淺談物理教學中的科學方法教育

劉成斌

物理學的發展史是一部記錄科學成果的歷史，也是總結科學研究方法的歷史，物理學的發展史表明：許多物理家做出的重大貢獻與他們運用正確的科學方法是分不開的。所以科學方法是科學成果獲得的重要條件。在物理教學中有意識地經常對學生進行物理科學方法的教育和訓練，是提高學生智力水平，培養科學素質，逐步樹立科學世界觀，促進學生發展的重要途徑。特別是在現代科技迅猛發展，知識爆炸，競爭激烈的今天，我們更應清醒地認識到：加強科學方法教育勢在必行!本文就在物理教學中怎樣進行科學方法教育談些粗淺的認識和體會。

一、利用物理學史和介紹科學家的創造發明思想進行科學方法教育

物理學史蘊含著豐富的科學方法。縱觀物理學史中許多規律的發現可以看出，科學探索的過程，總是要在各種新的現象和已有的理論中提出各種問題，預先做出假設，然后進行驗證。這是一種由問題和矛盾出發，帶有猜測性和探索性的科學研究方法，這種科學方法可以總結為：

許多偉大的科學家的創造發明，建立了豐功偉業，這與他們的天才和廣博的知識有關，但根本的原因還是他們在科學的征程中找到了正確合理的研究方法。例如：歐姆應用水流和電流進行類比的方法總結出歐姆定律；卡文迪許通過類比加猜想。加之巧妙的實驗，得到了電荷間作用力的規律。這就是類比觸發靈感，喚起創造性思維取得的非凡成果。巴耳末由于他堅定美的信念，直覺地猜測出了表征氫光譜線波長規律的公式，這是猜想在科學發現中起重大作用的典范。法拉第由電能生磁逆向思維考慮到磁是否能生電?通過反復不斷的實驗，最后概括出最后的法拉弟電磁感應定律，這是逆向思維的啟迪結果。富蘭克林在做靜電實驗研究“地電”的問題時，他的夫人不小心碰倒了萊頓瓶，意外地發生了閃電，這使他使他與天空中的閃電現象進行了聯想，從而對自然界中電的本質認識有了重大發展，進而證實并建立了電荷守恒定律，這就是聯想引起的靈感和創見?？茖W巨人愛因斯坦從一個最平凡、最簡單，也被人們長期以來認為是不成問題的問題，亦即“同時性”問題打開突破口，開創了新的理論——相對論。他又從幾百年來已被物理學家注意的另一個基本事實——慣性質量和引力質量相等中，以豐富的想象力，設想了一個無引力空中木箱，通過內部的力學實驗，來證實引力場與加速系等效，從而發現了廣義相對論的等效原理。這就是科學家創造性思維的啟示。

二、在實驗教學中進行科學方法教育

實驗教學主要有演示實驗和分組實驗。要在演示實驗和分組實驗中引導學生掌握觀察方法。觀察作為一種科學方法，需要在教學中認真培養。為此，必須做到以下幾點：

1結合實際，啟發學生養成認真觀察物理現象，勤于思考問題的習慣。例如：講物體機械運動時，要求學生觀察以不同的參照物看物體的運動情況，最好體驗一下坐在汽車或火車上的情景。在學習“簡諧運動”時，讓學生觀察“氣墊導軌上的彈簧振子”的實驗，即先讓導軌水平，然后逐漸抬起導軌的一端使之傾斜發現振子的振動周期不變，這是為什么?若導軌水平時在滑塊(振子)上加放砝碼，發現振動周期變大，這是為什么?若用手把彈簧從中間部位固定發現振動周期變小，這又是為什么?

