物理學方法論教育課堂教學模式的構建*①

楊雄珍

(賀州學院物理與電子信息工程系 廣西 賀州 542800)

1 物理學方法論概述

所謂方法，就是為了解決某一具體問題，在實踐或理論上所采用的一般思維手段和操作步驟的總和．方法論是關于認識和改造現實方法的學說和理論，它可以有許多不同的分類名稱，按照分析的不同層次或普遍性程度的高低，方法論分為三個層次，即哲學方法論、自然科學方法論以及各門學科中一些具體方法，物理學方法論屬于自然科學方法論的一個分支[1]．

物理學方法論是以唯物辯證法為指導，探討物理學一般研究方法的理論[2]．它主要探討物理科學認識的邏輯結構和研究程序，揭示物理科學研究過程中的各個階段和每一個環節的作用、特點及其所遵循的一般原則；總結物理科學研究中的一般方法，并將它們分類；揭示各方法的含義、特點、適用范圍、運用的原則和注意事項，以及物理學史上的論證，并盡可能地給出使用模式，以便使用、借鑒和移植；研究物理學史上的重大突破和有代表性的事例，揭示著名物理學家的研究方法；研究新興科學、新興技術對物理學研究的重大影響，并探討其方法論意義．

物理學方法論的形成有其漫長的歷史，而且隨著物理學的發展還將不斷地豐富、更新和發展，它是由系列物理科學方法構成，物理科學方法就是研究與描述物理現象、實施物理實驗、總結與檢驗物理規律時所應用的各種手段和操作[2]．從廣義上看，物理學方法應該包括物理學知識的發現與研究方法、物理學理論體系的建立方法，以及物理學理論的學習與傳播方法．其常規的研究方法一般包括觀察實驗法、邏輯思維方法和數學方法．

物理學方法論教育,就是運用現代教育思想和教育手段,有目的、有意識、有步驟地傳授和滲透物理學研究的方法,使學生受到科學方法的熏陶和訓練,逐步地掌握最基本的、最主要的物理科學方法,達到促進知識學習、增強實踐能力和培養創新精神，進而提高全體學生科學素養的目的[1]．

當前，隨著我國經濟社會的飛速發展，創新性國家建設對人才的需要不斷增大，物理基礎課程的教學被賦予了更高的要求．因此，廣大物理教師都在積極地探索著物理教學的高效性問題，在課程設置、教材編寫以及相關研究論著上越來越關注方法論教育的問題，研究物理學方法論教育課堂教學模式也成為越來越多的物理教師關注的熱點．

2 研究物理學方法論教育課堂教學模式的價值

2.1 模式與教學模式

模式是表明任何結構或過程的主要組成部分以及這些部分之間的關系，是對客觀存在的事物的內在機制以及事物間的本質聯系所進行的簡化、直觀的描述形式，它的明顯特征是：模式是現實的再現，即現實的抽象概括，它來源于現實，但終歸于指導現實；模式是理論的形式，模式是一種理論，而非工藝性方法、計劃；模式是簡化的形式，是經過理性高度抽象概括后，以簡單明了的形式表達出來的形式[1]．教學模式是教學過程中各種因素相互作用時表現出的某些方式，以及這些方式所具有的穩定程序，是在一定教學思想或理論指導下，為設計和組織教學而在實踐中建立起來的各種類型教學活動的基本結構．物理學方法論教育的課堂教學模式，就是在總結各種滲透了物理學方法論教育課堂教學過程的基礎上，經過抽象概括，提出的便于大家操作的、簡化的課堂教學的基本步驟與程序．

2.2 進行物理學方法論教育的意義

眾所周知，物理學之所以被人們公認為一門重要的學科，不僅僅在于它對客觀世界的規律作了深刻的揭示，更因為它在形成、發展的過程中，形成了一整套獨特而卓有成效的物理學方法論體系.物理學思想方法不僅對物理學本身有價值，而且對整個自然科學乃至社會科學的發展都有重要的意義和貢獻．因此，作為自然科學的一門基礎學科，物理教育應該在講授物理學知識內容的過程中，從更廣的視角展現物理學方法理論，積極引導學生認識物理學的基本思想、觀點和方法，學會探索和解決物理問題的方法和途徑，這將對培養學生的邏輯思維能力、科學探究能力及其科學素養都有極大的促進作用，使他們在后續的學習和今后的工作中觸類旁通、靈活運用，且終生受益．

2.3 研究物理學方法論教育課堂教學模式的價值

研究物理學方法論教育的課堂教學模式，有利于在教學理論與物理教學實踐之間搭起一座橋梁，一方面，為教學理論不斷充實和發展提供各種素材，是個別的特殊經驗轉化為一般理論的中間環節；另一方面，可以供物理教師在設計和組織各種物理教學活動中作參考，從而指導物理教學實踐，促進教學質量的提高．再次，研究物理學方法論的課堂教學模式，還可以從整體上去綜合探討物理教學過程中各種因素之間的相互作用及其多樣化表現形態，有利于從動態上把握物理學方法論教育教學過程的本質和規律，為建立教學理論與物理教學實踐之間的暢通渠道提供物理學方法論的啟示．

