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如何在高中物理教学中渗透科学方法的教育

作 者: 王昌林 吴雪莲 (甘肃省古浪县第二中学 甘肃省武威市 733102)

       科学方法是人们在认识和改造自然的实践活动中总结出来的正确的思维方式和行为方式,也是人们进一步认识自然和改造自然的有效工具。科学方法在学生学习物理中起到十分重要的作用,一方面,正确的科学方法可以帮助学生透彻地理解物理知识,另一方面,当学生把科学方法内化为自己的思维方式和行为方式时,就能获得智力的发展和科学素养的提高。更重要的是:我们的学生走出校门后要会继续学习,要会研究未知的问题,没有科学的精神和科学态度,不掌握科学方法怎么行?
       如何实施科学方法教育呢?下面从五个方面详述如何在教学中渗透科学方法教育:
       一、通过概念课的教学来渗透科学方法的教育
       在概念的教学中,教会学生形成概念的方法,即从提出问题到经过观察、实验、分析、比较,最后演绎出概念。例如,高一物理一开始就明确力学研究的是机械运动所遵循的规律,而要研究运动规律首先要正确地描述运动,由此展开第一章“运动的描述”。面对所要研究的运动物体,从哲学的观点就是突出主要矛盾而忽略次要矛盾从而建立理想化模型“质点”,接下来用坐标描述物体的空间位置,引入坐标的变化即位移表示空间位置的改变,而为描述位置变化的快慢又引入“速度”这个物理量,速度变化的快慢再引入加速度来表达。这一思路实际上反映了一个科学探究的思路。另外,在本章中?“即时速度”的概念及第二章“位移规律”的教学让学生体会了极限思维的奥妙;在加速度的教学中,先借助于生活中大家熟知的关于“增长量”和“增长率”的例子(如人口或工资的增长量及其随时间变化的增长率,学生是非常熟悉的),让学生先会区分这两个概念,接下来用类比的方法,很自然的就可以理解加速度是速度增长率这一本质。
       二、通过规律课的教学来渗透科学方法的教育
       在物理规律教学中,创造条件让学生经历科学探究过程引导学生循着前人研究的思路来重新“发现”这一规律,再现浓缩在其中的思维历程,从中体验和学习科学思维的方法,那就等于教给学生一把打开思维宝库的金钥匙,从而把物理规律的教学作为帮助学生认识事物本质、训练思维能力、掌握科学方法的手段。例如,在牛顿第一定律的教学中,首先引导学生观察实验和回顾生活中现象:用力推力,车子才前进,停止用力,车子就要停下来。引导学生分析这些现象,判断能否根据这些现象得出结论:必须有力作用在物体上,物体才能运动,没有力的作用,物体就要静止下来。然后,进一步引导学生提出猜想:物体停下的原因是摩擦力的作用,再设计实验进一步探究:改变接触面的粗糙程度,逐渐减小摩擦力,发现物体停下来所前进的路程逐渐增大,然后介绍伽利略的理想实验,引导学生进一步设想:如果没有摩擦,一旦物体具有某一速度,物体将保持这个速度继续运动下去。这样,通过“观察──实验──理想实验──合理外推──发现规律”这一过程,了解发现物理规律的科学方法,认识物理实验、物理思维和逻辑思维在物理学发展过程中的作用。
       物理规律常用数学函数、方程来表达,或用函数图像来表示,例如,匀变速运动的速度图像、电阻的伏安特性曲线、电源的伏安特性曲线等等。
       三、在物理实验中渗透科学方法的教育
       物理学是一门以实验为基础的自然科学,观察和实验是认识物理现象、形成物理概念和发现物理规律的重要手段。观察和实验能力是中学物理教学重点培养的学生能力,而有效地训练学生的观察和实验方法是培养能力的基本途径。控制变量实验方法和数据处理方法是方法教育的重点内容。例如,在牛顿第二定律的教学中,要通过实验研究加速度跟力和质量的关系。在实验中学生可以具体地了解如何利用控制变量法分别研究加速度跟力的关系和加速度跟质量的关系如何测量力、质量和加速度,实验后如何利用图像分析数据,找出加速度跟力的定量关系和加速度跟质量的定量关系,这样,在实验的过程中学生对实验和观察方法有了更深刻更具体的认识。
       四、用物理学史进行科学方法教育
       物理学史蕴含着丰富的科学方法。我们可以在教学中利用介绍物理学史或物理学家成果进行科学方法教育。例如在进行玻尔原子模型教学时,可利用介绍玻尔理论提出:玻尔不囿于传统理论的束缚,敢于接受新的科学思想,他把普朗克的量子理论引入原子结构中,提出了能量状态量子化,电子运行轨道量子化和能级跃迁三条假设。从这三条假设出发,他对氢原子模型作了理论上的定量计算,在氢原子光谱的解释上获得了巨大的成功。可见大胆提出假设,是科学研究中的重要方法。又如,在电磁感应教学中,介绍电磁感应发现史:在1820年奥斯特的实验证明电流的周围存在磁场,既电能生磁的事实后,法拉第利用逆向思维方法提出磁能生电的猜想,经过十年坚持不懈的努力,终于发现电磁感应现象。再如,富兰克林在做静电实验研究“地电时”,他的夫人不小心碰到莱顿瓶,意外地发生了闪电,这使他与天空中的闪电现象进行类比联想,从而对自然界中电的本质认识有了重大进展,进而证实并建立了电荷守恒定律。这就是科学联想引导的灵感与创见。
       五、把科学方法教育贯穿于习题教学之中
       在习题教学中进行科学方法教育,主要是进行思维方法的训练,提高思维能力和分析解决问题的能力。因此,教师要站在科学方法论的高度,认真研究题型、分析归类、精选典型例题和习题,对学生进行逻辑思维与非逻辑思维、集中思维与发散思维、正向思维与逆向思维、局部思维与整体思维、类比思维与联想思维等专项训练。在教学中有些习题明显要运用科学方法来求解,教师要点明这种科学方法,让学生学会这种方法的应用。如习题:一半径为R的光滑竖直圆轨道固定在水平地面上,并与水平地面相切,小球从轨道上距离桌面h(h《R)高处由静止释放,求小球经过多长时间到达轨道的底端。这个题要和单摆相类比,用单摆知识来求解时间。在教学中要点明此题用类比方法,让学生在解题中体会到方法的重要性。
       科学方法教育决不能临渴掘井,也不是临渊羡鱼的事。学生一旦掌握了精良的方法论武器,在艰难的学习征途中就能逢山开路、遇水搭桥;有了正确的分析研究方法,在复杂隐晦的物理问题面前才能居高临下,视野广阔。授人以鱼,毋宁授之以渔。知识可以遗忘,方法、能力让学生们受用终身,对后代是功德无量的事。对科学方法教育,无论多么高的评价都不为过。