科學方法教育在平拋運動教學中的實踐探討

摘要:本文以平拋運動的教學為例，探討了物理教學中科學方法教育，即如何在傳授物理知識的同時結合高中學生認知規律，以顯性方式傳授物理學中所用到的科學方法，以期達成高中物理新課程三維目標中“過程與方法”目標。

關鍵詞:科學方法教育;物理教學;平拋運動

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1003-6148(2010)5(S)-0070-3

眾所周知，物理學是一門基礎自然科學，它所研究的是物質的基本結構、最普遍的相互作用、最一般的運動規律以及所使用的實驗手段和思維方法。因而，高中物理教學內容除了物理知識外，還包括物理學研究者發現這些知識時所采用的科學方法。但這部分內容往往在教學中被忽視或者被隱性處理，這樣就使得物理課堂教學往往只注重物理知識的傳授而很少涉及到物理學中的科學方法。

可喜的是，科學方法的教育近年來在我國受到重視。由教育部制訂的《普通高中物理課程標準》提出“高中物理課程要有助于學生體驗科學探究過程，了解科學研究方法”[1]，并在課程總目標提出，“學習科學探究方法，發展自主學習能力，養成良好的思維習慣，能運用物理知識和科學探究方法解決一些問題。”[2]在具體的三維目標中要求學生“經歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物理問題，驗證物理規律。通過物理概念和規律的學習過程，了解物理學的研究方法。認識物理實驗、物理模型和數學工具在物理學發展過程中的作用”[3]。在近年來，很多教育學者發表了一些關于科學方法教育的文章，指導性高，理論性強，但缺乏深入的教育實踐研究。而一線教師在進行物理教學的過程中，也在自覺或者不自覺地進行著某種科學方法的教育，但仍缺乏對科學方法教育深入的研究。

因而，筆者以平拋運動這個典型的物理問題為例，對物理教學中的科學方法教育做一些實踐性的探討。

1 科學方法教育概念

本文所談的科學方法教育具體指物理科學方法教育，“是指在物理教學中，結合物理知識教學有目的、有意識、有步驟地滲透和傳授物理科學研究方法，使學生受到科學方法的熏陶和訓練，逐步地掌握最基本、最主要的物理科學方法，達到促進知識學習、能力培養和科學素質提高的目的。”[4]

物理科學方法主要是指物理學者在研究物理現象、物理問題、物理規律和構筑物理學體系所采用的途徑、方式和手段。物理方法主要有:觀察法、實驗法、等效法、理想化方法。

2 平拋運動概念

平拋運動是高中物理一種比較典型的曲線運動，也是生活常見的一種運動形式，它是高中物理教學的一個重點，也是學生學習的難點。

在人教版必修二中定義為，當物體以一定的初速度沿水平方向拋出，在忽略空氣阻力的情況下，物體僅受重力作用，這樣的運動叫做平拋運動。平拋運動可看作水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動的合運動。平拋運動的物體，由于所受的合外力為重力，所以平拋運動是勻變速曲線運動，平拋物體的運動軌跡為拋物線。

3 平拋運動教學中的科學方法教育

在平拋運動的研究中，包含很多科學研究的方法，主要用到的科學方法有:觀察法、實驗法、理想化方法、控制變量法、圖像方程結合法(即數形結合法)、類比法等。

3.1 觀察法

觀察法是物理學研究中的基本方法，物理現象和物理問題的提出主要來源于人類對大自然的觀察。“觀察，主要是指人們對物理現象在自然發生的條件下(即對現象不加控制)進行考察的一種方法。”[5]當然，觀察并不是一種憑借人的感官而在自然界中進行盲目搜索的活動，它作為自然科學研究所運用的一種基本方法，它總是受自然科學研究中要解決的任務制約。因而，觀察是一種不僅用眼睛看還要用腦思考的方法。

在平拋運動教學中，首先應給學生展示一些自然或生活中的平拋運動現象，比如從水平桌面上滾出的小球、水平拋出的粉筆、水平噴出的水柱等，并引導學生觀察其運動軌跡，思考這種運動與其他運動的不同之處，讓學生對平拋運動獲得感性的認識，同時讓學生學會觀察的方法。

3.2 理想化方法

理想化方法是一種科學抽象，是物理學研究常用的重要方法。物理現象所經歷的過程大多是復雜的，要根據所研究問題的需要和具體情況，確定研究對象的主要因素和次要因素，突出主要因素，忽略次要因素，用理想化的物理模型來代替實際研究的對象，并對有關的過程做出簡化，從而簡明扼要地揭示事物的本質。理想化方法包括理想實驗方法和理想模型方法。在平拋運動教學中，主要用到理想模型方法和條件模型方法。

(1)對象模型，就是用來等效代替研究對象實體的理想化模型。自然界中做平拋運動的物體多種多樣，形狀大小不一，但物體的形狀和大小對它平拋運動沒有影響，物體的形狀和大小可以看成次要因素而忽略，把它看成一個質點。

