論物理教學中科學方法顯化教育的教學原則

黃琳雅 黎 明 陳清梅

論物理教學中科學方法顯化教育的教學原則

黃琳雅1黎 明2陳清梅3

伴隨著科學方法教育研究的逐步深入，在中學物理教學中進行科學方法顯化教育已成為共識。為了更好地進行科學方法顯化教育，就有必要確立其教學原則。依據科學方法的特點和學生的認知規律，我們確定了物理教學中科學方法顯化教育的教學原則。

一、顯化教學原則

科學方法是人們在認識和改造客觀世界的實踐活動中總結出來的正確的思維方式和行為方式，是人們認識和改造自然的有效工具[1]。從科學方法的特點來看，它比物理知識更抽象、更難于理解。因此，只有像物理知識教育那樣，對科學方法進行顯化教學，在教學目標、教學準備、教學內容等方面展開明朗化、條理化的教學，讓學生一開始就明確科學方法的學習任務，厘清科學方法的學習過程，在練習和應用中有意識地接受科學方法訓練，才算得上是真正的科學方法教育。

所謂顯化教學，是指在進行科學方法教育時，明確指出科學方法的名稱，解釋科學方法的內容，展示科學方法的操作過程，挖掘科學方法的內涵，說明科學方法的使用條件，指導學生自覺地運用科學方法。由于“科學方法體現在具體知識的認知過程中。在進行物理教學時，應當把認知過程充分、合理的展示出來，學生才能看到科學問題是怎樣提出的，是從什么角度、用什么方法去解決的，從而學會科學的方法”[2]。因此就需要充分闡明科學方法的定義，科學方法的操作過程、原理依據和適用范圍。也就是說，在物理教學中，要牢牢把握住科學方法這條主線組織教學，以科學方法教育引領物理概念和規律的教學，不僅要教“科學方法是什么”，還要教“為什么要用這種科學方法”和“科學方法適用的條件”，通過顯化的教學讓學生認識科學方法的存在，使抽象的科學方法變成一個生動、具體的東西[3]。只有這樣，學生才能體會到科學方法的奧妙之處，從而把科學方法納入到自己的認知結構之中。

例如，在密度教學中，教師應明確概念得出時用到了比值定義法，并且需要詳細說明為什么要用比值定義法以及比值定義法適用的條件。在這里，教師應指出應用比值定義法的關鍵是在比較時選取相同的標準，這樣比較出來的結果才有意義。

二、分類教學原則

在科學方法顯化教學中，要注意操作性和概括性等方面的差別。因此，需要將科學方法按照不同的特點進行分類，使教學更全面、更具針對性、更有規律，使學生更高效率地形成有序的知識結構。依據邢紅軍教授關于科學方法的分類，科學方法可以分為兩部分：物理方法和思維方法。物理方法又可以分為獲得知識的物理方法和應用知識的物理方法。

物理方法中，實驗方法、理想化方法等最為基本；思維方法中，分析、綜合、抽象、概括較為基礎。物理方法是一種認知結構，屬于強認知方法，在操作層面上提出了具體步驟，可以通過傳授使學生掌握；思維方法是一種大腦功能，屬于弱認知方法，只在思維層面上進行了概括，必須通過訓練才能使學生掌握。

在獲得知識的教學中，建立物理概念的物理方法主要有比值定義法、乘積定義法、理想模型法、理想實驗法等；建立物理規律的物理方法主要有實驗歸納法、演繹推理法等。物理實驗中的科學方法主要有觀察法、作圖法、控制變量法等。在顯化教學中要充分展示物理方法的內涵、意義、條件，并逐步引導學生發現、體會、掌握物理方法。

在應用物理知識教學中，運用較多的科學方法有隔離法、整體法、理想模型法、比例法、假設法、等效法、轉換法等。在顯化教學中要引導學生明晰物理方法每一個環節的操作要領，使學生能夠從頭腦中提取物理方法并運用于物理問題解決中。

三、循序漸進原則

科學方法顯化教育要充分考慮到學生的認知特點，應遵循由淺入深、由簡單到復雜、由形象到抽象、循序漸進的順序進行。既不能落后于學生的認知水平，也不能超越學生的認知水平。應使科學方法顯化教育具有一定的層次，符合維果茨基的“最近發展區”理論。初中學生的觀察能力和動手能力比較強，而抽象思維能力比較弱，因此初中階段應著重進行觀察法、實驗法的教育；高中學生的抽象思維能力迅速發展，除了進一步加強觀察法、實驗法的教育，還要逐步介紹理想化方法、等效法、圖像法等物理方法，也要訓練分析、綜合、歸納、演繹等思維方法。

在具體教學中，不僅要明確不同階段科學方法教育的重點和難點，而且對于不同的科學方法，應提出不同的要求。若一種科學方法在教學中多次出現，可以在首次使用時先介紹方法的名稱和操作步驟，以及如何使用；再次學習時，就需要強化學生對該方法的認識，加深對科學方法的理解；多次出現時有必要將層次提高。由于科學方法與科學知識存在對應關系，可以參考高中《物理課程標準》和安德森認知目標分類學的基本思想，將“記憶”“理解”與“應用”作為科學方法的教育目標。