3 進行物理學方法論教育課堂教學模式構建的基本程序

3.1 分析教材中的物理學方法論因素

在教學過程中開展物理學方法論教育，首先必須結合教材進行．但是，教材一般是以知識的內在聯系為線索而展開的，不會或很少會提到所應用的物理科學方法，因此，在進行物理學方法教育的過程中，必須分析、挖掘教材中的科學方法因素，即分析、挖掘教材中用以描述物理現象、研究物理現象的方法；思考教材是怎樣設計物理實驗，建立物理概念的；是如何探討、總結并檢驗物理規律的，找到進行方法論教育的素材，以利于教學的實施．

例如：大學物理教材中關于“牛頓運動定律及其應用”一節內容，其蘊含的物理學方法論因素有如下幾點.

(1)關于慣性概念的給出，提到伽利略的慣性運動的理想實驗，體現了伽利略的理想化實驗方法；

(2)牛頓第一定律的提出，其研究的是物體為什么會做這樣的運動問題，即物體的運動狀態為什么會發生這樣變化的問題，體現了物理學上的“因果觀“思想；

(3)牛頓三大定律的核心又是體現了“絕對空間”和“絕對時間”的時空觀思想；

(4)介紹牛頓的生平事跡，也就包含著牛頓科學思想方法，即牛頓應用微積分的數學工具把實驗方法和數學演繹方法相結合，發展和超越了伽利略的實驗方法論，并發展了數學演繹的公理方法，創造性地用了分析綜合方法創建了一個完整的經典力學系統；

(5)牛頓定律解題的基本步驟實際上體現了對物理問題建立數學模型的過程，在建模過程中，實際上是對物體和運動理想化(如把物體視為質點)，即建立理想化模型；

(6)關于牛頓運動定律的應用，用隔離法解題，實際上就是用“分離變量法”對被分離的物體進行受力分析；

(7)要求學生熟練地掌握運用牛頓定律以及運動學基本公式解題的步驟，其實就是希望通過解題分析，體會滲透在題目中的因果觀物理思想和歸納推理、演繹推理等物理學方法等．

可見，該節課所蘊含的物理學方法因素是相當豐富的．

3.2 制定物理學方法論教育的具體目標

物理學方法論教育是在教學過程中有意識地滲透進行的，因此，教師在深入鉆研教材，確定知識教學目標的時候，應該同時制定物理學方法論教育的目標要求及達標方法，明確不同階段物理學方法論教育的重點，制定具體的、與教學內容相配合、適應學生特點的、有可操作性的目標，使方法論的教育更具有針對性、計劃性，以克服隨意性和盲目性．要根據課程標準、物理教材、物理學發展史資料以及學生的生理、心理特征制定合理的教學目標，根據“感受、領悟、應用、評價”等不同的水平層次分類制定，使課程目標具體化，從而更好地把握教育的深度和廣度，最大限度地發揮教材的作用．

例如，在上述“牛頓運動定律及其應用”一節的教學中，分析了蘊含的物理學方法論因素以后，其物理學方法論教育的教學目標可歸納為表1.

表1 物理學方法論教育的教學目標

3.3 確定物理學方法論教育的重點內容

從廣義上看，物理學方法論教育包括弘揚科學精神、掌握科學方法、樹立科學態度，它們都是通過課堂教學及課外系列活動進行的．但是，物理學的研究方法很多，包括觀察、實驗、分析、綜合、歸納、演繹、比較、分類等系列方法，不可能每一節課都進行撒網式的灌輸，而應該是具體的方法論教育的內容有所不同、有所側重，應該按計劃每一節課突出一二個重要的研究方法，根據對教材中科學方法因素的分析，根據學生的認知特點和學習規律，根據物理學科的教學規律，確定每節課具體的物理學方法論教育的重點內容．

例如，還是關于“牛頓運動定律及其應用”一節的教學，歸納其中蘊含的物理學方法教育的因素，主要包括實驗方法、歸納推理方法、演繹推理方法、分離變量法、理想化方法、數學方法(微積分)以及物理學上的因果觀、時空觀等物理學思想，把這些物理學思想方法因素挖掘出來后，在教學中，除了要求學生掌握牛頓運動定律及其適用條件，能熟練地建立和求解牛頓運動定律的微分方程外，還必須結合發現、總結定律的歷史背景，適時介紹這些物理學方法，使學生能領悟其中的物理學思想；要通過具體實例分析牛頓運動定律應用的兩大類問題，把歸納和演繹方法滲透教學之中，其中重點詳細介紹分離變量法解物理問題的思路，使學生在解題過程中逐步掌握這種物理學方法以達到靈活應用．

