高中物理科学方法教育的研究，本文主要内容关键词为：高中物理论文,科学论文,方法论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
众所周知，当今科学的发展趋势，一方面学科划分越来越细，分支越来越多，日益趋向专业化；而另一方面，各学科之间相互渗透、相互依存，综合化趋势越来越明显。这两方面的发展趋势，不可分割地联系在一起，就对人才提出了更高的要求，同时也对教育提出了新的思考。它需要我们重新考虑学生的知识结构和能力结构，既要求他们具有坚实的基础理论知识，更要求他们拓宽知识层面，具有综合运用知识的能力。这些要求，虽然我们可以通过多种渠道（如研究性学习等）来试图达到。但是，从根本上讲，加强科学方法教育才是最重要的。
一、高中物理科学方法教育的意义
（一）科学方法教育比知识教学更具有长远意义
人类几千年的探索活动，汇集成今天这浩瀚无垠的知识海洋。先人不仅创造了各门学科坚实的理论基础和丰富的知识体系，而且形成了科学方法体系，成为人类宝贵的精神财富和进一步探索科学奥秘的锐利武器。显然，人类创造知识的全部，不仅是各门学科的理论和知识体系，还应包括相应的科学方法。在这“知识的全部”中，正如法国科学家笛卡尔所说：“最有价值的知识，是关于方法的知识。”对教育而言，学生在校所能学到的知识很有限，而科学技术的迅速发展，要求社会成员具有较强的独立获取新知识、掌握新技术、解决新问题的创新能力。正如赞科夫所说：“无论学校的教学大纲编得多么完善，学生毕业后必然会遇到他们不熟悉的科学上的新发现和新技术。那时候，他们将不得不独立、迅速地弄懂这些东西并掌握它。”要迅速地弄懂新知识、新发现，掌握新技术，如果没有一套行之有效的科学方法是很难达到的。所以在物理教学中不仅要教给学生基本的科学文化知识，更重要的是要教给学生具有普遍价值的科学方法。观察、实验、假说、验证等物理学科的基本研究方法，不仅适用于自然科学的研究，也适用于其他科学技术领域和各种工作领域。分析、综合、抽象、概括、归纳、演绎等基本的科学思维方法，更是普遍应用于人的各种思维活动，科学思维方法可以说是一个人终身不可缺少的基本素质。学生在物理教学中受到的科学研究方法和科学思维方法的教育和培养将终身受益。所以，教给学生发现问题、分析问题和解决问题的科学方法，应是学校教育给予学生的最具生命力的教育成果，也是学生离开学校后学习和工作的有力工具。因此，掌握科学方法比掌握具体的科学知识更具有长远的意义。
（二）科学方法教育能使物理教学达到更高的境界
物理学作为一门科学，有本学科的知识体系，有本学科的研究方法、施教方法和学生的学习方法。现行教材是按知识体系编排的，科学方法大多蕴涵在知识的发展过程中，需要教师挖掘教材中隐含的科学方法教育因素。在教学中有意识地以科学方法为线索组织教材、组织教学过程。对一些重点知识，模拟科学家的研究过程，切实运用必要的科学方法，让学生在科学方法的导引下主动地去获取知识。这样的教学，必然符合学生的认识规律，能使学生对知识的获得过程有切身的体验，从而对知识本身有扎实的理解，同时又受到科学方法的训练和培养。这就使学生不仅掌握了知识，还明白了这一知识是用了哪些科学方法来获得的，即能在科学方法层面上理解和体验学习过程。这样，学生经过学习逐步地掌握了科学方法，进而形成自己的科学的学习方法，就会有效地提高学习效率。当学生掌握了方法取得了独立获取知识的本领时，就得到了开启物理知识宝库的“金钥匙”。这种教法与学法的结合，才能体现叶圣陶先生所倡导的“教是为了不教”的原则，物理教学质量必然会达到更高的境界。
（三）科学方法教育使知识教学和能力培养的结合具有可操作性