例如，理想化實驗和比例系數法，由于主要在高中必修系列中出現且出現次數較少，故目標要求為“記憶”。控制變量法、比值定義法、分類法在高中必修系列中較少出現而在高中選修系列中較多出現，因此可在高中第一學年將目標定為“理解”層次，在選修系列學習中，該目標應提高至“應用”層次。

四、整體教學原則

每一個科學方法都不是完全獨立存在的，這就要求在顯化教學中要處理好各個科學方法之間的聯系與區別，使科學方法教育具有連貫性。

“對于每一個知識點，都有一種或多種相應的物理方法與之相對應。”[4]不同的科學方法共同作用、相互支撐，這就要求教師權衡一個知識點突出了哪種方法，有選擇地重點突出一些科學方法的同時兼顧其他。例如，在牛頓第二定律的應用過程中，運用較多的物理方法有整體法、隔離法、正交分解法、圖像法等，教師可以以科學方法為主線進行習題教學，從而避免題海戰術。

有些科學方法反復使用，貫穿不同的知識點，這就需要在顯化教學中注意融會貫通。一個方法對應于很多知識的獲得，就可以應用已學習的科學方法去研究那些尚未研究過的事物，進行有效的遷移，即運用科學方法合乎邏輯地推導出新知識，彰顯科學方法的教育功能。科學方法教育不是一朝一夕的事情，它比科學知識學習更困難，所以，在顯化教學過程中要適時地、恰當地、多次地引出，并在最后做出總結。如在學習質點、單擺、理想氣體、自由落體、勻速圓周運動、簡諧振動等概念后，對它們做對比分析，可通過由特殊到一般的過程，概括出理想化模型的定義：雖然它們有的是理想的實物，有的是理想的過程，但它們的共同點是對客觀存在的純化反映，是抽象的絕對理想形態，所以我們把這些統稱為理想化模型。

對于容易產生混淆的科學方法要進行比較。可通過比較科學方法之間的異同點，使學生對其進行整體把握。例如，學生容易把理想化模型和理想化實驗混淆，我們可以指出它們的共同點是以事實為基礎，經過抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素；它們的不同點是，理想模型是作為一種形態的形式存在，而理想實驗作為一種推理過程的形式存在。

五、理論聯系實際原則

根據科學方法高度抽象的特征，結合皮亞杰的同化順應理論，可知學生學習科學方法的認知過程主要是順應過程。由于學生頭腦中缺乏必要的圖式支持，因此對科學方法常常只達到表面的理解和掌握，難以遷移到新情景中去解決問題。很多一線教師反映，學生在考試中不會做題，大部分并不是因為知識未掌握，而是因為科學方法未掌握或是科學方法未能很好地遷移。因此，在顯化過程中應創造一個良好的認知情景，讓學生主動進行探索，沿著科學的思路和方法思考，從而更深刻地領略科學方法。在這里，可以建議使用原始物理問題深化科學方法教育。

所謂原始問題，是指對自然界及社會生活、生產中客觀存在且未被加工的科學現象和事實的描述。原始問題是把每個已知量鑲嵌在真實的現象中而不直接給出，需要學生根據面臨的情景，通過假設、估計等手段獲得所需的變量及數據，再構造出理想的模型，經過層層的“剝開”過程，最終使結論“破繭而出”，從而把能力培養落實到了實處。原始物理問題使科學方法和實際問題很好地結合起來，學生通過一定的問題情境，圍繞符合其認知水平的、難易適度的原始物理問題，重新組織已有的科學方法，形成更加高級的認知結構，并用它來解決問題。問題一旦解決，學生所習得的科學方法就得到了遷移。

例如一道原始物理問題：用n塊磚，在水平地面上依次由下往上堆放，在磚不翻倒的條件下，為使最上面一塊磚伸出最底部一塊磚的距離最大，應如何堆放？為了解決這個問題，可以采用理想化模型方法，抓住主要因素(磚長、磚的質量等)，忽略次要因素(磚厚、磚寬等)；可以用歸納法或演繹法來解決問題，這種創造性活動的完成很容易使學生更深刻地掌握科學方法。

[1] 邢紅軍.中國基礎教育課程改革:方向迷失的危險之旅[J].教育科學研究,2011,4.

[2] 喬際平,邢紅軍.物理教育心理學[M].廣西:廣西教育出版社,2002.

[3] 張宇,邢紅軍,肖驍.初中物理科學方法教育的實踐研究[J].中國現代教育裝備,2010,24:92-94.

[4] 浙江省教育學會中學物理教學分會.高中物理方法教育研究[M].浙江:浙江教育出版社,1995.

黃琳雅，在讀碩士研究生。黎明，本科，中教一級。陳清梅，碩士，副教授。

1.首都師范大學。2.湖北省十堰市張灣區實驗中學。3.北京中醫藥大學。

本文系北京市“十一五”規劃教育科學重點課題“高中物理科學方法教育內容顯化的理論與實踐研究”(編號：ABA08010)。