高中物理教学中实施科学方法教育途径的探讨

2022-09-11

当前, 各学科的教学中都加强了方法的教育, 这体现在课程设置、教材编写以及相关研究论著等多方面。物理学是一门基础的自然科学, 发展到今天, 已经构筑了严整的理论架构, 积累了丰富的实验手段和思想方法。在物理教学中实施科学方法的教育具有明显的学科优势, 也是物理教学中重要的组成部分。任课教师在教学中将物理学科的知识传授给学生的同时, 还要努力挖掘其中的科学方法, 将科学方法教育于物理知识教学融为一体, 使学生不仅将知识的学习、方法的掌握, 还要将其与实事求是的科学态度的养成有机地结合起来。对高中学生有效地实施科学方法教育, 可以促进学生智力的发展和能力的提高, 本文拟对高中物理教学中实施科学方法教育的途径进行探讨, 以求教于方家。

1 高中物理科学方法教育内涵解析

科学方法一词是一个宽泛和发展的概念, 是人们在认识世界的实践活动中总结出来的正确的思维方式和操作方式, 是人类认识世界的有效手段和工具, 是获取科学知识的程序或过程, 也可以理解为在特定的学科中所运用的典型手段、模式和途径。物理学是研究自然界的物质结构以及物质世界最普遍、最基本的运动形式及其规律的科学。揭示自然界各种客体的属性、运动机制、变化规律以及构筑物理学体系的各种途径、方式和手段都属于物理科学方法。

高中物理科学方法教育, 就是运用现代教育思想和教育手段, 有目的、有意识、有步骤地传授和渗透物理科学研究的方法, 使学生受到科学方法的熏陶和训练, 逐步的掌握最基本的、最主要的物理科学方法, 达到促进知识学习、增强实践能力和培养创新精神进而提高全体学生科学素养的目的。

2 物理科学方法教育的主要内容及其作用

2.1 物理科学方法教育的主要内容

作为中学物理科学方法教育母系的物理科学方法体系, 来源于物理学发展的历史和自然科学方法论。高中物理教材中体现的物理方法主要包括:通过教学渗透的一些哲学方法, 如时空观、对立与统一、量变与质变、绝对与相对、肯定与否定、现象与本质、形式与内容、原因与结果等;物理方法主要有观察与实验方法、理想化方法、等效方法、对称方法、守恒方法等;数学方法主要包括:函数解析、图像方法、极限方法、几何方法等;逻辑方法主要包括:比较与分类、类比、概括、分析与综合、归纳与演绎、推理与判断、抽象与具体等。

随着科学技术的进步和教育理念的更新, 高中物理科学方法教育融入了新的内容。主要体现在一些非常规的方法上, 比如猜想与假设, 直觉灵感和科学想象等方法。这些科学方法运用到高中物理的教学上来, 不仅可以使枯燥的高中物理课更加直观与有趣, 而且还能提高学生的学习兴趣, 起到很好的教学效果。

2.2 物理科学方法教育的作用

2.2.1 物理学科教学的需要

学生要学习理解物理科学知识的内容, 就离不开科学方法。如, 许多物量都是通过比值来定义的, 如电场强度、电容的定义等等。物理学中采用这种定义的方法, 只是为了把抽象概念具体化、数量化, 使得抽象的推理与具体的实验联系起来, 使定性的描述与定量的计算结合起来, 对抽象的概念赋以具体的数值, 然后把数学方法引进到物理研究中来。这种定义方法只是给出了物理概念之间的量的关系, 没有进一步确定这些概念中哪些有因果关系、哪些没有因果关系, 不把握好这一点, 就容易把因果关系不恰当地搬到所有的物理量上, 得出诸如“电场强度与检验电荷受到的力成正比, 与检验电荷电量成反比”, 或“加在电容器上的电量越大, 电容器的电容就越大”这种错误的结论。

2.2.2 有利于提高学生的素质

全面发展的社会主义事业建设者和接班人。素质教育的宗旨在全面提高全体学生的基本素质, 开发人的潜能, 使学生得到全面的、和谐的、充分的发展。课堂作为素质教育的主阵地也就显得非常重要, 而物理学科中的科学方法的教育中含有丰富的素质教育的内容, 课堂上充分挖掘科学方法的内涵进行教学, 可促进学生素质的提高。

2.2.3 有利于学生逐步树立起科学的世界观

科学的观点, 科学的态度, 不是什么抽象空洞的东西, 而是体现在一个人对世界的反应, 表现在他的行为、他的工作方法与作风之中。通过进行科学方法的教育, 使学生逐步掌握了科学的方法, 养成了科学的作风, 就可使科学的思想逐步扎根在学生头脑之中。正确的科学思维和科学方法是在人的认识途径上实现从现象到本质、从偶然到必然、从未知到己知的桥梁, 科学方法还是学生在学习过程中打开学科大门的钥匙, 在未来从事科技工作时进行创新的锐利武器。

3 高中物理科学方法教育的实施途径

3.1 在知识讲授中渗透科学方法教育

这时的知识讲授主要有概念、规律以及物理学史等等。我们要充分理解概念的内涵和外延, 善于向学生提示科学;加强概念或规律的推导训练, 使学生使用科学方法。有些概念和规律本身就含有丰富的思想方法内涵。