能力是人顺利完成某种活动所需的个性心理特征。科学知识和科学方法是形成能力的基础，没有知识就没有对问题的认识和解决，也就谈不上能力。方法则是使知识和能力联系起来的桥梁。用集合的观点来看，方法是知识和能力的“交集”（如下图示）。一般地说，如果一个人掌握了完成某种任务的方法，就意味着他实际上已经具备完成这种任务的能力。人们完成某方面任务的能力强弱，与他们掌握完成这方面任务的方法的自觉程度与熟练程度是密切相关的。可以认为方法是能力的“内核”，是对能力起决定作用的因素。所以，在课堂教学中，要抓住科学方法这条线索，就既能提高知识教学的质量，又能从根本上提高学生的能力。例如，要培养学生的实验能力，就要从实验方法的基本点入手。如实验设计方法的基本程序是根据实验目的确定实验原理，根据实验原理确定实验器材、装置和步骤；实验观察方法的基本要点是要有观察的目的、顺序、重点等。以前，我们找不到知识教学与能力培养的结合点，感到这两者的结合难以自觉地去操作。现在看来，突破口就在于加强科学方法教育。科学方法能将知识和能力联结起来，而且具有可操作性。这样，知识传授与能力培养的可操作性难题也就得到了解决。
（四）科学方法教育具有深刻的德育功能，有助于学生树立辩证唯物主义的世界观
科学方法作为认识客观世界的手段，本身就体现着辩证唯物主义思想。物理学研究通常是从观察、实验出发，经过分析、比较、抽象、概括，或归纳、演绎，或假说、验证等科学思维获得理性认识，再回到实践中去检验、运用、发展，这必然能使学生树立认识来源于实践又受到实践检验的唯物主义观点，树立科学思维对于揭示物质世界本质和规律具有巨大的能动性和创造性的辩证观点。例如，我们强调观察、实验是物理学最基本的研究方法，让学生逐步懂得观察和实验既是物理知识的基本源泉，又是检验物理知识真理性的唯一标准，这就可以培养学生树立物质第一性、意识第二性的哲学观点。科学方法教育与科学史结合，还能使学生懂得真理的相对性和绝对性的对立统一、真理和谬误的对立统一的辩证关系。例如，通过对光的本性的认识过程等的教学和有关科学家事迹的介绍，可以告诉学生科学工作需要有实事求是、一丝不苟、严格要求的科学态度和独立思考、追求真理的创新精神。所有这些，都说明了科学方法教育具有深刻的德育功能。
二、高中物理科学方法教育的内容和要求
为了使科学方法教育具有针对性，做到有的放矢，克服随意性、盲目性，更好地把握其深度和广度以切合学习规律，最大限度地发挥学生的潜力，在科学方法教育中必须确定它的教育内容和要求。由于科学方法教育作为一个教育的概念，要确定它的内容和要求，首先必须明确科学方法的含义。但是科学方法在不同的著作中说法不一，没有统一的定义，归纳起来有以下几种：1.科学方法是指人们在一切活动领域中为达到一定目的而采取的正确的手段、方式和途径；2.科学方法是科研人员在科学研究活动中为达到一定目的而采取的手段、方式和途径；3.科学方法是指基础科学研究方法；4.科学方法是指自然科学的研究方法。从实施科学方法教育的可行性来看，可以借鉴第四种观点，把科学方法教育界定为辩证唯物主义指导下的自然科学研究方法的教育。根据这一界定就可以依据自然科学方法论的成果，结合中学物理教学实际，制订出科学方法教育的主要内容和基本要求。
（一）科学方法教育的主要内容
1.自然科学研究的基本问题：
（1）自然科学研究的任务；
（2）自然科学研究的程序；
（3）自然科学研究中科学方法的作用。
2.观察和实验方法：
（1）观察的特点与作用；
（2）观察的要求与方法；
（3）实验的特点与作用；
（4）实验的环节与方法；
（5）实验的设计。
3.科学思维方法：
（1）比较和分类方法的特点、规则、作用与运用训练；
（2）分析和综合方法的特点、作用与运用训练；
（3）归纳、演绎和类比的推理方法的特点、规则、 作用与运用训练；
（4）形象思维的作用与运用训练；
（5）科学概念、规律的逻辑结构和抽象、概括的一般过程。
4.物理方法：
（1）理想化方法的特点、规则、作用、分类与运用训练；
（2）假说方法的产生、特点、作用与检验方法，问题、假说、 观察实验、科学理论的关系；
（3）等效方法、对称方法、微元方法的特点、作用与运用训练。
5.数学方法：
（1）数学方法导致物理学建立新理论和发现新规律的作用；
（2）数学方法为物理学提供精确的形式化语言的作用；
（3）数学公式、图象的特点、作用与运用训练。
（二）科学方法教育的要求