又如，關于“電磁感應定律”的教學，分析其物理學方法因素，它包含逆向思維法、類比、觀察、求同法、求異法、歸納法、設疑等物理學研究方法，還包含法拉第的力線方法和場的思想．但是在實際教學中，可以通過顯性的方法突出傳授逆向思維法、力線的方法和場的思想，而其他的科學方法因素可以在知識講解時隱性傳授，這樣可以有目的地使學生在系統地掌握重點的方法論內容的同時，又能感受其他的物理學科學方法．

3.4 進行物理學方法論教育的課堂教學設計

教學設計是根據教學對象和教學目標，確定合適的教學起點與終點，將教學諸要素有序、優化地安排，形成教學方案的過程．它是一門運用系統方法科學解決教學問題的學問，它以教學效果最優化為目的，以解決教學問題為宗旨．教學時必須進行教學設計，因此，在進行物理學方法論教育的課堂教學設計中，應該遵循一致性原則、系統性原則、階段性原則、融合性原則，即進行的教學設計要與原來的課程設計相融合，并保持一致；在方法論教育的內容選擇、時間安排、層次要求上要有系統性；要根據學生的認知水平、學習能力分階段進行；要通過隱性滲透和顯性提煉等方式將方法論教育融合到具體的物理知識傳授中．

4 物理學方法論教育課堂教學的基本模式

4.1 物理學方法論教育課堂教學的宏觀模式

一學習，二模仿，三創新．學習，就是教師在課堂教學中滲透物理學方法論教育，學生通過課堂教學學習教師介紹的物理學方法論的知識，或者通過課外學習有關物理學方法論的基本知識，這是最基礎的工作；模仿，就是在教師的指導下，學生將學習過的物理學方法論知識遷移到學習新的知識中去，這個過程是模仿的層次；創新，就是學生將學習過的物理學研究方法獨立地遷移到學習新的知識中去，或者應用于解決自己遇到的新問題中去[1] [6]．

4.2 物理學方法論教育課堂教學的微觀模式

物理學方法論教育課堂教學的微觀模式就是指一堂課的教學模式在課堂教學中如何體現物理學方法論教育，理論研究與教學實踐表明，應該做到以下幾點.

(1)根據學生的接受能力，在進行一定時間的物理學方法論的滲透性教學后，要適當提出有關物理學研究方法的名詞．

(2)除實驗法外，每堂課可再突出一二種常用的物理學研究方法．

(3)教學過程中，可以根據實際情況，采取隱性或者顯性的教育，但是，在總結時一定要進行顯性的物理學方法論教育，要明確提出本節課中，物理學方法論教育的具體內容與要求，包括物理學研究方法的簡單內涵，應用這種方法的簡單步驟等，也就是說，“過程可以隱性，總結一定要顯性．”[1，6]

以“概念型”內容課堂教學為例，其課堂教學模式一般是：概念引入—概念建立—概念定義—概念應用—物理學研究方法總結(顯性)．其中，在概念引入之前，必須分析教材中的物理學方法因素，確定可以滲透的主要方法舉例，通過“復習引入，實驗引入，生活實例引入，提出不足引入，演繹引入，歷史上的爭議等方法引入概念；通過概念同化、概念順應的方法來建立概念；通過詞語定義法、操作定義法、比值定義法、乘積定義法、文字表述、數學表達式、確定單位法等方式定義概念；應用方法論意義進行概念的應用講解．最后，通過顯性的方式，明確說明本節課突出的物理學研究方法，進一步加深學生的理解和掌握．

總之，在物理教學中融入物理學方法論教育，有利于學生對物理學知識體系的整體了解和對物理知識的理解；有利于學生對物理學方法論的全面認識．物理學方法論教育課堂教學模式很多，只要物理教師對物理學方法論應用自如，并長期不懈地堅持在教學中對學生進行物理學方法論教育，充分地發揮教材優勢，挖掘教材中蘊含的物理學研究方法，不斷地改革課堂教學模式并進行總結，以供物理教師在設計和組織各種物理教學活動中作參考，從而指導物理教學實踐，促進教學質量的提高，實現物理學課程教育的價值．

參考文獻

1 張憲魁．物理科學方法教育．青島：中國海洋大學出版社，2000

2 張憲魁，李曉林，陰瑞華．物理學方法論．杭州：浙江教育出版社，2007

3 劉佑昌．現代物理思想淵源．北京：清華大學出版社，2010

4 吳宗漢，周雨青．物理學史與物理學思想方法論．北京：清華大學出版社，2007

5 張博．新課標下中學物理科學方法教育的探討．上海：華東師范大學學位論文集，2007

6 陳興瑞．物理科學方法教育模式探討．曲阜師范大學學報，2001(7)