贯彻高中物理新课程理念渗透科学方法教育

1 在高中物理教学中渗透科学方法教育的必要性

科学方法教育在高中物理教学中越来越成为一个重要的课题，无论是从提升民族的整体素质的角度，还是从新课程改革的实践来看，渗透科学方法教育，都具有重要的意义。

1．1 科学方法教育是高中物理的课程目标

《普通高中物理课程标准》把“学习科学探究方法发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题”确定为物理课程的总目标之一，要求学生“经历科学探究过程，认识科学探究的意义，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，认识物理实验、物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用”。新课程标准已经把科学方法教育确定为高中物理的目标之一，把科学方法确定为高中物理教学内容的一部分，充分体现了新课程标准对科学方法教育的重视，也足以说明科学方法教育在高中物理教学中的重要地位。

1．2 科学方法教育是提高学生科学素养的重要途径

科学方法教育是科学素质教育的有机组成部分科学素质教育是科学知识教育和科学方法教育的整合和提高。物理课程中的科学素养包括：物理知识与技能、物理科学方法、物理能力、物理思想和物理科学品质。物理科学方法不仅是科学素养的要素之一，而且物理知识、技能和方法是培养物理能力，形成物理思想提高物理科学品质的基础。所以，在高中物理教学中结合物理概念、规律的教学，对学生进行科学方法教育，可帮助学生逐步形成物理思想，形成科学态度和价值观，提高科学素养。

1．3 科学方法教育，是提高学生能力的重要途径

能力的高低，一定意义上表现为掌握方法的多少和运用方法的灵活和熟练程度，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，培养学生能力需要教给学生方法，应用科学方法解决具体问题的过程就是培养能力的过程。

1．4 在高中物理教学中渗透科学方法教育是物理学科特点决定的

一方面物理学科是一门具有方法论性质的学科，物理学在长期发展中所形成的科学方法，不仅对物理学的进一步发展产生了巨大影响，同时也对其他学科的发展产生了积极推动作用。另一方面，物理科学方法既是物理知识发展的手段，又是物理知识发展的产物，科学方法蕴涵于物理知识中，物理知识是物理科学方法的载体，它们密不可分，共同形成了物理学完整的知识体系。所以，在高中物理教学中，必须渗透科学方法教育，这样学生才能学到完整的物理学。

总之，在高中物理教学中，既要用物理知识武装学生，又要使他们在科学方法上受到熏陶，使他们在掌握物理知识的同时掌握取得知识的方法。

2 在高中物理教学中渗透科学方法教育的内容

2．1 高中物理教学中选择科学方法教育内容的依据

2．1．1 科学方法教育应渗透在物理学科知识的教学中

因为科学方法不能孤立于学科内容之外，而且，脱离物理知识单独介绍科学方法，不利于学生真正理解科学方法的内涵，更不利于学生应用所学的科学方法解决问题，所以，物理科学方法教育不能独立于物理教学内容之外孤立进行。在高中物理教学中进行科学方法教育，在内容选择上，要与高中物理知识紧密结合，在教育方法上，要与高中物理概念和规律的教学有机结合。

2．1．2 科学方法应符合学生认知水平和能力发展规律

高中学生已经掌握了一定的物理知识，认知水平和学习能力也有了很大的提高，具有了较强的分析综合能力、推理判断能力、抽象概括能力、空间想象能力等等，这就为高中物理教学中进行显性的科学方法教育奠定了基础。方法教育内容就可以选择那些虽然抽象但很重要的方法，例如，比较与分类、分析和综合、归纳和演绎、理想化方法等等。

2．1．3 科学方法应体现物理学科特点和高中物理教学特点

例如，高中物理中数学方法的应用，不仅用函数关系表示物理规律，还用图像反映物理过程。根据这一特点，在高中物理教学中，应结合有关内容，教给学生用图像表示物理过程、反映物理规律的方法，还应让他们学会根据图像如何分析物理过程，总结物理规律，知道图像中的点、线、斜率、截距以及面积各表示什么物理含义，等等。再如，高中物理中涉及大量的理想模型、理想过程，还涉及到理想实验，在教学中就应结合相关内容，进行理想化方法的教育，让学生领会科学家如何利用理想化方法，突出主要矛盾，忽略次要因素，使复杂过程简单化。

2．2 在高中物理教学中渗透科学方法教育的内容

科学方法主要分为四个方面：物理方法、数学方法、逻辑方法和哲学方法。物理方法主要包括：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：比例方法、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；哲学方法主要有：对立与统一、量变与质变肯定与否定、绝对与相对、现象与本质、形式与内容、原因与结果等。

根据新课程标准的要求，结合高中物理教材的内容，在高中物理教学中，主要渗透下列科学方法。

2．2．1 在物理实验中渗透观察和实验方法的教育

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，等等。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。

2．2．2 在物理概念的教学中渗透观察、实验、理想化数学等方法

物理概念是一类物理现象和物理过程的共同性质和本质特征在人们头脑中的反映，是对物理现象和物理过程抽象化和概括化的思维形式。一方面，物理概念反映着人类对物理世界漫长而艰难的智力活动历程是人类智慧的结晶；另一方面，它又使人们在纷繁复杂的物理世界中，把握了事物的本质特征，成为物理思维的基本单位和有力工具。借助于这种简约、概括的思维形式，人们找到了支配复杂的物理世界的简单规律，建立了假说、模型和测量方法体系，从而筑起了规模宏大的物理学理论大厦。显然，物理概念的形成过程中，包含了丰富的科学方法。在概念教学中要挖掘其方法教育因素，在学生形成物理概念的过程中，学习科学方法。