在平拋運動教學中，要引導學生得出平拋運動的物體可以看成質點，并強調此方法為理想模型法。

(2)條件模型，是指把研究對象所處的外部條件理想化建立的模型。平拋運動定義中強調物體做平拋運動的條件是“在忽略空氣阻力的情況下”。眾所周知，在自然條件下，物體下落都要受到空氣阻力的作用。在這里平拋運動的定義中用到了理想化的條件模型法。

3.3 實驗法

實驗法是物理學研究中的一個典型方法。實驗是認識物理現象、形成物理概念和發現物理規律的重要手段。實驗能力是中學物理教學重點培養的學生能力，而有效地訓練學生的觀察和實驗方法是培養能力的基本途徑。“物理實驗是有目的、有計劃地運用儀器、設備，在人為控制的條件下，使物理現象反復再現，從而觀測，并獲取資料的一種科學研究方法。”[6]實驗法的特點在于，在實驗室中可以控制一些次要因素的干擾，簡化實驗的條件，以便于探究變量之間的定量關系。另外，只要保持條件相同，可以無數次重復實驗，所得的結論也應相同。

在平拋運動教學中，實驗法是非常重要的。人教版必修二第一章第四節“實驗:研究平拋運動”專門列出一節來研究平拋運動。與老教材不同的是，新教材強調實驗的開放性和探究性，本節實驗裝置選擇多樣化，實驗過程具有探究性。在該實驗中，教師要引導學生認識實驗方法在物理學發展過程中所起到的作用，并學會實驗探究方法，引導學生分析該實驗的一些注意事項。

同時，要把控制變量法和數據處理方法作為重點內容。控制變量法是指在研究物理問題時為了弄清事物變化的原因和規律，必須設法使其中的一個或幾個因素保持不變，然后來比較、研究其他兩個變量之間關系的科學方法。

在平拋運動實驗中，要強調多次實驗中小球必須從同一高度由靜止釋放，以保證初速度相同。另外，實驗過程中不能移動坐標紙。為了對平拋運動進行理性研究，必須對實驗數據進行分析。數據處理方法也是對學生科學抽象能力及數學計算能力的培養。

3.4 圖像方程結合方法(即數形結合法)

數學方法也是物理學中研究問題的重要方法。其中，數形結合方法是一種重要的數學思想方法，在物理研究中有著廣泛的應用。數形結合就是把抽象的數學語言與直觀的圖形結合起來，通過數與形之間的對應和轉化來解決問題，它包含數轉化為形、形轉化為數、數形結合三個方面。

此即數形結合方法的應用，學生要學會這種方法。在教學中，可以把這一方法以顯性教育方式教給學生。

3.5 類比方法

類比方法是指根據兩個(或兩類)對象在某些方面的相似或相同，從而推出它們在其它方面也可能相似或相同的一種邏輯推理方法。類比方法是人類認識自然的重要方法，它能幫助學生有效地建立物理概念， 形成物理規律，運用物理知識解決具體問題。

人教版物理教材中首先介紹了研究物體在平面內運動的研究方法，即先確定蠟塊位置、再探究蠟塊運動軌跡，最后確定蠟塊的速度。接著第二節講述物體做平拋運動的規律:物體位置、平拋動軌跡、平拋運動速度。這是一種類比方法，有利于學生的認知遷移，讓學生體驗了應用類比方法進行科學探究的過程，有利于構建學生的知識體系。達到舉一反三、觸類旁通的效果。

學生掌握了分析平拋運動的方法之后，也就可以用分析平拋運動的方法分析其他的拋體運動，達到學習遷移的目的。

以上是平拋運動的教學中可以給學生講授的科學方法。當然，除以以上所闡述的科學方法之外，還有很多科學方法，比如等效方法、比例方法、歸納與演繹法、分析與綜合等方法。在課堂教學中，科學方法教育要結合學生認知規律，采用隱性教育和顯性教育相結合，并且寓科學方法教育于知識教育的方法去實施。由于教學對象、教學內容及教學方式的不同，以上所列方法并不能在整堂課中全部予以實踐應用，而是要遵循學生認知規律循序漸進地與物理知識教學有機結合進行教學，以達到培養學生的科學方法素養，提高學生科學能力的教學目的。當然，科學方法教育的實施也不能脫離教師的自覺性，教師要主動發現教材中的方法教育。

參考文獻:

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(實驗)[M].北京:人民教育出版社，2003

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(實驗)[M].北京:人民教育出版社，2003:8

[3]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(實驗)[M].北京:人民教育出版社，2003:9

[4]寧蘊玉.中學物理教學中注重加強科學方法的教育[J].教育理論與實踐， 2005:16 .

[5]許國梁.中學物理教學法[M].北京:高等教育出版社，1996:14

[6]閻金鐸，郭玉英.中學物理新課程教學概論[M].北京:北京師范大學出版社，2008:75

[7]物理課程教材開發研究中心.普通高中課程標準實驗教科書——物理(必修2)[M].北京:人民教育出版社，2006

(欄目編輯張正嚴)