科學(xué)認(rèn)識(shí)過程的方法，就是讓學(xué)生遵循前人科學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的思路來學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)科學(xué)研究的方法。這就要求我們將物理學(xué)史溶于物理教學(xué)之中，將科學(xué)方法教育溶于物理學(xué)史教學(xué)之中。具體地講就是善于把學(xué)生推到若干年前，讓他們從當(dāng)時(shí)的科學(xué)背景出發(fā)去重溫科學(xué)家們?cè)谑裁磫栴}上、什么環(huán)節(jié)中、什么情況下、用什么方法和思路作出了科學(xué)發(fā)明和發(fā)現(xiàn)，從而把這些關(guān)鍵的步驟聯(lián)系起來。
在“自由落體”教學(xué)中，首先應(yīng)闡明：歷史上，伽利略首先通過落體佯謬的思想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，否定亞里斯多德的物體越重下落越快的結(jié)論；然后運(yùn)用數(shù)學(xué)工具得出初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)S / t2 = 常量；進(jìn)而用斜槽實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證物體從光滑斜面下滑的運(yùn)動(dòng)是符合s / t2 = 常量的規(guī)律；最后將斜面實(shí)驗(yàn)推廣，得出結(jié)論：落體運(yùn)動(dòng)是初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng)。伽利略之所以敢于首先用一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)批判亞里斯多德的學(xué)說，是因?yàn)樗饲耙堰M(jìn)行過長期的實(shí)驗(yàn)研究，他曾多次觀察過從同一高度同時(shí)下落的輕重不同的物體（如兩個(gè)球體或兩塊石頭等）的下落情況。伽利略認(rèn)為自然界“總是習(xí)慣于運(yùn)用某種最簡單最容易的手段”這一哲學(xué)思考，使他大膽猜想自由落體運(yùn)動(dòng)是勻加速運(yùn)動(dòng)，他的關(guān)于落體的全部研究都是為了確證這一猜想而進(jìn)行的。他的研究方法是觀察---假設(shè)猜想----數(shù)學(xué)推理------實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證---合理外推。他對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究，開創(chuàng)了研究自然規(guī)律的科學(xué)方法，這就是“抽象思維，數(shù)學(xué)推導(dǎo)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)”相結(jié)合的方法，對(duì)科學(xué)研究起到了重大的啟蒙作用，極大地推動(dòng)了物理學(xué)發(fā)展，是人類物理思想上最偉大的成就之一。然后引導(dǎo)學(xué)生重做伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)方法的理解。
四． 加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)科學(xué)方法
觀察與實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)研究的基本方法，物理學(xué)的所有規(guī)律都是通過實(shí)驗(yàn)建立起來的，也是學(xué)生學(xué)好物理知識(shí)的基本方法。在教學(xué)中，應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生六個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)技能：一是掌握基本儀器的構(gòu)造、原理和使用，能正確使用儀器進(jìn)行觀察、測量和讀數(shù)；二是掌握中學(xué)有關(guān)實(shí)驗(yàn)的一般原理和實(shí)驗(yàn)方法；三是會(huì)正確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并能進(jìn)行運(yùn)算和分析，以得出正確的結(jié)論；四是了解誤差概念，并學(xué)會(huì)初步的誤差計(jì)算和分析；五是會(huì)寫一般的實(shí)驗(yàn)報(bào)告；六是養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，包括愛護(hù)儀器、遵守安全操作規(guī)則和尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)的習(xí)慣等。例如“用溫度計(jì)測溫度”的教學(xué)中，可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行下述方法論的教育：（1）平衡原理：溫度計(jì)與被測物體達(dá)到熱平衡，溫度計(jì)的液柱不再變化時(shí)的示數(shù)即是被測液體溫度；（2）轉(zhuǎn)化原理：把被測液體的溫度轉(zhuǎn)化為溫度計(jì)內(nèi)液柱的高低，是看不見向看得見的轉(zhuǎn)化；（3）放大原理：溫度計(jì)內(nèi)徑做得應(yīng)當(dāng)小些，以便觀察的現(xiàn)象明顯，能表現(xiàn)出溫度微小的差別；（4）使用所有有刻度的儀器儀表都需首先觀察刻度盤刻度和每小格的讀數(shù)。
實(shí)踐表明：只要我們能從眾多的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出共同的規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生觀察時(shí)注意目標(biāo)明確，層次分明，就可讓學(xué)生掌握某種儀器的使用方法，而且使學(xué)生學(xué)會(huì)如何觀察，提高觀察能力。因此，在物理教學(xué)法中要重視培養(yǎng)學(xué)生的觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�，教給學(xué)生觀察與實(shí)驗(yàn)的方法。
五．巧妙設(shè)計(jì)習(xí)題，訓(xùn)練科學(xué)方法
科學(xué)方法教育的目的在于發(fā)展學(xué)生分析和解決問題的能力。實(shí)踐也表明：教師生動(dòng)精辟的講述，學(xué)生對(duì)于知識(shí)只能達(dá)到理解的水平，要達(dá)到運(yùn)用的水平，就非要經(jīng)過學(xué)生本人參與分折解決新問題的實(shí)踐不可。因此，教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情景，強(qiáng)化習(xí)題教學(xué)和訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)方法解決具體的物理問題，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)向能力的轉(zhuǎn)化。
在習(xí)題教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)方法教育，主要是進(jìn)行思維方法的訓(xùn)練，提高思維能力和分析解決問題的能力。因此，教師要站在科學(xué)方法論的高度，認(rèn)真研究題型、分析歸類、精選典型例題和習(xí)題，對(duì)學(xué)生進(jìn)行邏輯思維與非邏輯思維、集中思維與發(fā)散思維、正向思維與逆向思維、局部思維與整體思維、類比思維與聯(lián)想思維等專項(xiàng)訓(xùn)練。在教學(xué)中有些習(xí)題明顯要運(yùn)用科學(xué)方法來求解，教師要點(diǎn)明這種科學(xué)方法，讓學(xué)生學(xué)會(huì)這種方法的應(yīng)用。如習(xí)題：一半徑為R的光滑豎直圓軌道固定在水平地面上，并與水平地面相切，小球從軌道上距離桌面h（h《R）高處由靜止釋放，求小球經(jīng)過多長時(shí)間到達(dá)軌道的底端。這個(gè)題要和單擺相類比，用單擺知識(shí)來求解時(shí)間。在教學(xué)中要點(diǎn)明此題用類比方法，讓學(xué)生在解題中體會(huì)到方法的重要性。又如習(xí)題：斜面A放在水平地面上，物塊B放在斜面上，有一水平力F作用在B上時(shí)，A、B保持靜止。A受到水平地面的靜摩擦力為f1,B受到A的靜摩擦力為f2,現(xiàn)使F逐漸增大，但仍使A、B處于靜止?fàn)顟B(tài)，問f1、f2大小怎樣變化？ 此題討論f1的大小變化時(shí)要用到整體思維的方法，討論f2的大小變化時(shí)要用到局部思維的方法。
總之，在物理教學(xué)中有意識(shí)地加強(qiáng)科學(xué)方法教育，是實(shí)現(xiàn)
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學(xué)生增長知識(shí)、發(fā)展能力、提高素質(zhì)的一個(gè)有效途徑。
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