观察方法是在自然发生的条件下对各种自然现象进行考察研究的一种方法，是获得感性知识的主要手段。它对物理学的研究与发展起着重要的作用。如力速度、光的反射和折射等都是在观察的基础上建立和发展起来的。在物理概念的教学中要注重培养学生的观察意识，在观察中捕捉有效信息，认识事物的本质属性。

理想化方法是物理研究中经常用到的另一种科学方法，物理现象所经历的过程大多是复杂的，要仔细描述它们也是很困难的。为此，在物理研究中常常把具体事物抽象化，用理想化的物理模型来代替实际研究的对象，并对有关的过程做出简化，以便从理论上去研究它。高中物理概念中涉及大量的理想模型，例如，实体理想化模型有：质点、点电荷、弹簧振子、单摆等；过程理想化模型有：匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动、简谐运动等。在建立这些概念的过程中，让学生体验物理学中抓住主要因素，忽略次要因素，突出主体，删繁就简的理想化方法，加深学生对理想化方法的理解。

数学方法也是物理学中研究问题的重要方法。例如，建立瞬时速度的概念需要用到数学上取极限的方法；电场强度、磁感应强度、速度、电阻等概念的建立都用到了比值定义物理量的方法。

2．2．3 在探究物理规律的过程中渗透科学猜想、观察与实验、归纳与演绎、比较与分类、图像等方法。

物理规律揭示的是物质的结构和物质运动所遵循的规律，因此，必然与人们认识物理世界的途径有关即与观察、实验、抽象思维、数学推理等有着密不可分的联系。每个物理规律都是人类知识的结晶，不仅具有科学的价值，同时也铭刻着人类思维发展的烙印，蕴涵了丰富的科学方法，具有物理文化的价值。如果我们在物理规律教学中，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──逻辑思维（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。

3 在高中物理教学中渗透科学方法教育的方式

科学方法教育的目的在于发展学生分析和解决问题的能力，教给学生打开知识大门的钥匙，提高学生的科学素养。在物理教学中进行科学方法教育，要注意知识是方法的载体，脱离了知识的科学方法教育就成了空中楼阁，所以，科学方法教育要与物理知识教学有机结合，要把科学方法教育渗透在物理知识的教学中。在高中物理教学中渗透科学方法教育主要有“隐性”和“显性”两种方式。

3．1 隐性方式

隐性方式是让学生经历物理概念的建立和规律的发现过程，使学生在这一过程中，体验科学方法，受到科学方法的熏陶，但是不明确地提出科学方法的名词。

例如，在楞次定律的教学中，可将教学过程设计成学生的探究过程，让学生在探究的过程中体验科学家进行科学研究的探究方法。

（1）分析现象，提出假说

引导学生根据已有的知识，猜想感应电流的方向可能和哪些因素有关，并在学生提出各种猜想的基础上进行分析、筛选、合并，归纳出感应电流方向可能跟两个因素有关：原磁场方向及磁通量的变化。

（2）设计实验，验证假说

给学生提供一定的实验器材，让学生根据实验目的和提供的实验器材，设计实验，并通过讨论，完善实验方案。

（3）分析现象，寻找关系

引导学生深入分析实验现象，找出感应电流方向跟原磁场方向及磁通量变化的关系：磁通量增加时，感应电流的磁场方向总跟原磁场方向相反（增则反），磁通量减少时，感应电流的磁场方向总跟原磁场方向相同（减则同）。

（4）抽象概括，表述规律

引导学生进一步分析“增则反，减则同”，把这一关系概括为“阻碍”变化，从而概括出楞次定律的内容。

3．2 显性方式

显性方式是在教学过程中，提出科学方法的名称，并且利用学生容易接受的方式，讲清有关该方法的内容、特点和操作过程，同时指导学生学会应用这种方法。显性方式重在解决问题中模仿应用科学方法，对科学方法进行操作训练，使学生有意识地掌握科学研究的方法和策略。这种方式适合于在学生对这种科学方法的感性认识较丰富的前提下，有目的有意识地培养学生解决科学问题的能力时使用。

例如，高中物理涉及到大量的物理量是用比值定义法定义的，教学中就可结合速度的定义、加速度的定义介绍这种定义物理量的方法，并在学习功率、电场强度、电容、电阻等概念时，让学生用这种方法自己去定义物理量，这样不仅让学生学会了科学方法，而且也可以更深刻地理解这类物理概念了。

利用物理学史进行科学方法教育，也是进行科学方法教育的好形式。通过介绍科学家发现物理规律建立物理理论的过程，使学生了解科学家如何提出科学猜想，如何设计实验进行研究，如何分析实验现象发现物理规律，使学生了解科学家的研究过程、研究方法和他们那种严谨的科学态度、对科学的坚定信念及孜孜以求的顽强毅力，使他们受到科学方法教育的同时，也受到科学精神的熏陶。

总之，新课程理念要求我们在高中物理教学中，不仅使学生学会物理知识，掌握物理技能，还要让学生经历探究过程，学习科学方法，形成科学态度和价值观，提高学生的科学素养。

参考文献：

1 张宪魁，王欣。物理学方法论。西安：陕西人民教育出版社，1995。

2 张宪魁。物理科学方法教育。青岛：青岛海洋大学出版社。

3 宋树杰。高中物理新课程理念与教学实践。北京：商务印书馆，2003。