1.使学生领会物理学乃至自然科学研究的基本任务和基本研究方法，培养辩证唯物主义的世界观和实事求是、敢于创新的科学态度。
2.使学生理解实验方法的主要特征和实验在物理学研究中的重要作用，理解实验方法的基本程序，能独立运用实验方法，按实验目的设计并完成一般的实验课题。
3.在物理概念教学中，使学生领会建立物理概念的基本过程是在观察实验的基础上，通过分析、比较、抽取同类事物的共有本质，最后作出概括和表述。对所学的物理概念能体验建立这个概念的思维过程。
4.在物理规律教学中，使学生逐步领会得出物理规律的基本方法是实验归纳和假说验证。对所学规律，能说出在教学中得出该规律的基本方法。
5.在教学过程中，使学生受到逻辑思维和形象思维的训练，通过训练，使学生逐步领会分析和综合、比较和类比、归纳和演绎等思维方法的实质，能在实际的思维活动中自觉地运用这些思维方法。
6.通过典型课题的教学，使学生领会物理方法的实质和它们在物理研究中的作用，并能自觉地运用到学习中来。
以上的科学方法教育的内容和要求同现代自然科学研究方法的不断丰富、不断发展相比，内容不够全面，要求并不高，但从中学物理教学实际出发，这些内容和要求已经足够而且比较可行的了。
三、高中物理科学方法教育的实施
在物理课堂教学中怎样实施科学方法教育？其突破口在哪里？这是实施科学方法教育的首要问题。我们知道科学方法教育离不开知识教学，否则将成无本之木，无源之水。而知识教学则依赖于教材，所以实施科学方法教育首先必须从教材入手。由于教材对比较重要的知识总要展开其获得过程。新知识的获得过程或表现为从收集科学事实开始过渡到得出科学结论，或表现为从已有知识到新知识的过渡，这些过程总贯穿着这样或那样的科学方法。因此，我们可以根据教材的这一特点，建立一种实施科学方法教育的新模式——“双线并行”教育模式。“双线并行”教育模式是指在物理教学过程中，以教材中的知识发展过程和伴随知识的发展过程所蕴涵的科学方法为基础，将知识的发展过程及其所运用的科学方法整理出线索，使“知识线”和“方法线”在教学过程中同时展开、并行前进的一种教育模式。
（一）“双线并行”教育模式的操作结构
“双线并行”教育模式的操作结构可用以下框图表示：
（二）“双线并行”教育模式的操作要点
从上面的操作结构可以看出，“双线并行”教育模式可以分为准备阶段、教学阶段和运用阶段。
在准备阶段，教师要做好分析因素、理出双线和教学设计三项工作。分析因素和理出双线是科学方法教育在课堂教学中教学设计的前提。不论何种形式的教材，也不论何节教材、内容如何，总或多或少地隐含着科学方法教育的因素。我们的体会是，教材中一个概念的建立或一条规律的得出总要展开其获得过程，这一过程是由一个一个的知识点构成，而相邻知识点之间必定有一个衔接过程，这一过程必然蕴涵着某一种科学的方法。所以，我们可以这样说，相邻知识点之间必定有科学方法。教师的任务就是要找出这一相邻知识点之间的科学方法，按照知识点发展的顺序，排列成“知识线”，根据前后知识点之间的各个衔接中的科学方法进行一一排列，理出“方法线”，做到心中有数。理出了“知识线”和“方法线”后，教师就可以根据“方法线”进行教学设计了。
例如，对概念教学，从方法论的角度来看，一般是在观察实验的基础上用分析、比较、抽象、概括的科学方法揭示出事物本质属性的过程，所以我们可以根据概念建立过程中运用的科学方法用以下的“方法线”进行教学设计：
对规律教学，教材得出物理规律最多的是实验归纳法，也有部分是用演绎方法或假说—验证方法，所以我们可以根据规律的得出过程中运用的这些科学方法用以下的“方法线”进行教学设计：
对实验教学，根据科学方法论，我们可以把物理实验看做是人们用控制手段向特定的研究对象输入明确的问题信息，迫使它输出应答信息，然后用观测手段收集应答信息，最后整理、破译应答信息的过程，所以我们可以根据实验过程运用的科学方法，用以下的“方法线”进行教学设计：