2創造條件，引導學生學會觀察什么?為何觀察?這就要求教師給學生介紹實驗儀器的結構，明確觀察點，提出思考問題。例如：在學習摩擦力時，用自制教具做了這樣的演示：在一條橡皮墊上放一小磚塊，小磚塊在連著一個彈簧秤。實驗時，一手拉動彈簧秤的另一端，另一手固定橡皮墊，彈簧秤的指數由零逐漸變大，這是為什么?當磚塊開始滑動時，讀數變小，這又是為什么?通過實驗說明：開始時磚塊受到的是靜摩擦力，由小變大，達到最大時為最大摩擦力，當磚塊開始滑動時，磚塊受的是滑動摩擦力，說明滑動摩擦力比最大靜摩擦力小。

3教給學生進行觀察的一些具體方法。主要有：①對比觀察法。例如，在研究透鏡成像規律中，蠟燭在焦點內和焦點外，像的性質有什么不同。②分步觀察法。對于復雜的物理現象引導學生按一定的步驟、程序進行觀察。如在研究牛頓第二定律時，先控制力F一定，觀察加速度a與物體質量的關系，再使物體質量一定觀察加速度與外力F的關系，然后再歸納總結得出a=F／m。③歸納觀察法。即從一個個的現象中，先得出一個個結論，然后歸納出一般的規律，這是一種由特殊到一般的認識過程。例如，力的概念是從推、拉、提、壓……等現象中，最后歸納出力是物體對物體的作用。再如在電磁感應的教學中，通過幾個典型實驗。即閉合導體切割磁感線運動；磁鐵插入或拔出螺線管時；用變阻器使螺線管中電流強度發生變化時，以及改變磁通量變化速度等，從而總結出法拉第電磁感應定律。

三、在概念和規律的教學中進行科學方法教育

科學方法體現在具體科學知識的認知過程中，只有把認知過程充分而又合理地展示出來，學生才能看到科學問題是怎樣提出來的，從什么角度，用什么方法去解決，從而學到科學的方法。這就要求我們在教學這中注意物理概念和規律的形成過程，按照學生的認知過程，合理地設計教學方案和教學過程。例如，在進行牛頓第一定律的教學時，可以設計如下教學程序：①提出問題：大多數人從生活經驗中都感受到，只有力的作用物體才能運動。難道只有力的作用物體才能運動嗎?沒有力的作用物體就不能運動嗎?②演示實驗：讓小車從斜面頂端滑下，分別滑到鋪有毛巾、棉布和木板的平面上，觀察小車前進的距離。③分析推論：從實驗中可以看出，運動物體受到的阻力越小，它的速度就減小得越慢，它運動的時間就越長。進一步推理得出：在理想情況下，如果表面絕對光滑物體受到的阻力為零，它的速度將保持不變，從而概括出牛頓第一定律。這樣的教學可以讓學生領略到物理學中應用邏輯與直觀、抽象與形象相結合的理想化論證方法。

四、在解題訓練中進行科學方法教育

解題訓練是教學的重要環節。在解題訓練中主要是進行思維方法的訓練，努力提高學生的思維能力和分析解決問題的能力。特別要重視變通性訓練，即充分利用課本上的習題、例題加以適當改造，改變問法、變換題型、增減題設條件等進行訓練。例如，有一個凸透鏡的焦距為15厘米，位于主光軸上一個點光源S距透鏡20厘米，求像點位置。這是一道簡單常見的光學題，可把它進行如下變換改造：

變換1：若使點光源在豎直平面內沿垂直主光軸方向做振幅為2厘米的簡諧振動，則像點的振幅為多少?

變換2：若使透鏡在豎直平面內沿垂直主光軸方向做簡諧運動，已知像點的振幅為12厘米，那么透鏡的振幅是多少?

變換3：若用黑紙將透鏡遮出一半，點光源所成的像有什么變化?

變換4：若將透鏡從光心處垂直側面切成兩半，其成像情況怎樣?

變換1要求學生由定向思維發展到發散思維；變換2要求學生由正向思維過渡到逆向思維；變換3和變換4則要求學生借助形象思維到抽象思維。教學實踐證明，習題變換與思維訓練不僅能加深對物理概念、規律的理解，而且是培養科學方法、提高思維的靈活性和思維的深刻性的一條有效途徑。

綜上所述，在物理教學中，教師在傳授物理知識的同時，一定要有意識地進行科學方法教育，努力結合物理教學特點，誘導學生逐步掌握物理學研究的基本方法，即觀察實驗法，科學抽象法和數學工具法。還要掌握特殊的研究方法，如比較與分類、歸納與演繹、分析與綜合、模型與模擬、猜想與假說、靈感與直覺等，不斷提高和發展學生的科學素質，把他們培養成為獻身科學、攀登科學高峰的—代新人。