如数学中的极限是重要的知识, 更体现为一种思维方法和观念 (我国最早见于刘徽的“割圆术”) 。是近代数学物理中常用的方法之一, 在物理教学中应抓住相关问题进行渗透。通过“平均速度”理解“瞬时速度”, 这就是时间上的极限。“以直代曲”是空间上的极限。极限是变与不变思想的体现, 是把“近似”推演成为“精准”。牛顿第一定律推导, 也综合了多种科学方法;让小球从同一刹面的同一高度静止滚下——控制变量法;平面越光滑, 运动距离越大, 如无摩擦小球一直匀速运动下去——合理外推;而平面无摩擦——理想化方法;整个推导过程是理想实验的方法。另外, 在物理教学中分析物理学的发展史有助于学生了解各概念、定理、定律的来龙去脉和科学知识的运用过程。例如:在讲到力的概念时, 从古希腊的亚里士多德, 到伽利略、牛顿, 在讲电磁感应的时候, 通过讲解安培、法拉第、楞次和麦克斯韦等人在揭示电磁关系工作中的研究历程和方法, 使学生产生对电磁发展的总体认识。

3.2 物理实验教学中进行科学方法教育

物理学是一门实验科学, 实验是科学认识的基本方法。一个完整的实验过程, 大致包含提出问题、设计操作、数据分析和理论解释四个阶段。实验起始于问题, 以确定实验的方向和目标;接着选择实验方法, 精选实验工具, 按设计程序进行操作与观察;然后对实验所得的资料和数据进行分析处理, 并进行理论上的解释和概括, 使实验上升到理论的高度。而这整个过程都是有序的、合规律的, 是一种科学认识过程, 蕴含着丰富的科学方法内容。实验是培养学生科学方法和科学态度的有效途径。

例如研究匀变速直线运动和验证机械能守恒的实验中, 利用了打点计时器得到记录物体运动的纸带, 通过纸带上的距离来等效物体运动的速率。验证力的平行四边形定则、用描迹法画出电场中平面上的等势线、测定玻璃的折射率等, 这些实验中都体现着等效的方法;而用伏安法测电阻的实验中, 采用内接法和外接法测电阻, 则是通过比较显示两种方法的优缺点;研究牛顿第一定律的斜面实验, 采用的又是理想实验方法;利用单摆测重力加速度, 把单摆看作是理想简谐运动模型来设计实验, 则采用的是模型法等等。

3.3 物理习题教学中进行科学方法教育

物理习题教学是整个中学物理教学的重要组成部分, 通过习题教学能够对学生进行科学方法的教育。在习题教学中对学生进行科学方法教育, 主要是进行思维方法的训练, 对学生进行正向思维和逆向思维、整体思维和局部思维、会聚思维和发散思维的训练, 提高思维能力和分析具体问题的能力, 实现知识向能力的转化。学生是认识的主体, 外因要通过内因起作用, 不仅知识的掌握和能力的培养必须通过学生积极的努力才能做到, 科学方法的掌握也必须通过学生自己的尝试和体验才能达到, 学生必须在解决实际问题的应用中才能逐步掌握物理科学方法。物理解题常用的方法有类比法、等效法、整体法、隔离法、图像法、逆向思维法等。要求学生能对具体问题进行具体分析, 弄清所研究问题的物理环境。当面对综合性较强的试题时, 经历过较完备的科学解题训练的学生就能够较快地挖掘出试题隐含的条件, 建立起合适的物理模型, 进而迅速求解。

总之, 中学物理教学中进行科学方法教育可以通过多种方式进行, 但是要注意阶段性和层次性。由低到高有观察法、实验法、控制变量法、推理法、类比法、数学法、等效法、近似法、假设法、模型法等。教师要明白科学方法的形成是一个渐进的过程, 学生不可能自然而然的形成, 它需要教师有意识的引导, 把科学方法逐渐渗透到自己的教学过程, 使学生对科学方法有一个全面而深刻的认识, 并升华为学生研究物理问题的能力。因此, 教学中在物理知识传授的同时努力挖掘其中的科学方法, 寓科学方法教育于知识教学之中, 将知识的学习、方法的掌握, 实事求是的科学态度的养成有机地结合起来。把方法交给学生, 从而促进学生智力的发展和能力的提高, 使猜想、类比、控制变量等科学方法深深印入学生的脑海, 将来即使所学的物理知识已经遗忘, 但那些方法仍将在其工作、学习、生活中发挥着巨大的作用, 这实际上正是从物理学科角度变应试教育为素质教育的具体体现。

摘要：高中物理科学方法教育, 就是运用现代教育思想和教育手段, 有目的、有意识、有步骤地传授和渗透物理科学研究的方法, 使学生受到科学方法的熏陶和训练, 逐步的掌握最基本的、最主要的物理科学方法, 达到促进知识学习、增强实践能力和培养创新精神进而提高全体学生科学素养的目的。本文拟对高中物理教学中实施科学方法教育的途径进行探讨, 以求教于方家。

关键词：科学方法,物理教学,途径