在教学阶段，教师要让科学方法教育在课堂教学设计的基础上，根据不同的教学内容、教学方法、教学课型和学生实际，开展丰富多彩的科学方法教育形式。在课堂教学内，教师的重点是把握科学方法这条主线。不论是概念教学、规律教学、实验教学或知识的应用，都要牢牢抓住科学方法这条主线组织教学，引导知识的发展过程。通过这样的科学方法教育，不仅使学生掌握了知识，而且知道所学的知识是用了什么样的方法得出来的，从而让学生感觉到科学方法教育的真实性和实在性。这样既能落实科学方法教育，又能显著提高物理课堂教学的质量。
（三）“双线并行”教育模式的操作注意点
1.分析教材中的科学方法教育因素，要抓住重点，理出线索，形成体系。
教材的重点知识中所蕴涵的科学方法教育因素比较多，而且各种科学方法通常同时存在，这就要求我们首先从教材的具体内容出发，找出起主要作用或有特色的方法，作为本节教材中方法教育的重点。然后要在分析各节教材的基础上进行综合，归纳出比较突出的几种方法，形成全章的分析，最后要在此基础上将整套教材中所蕴涵的科学方法教育因素进行整理，形成体系，分析并找出教材中的科学方法教育因素的一般规律。一般地说，对建立物理概念的教材，要注意分析从现象到本质的抽象思维方法。不同的概念，抽象思维方法的侧重点有所不同。有的重在分析、比较，有的重在用数学方法进行抽象、概括。对得出规律的教材，要注重分析得出规律所用的是何种方法，是归纳方法、演绎方法还是假说一验证方法。对实验教材，要注重分析实验原理和设计中体现的方法。如有的突出实验条件的控制，有的突出测量显示原理，有的突出减小误差的原理等。分析教材中的科学方法教育因素，还有一个重要问题是要结合学生实际，考虑合理调节和安排各个学习阶段中各种方法教育的侧重点和深浅度。例如，高一侧重实验方法、归纳方法、理想化方法；高二侧重演绎、假说一验证和数学方法：高三可相对集中地、显性地归纳一些科学方法，并着重进行运用训练。这样，将有助于形成科学方法教育的体系。
2.根据教学内容和学生实际，采用隐性的、显性的或两者相结合的教育方式。
科学方法教育在操作上可区分为隐性和显性两种方式。所谓隐性方式，就是按照科学方法的一般程序去组织对概念、规律、实验的教学过程，但不去揭示所用方法的程序原理，不点出各阶段具体方法的名称。这种方式既能使学生感受科学探究过程和得到科学研究的启蒙，达到方法教育的目的，又能避免方法的多样性和科学方法中哲学原理的深奥所带来的困难。对隐性方式，教师要意识到知识的发展过程中渗透了什么方法，设计好怎样去渗透。对学生是隐性的，对教师却是显性的，立足点应该是明确的。但是，单纯的隐性方式教育不能使学生对科学方法的认识上升为理性认识，更不能自觉地去运用，这就要求我们在隐性方式的基础上还必须采用显性教育方式。所谓显性教育方式，是指方法教育时，明确指出科学方法的名称，揭示方法的形式、特点、规则、作用、操作过程并说明原理。何时采用显性方式，关键是掌握合适的“度”。这个“度”是由教材知识体系，该科学方法出现的频数和难度以及学生在隐性方式中形成的科学方法基础这三个因素共同决定的。当某一方法在某一知识教学过程中达到“呼之欲出”的氛围时，就应及时显化，并对这一方法作一总结。以后一经出现就可用显性方式进行了。显性方式教育要注意一是不能离开知识讲方法；二是要少而精，点到为止；三是循环渐进，不一步到位。
“双线并行”教育的最终目的是使学生达到对所学知识的深层理解和研究物理问题能力的提高，在掌握知识的同时自觉地和不自觉地领会知识发展过程中所运用的科学方法，并掌握这些方法。所以从整体上来讲，对一些重要知识的教学过程尽可能地成为一种“亚研究”过程，使学生像科学家那样去研究、去探索未知世界。而教师则以科学方法来导引教学过程，使学生体验知识的获得过程中所运用的科学方法，以及科学方法对知识的获得过程所起的重要作用。
以上就高中物理科学方法教育的问题作了一些探讨。由于我国的普通教育对科学方法教育的理论研究还不够深入，实践探索也十分欠缺。本文提出的科学方法教育的意义、含义、内容和要求及其实施还不够成熟，需要进一步的实践检验。最后用这句话来结束全文：知识是土壤，能力是果实，科学方法则是摘取硕果的金色阶梯。
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