探析科學方法在大學物理教學中的應用

許秋萍

摘要物理學是一門實用性很強的基礎學科,而物理學蘊涵的豐富的科學方法，是物理學發展的靈魂。學習物理須不斷領悟其中的科學方法，并運用到物理科學的研究中去，才能推動物理學研究取得更大的進步。物理科學方法對于培養年輕一代具備基本的科學思想和科學素養具有重要的作用。在此，對物理教學中蘊涵的科學方法進行歸納與應用分析。

關鍵詞大學物理教學；科學方法；應用

美國著名的認知派教育心理學家奧蘇伯爾在他的著作《教育心理學：一種認知觀》（1978年）中指出，在傳統的教學中側重于學生學科知識的邏輯性的背景下，認為教學要多注重考慮學生生理及其心理發展特點。發展心理學研究認為，課程與教學論專家的共識認為課程與教學應當建立在學生的認知基礎上，要考慮并且符合學生的認知特征，以此為基礎來開展教學，使科學方法教育與學生的實際狀況相吻合。因此，鑒于現代教育應培養具備創新能力、具有科學的思維和素質物理學學科人才的要求，本文擬對大學物理學科學方法進行探析，以期為物理教育工作者構建一個可遵循、便于探討的科學方法分類體系提供參考。

一、物理學科學方法教育現狀

2010年8月，全國第三次“物理科學方法教育”學術研討會召開，就物理科學方法教育的現狀與反思、物理科學方法教育的理論與實踐等主題進行了討論與交流，預示著我國物理科學方法教育方法的重視。而最新一輪物理課程改革提出了三維課程目標，同樣把“過程與方法”作為重要的課程維度。但實踐表明，科學方法教育并未得到很好實施，主要表現在：現有觀點對科學方法教育價值的理解存在偏差，而且與我國物理教學改革實踐所得出的結論也不一致；對物理科學方法教育價值不清楚，科學方法教育內容不明確以及科學方法教育方式不正確等。基于此，闡述科學方法的教育價值，界定科學方法的教育內容，并給出科學方法的教育方式，以期為在大學物理課程改革中進行科學方法教育提供思路。

二、物理學科學方法教育的意義

1.應用科學方法是科學教育的發展趨勢

掌握方法的多少和熟練程度是綜合能力高低的體現。因此，在大學物理教學中既應該讓學生掌握物理學的概念和規律，更要讓學生重視科學的態度和科學的方法。同樣，也要使學生深刻認識到，在知識不斷更新異常迅速的時代里掌握知識的多少已經不是最重要的，學會掌握知識的方法才是至關重要的。

2.科學方法教育是大學物理學新課改的目標

大學新物理課改總目標之一是“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”，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”。這充分體現了新課程改革對科學方法教育的重視。

3.掌握科學方法是樹立正確世界觀的客觀需要

物理學是其他自然科學和哲學的基礎，物理科學方法必然與世界觀密切相關。學習物理科學方法有助于大學生更好地學習、理解和應用唯物論和辯證法，促進其科學世界觀的樹立。物理學知識的獲得過程本身就充滿了豐富的方法論和辯證唯物主義思想。觀察和實驗方法是物理學最基本的研究方法，它使學生在學習過程中逐步懂得認識來源于實踐，實踐是檢驗真理的唯一標準的道理。

4.科學方法教育是提高學生學習能力和科學素養的重要途徑

科學方法是學生掌握物理知識和訓練基本技能的重要手段，是培養科學思維、科學態度和科學精神的主要依托。大學物理的教學目的，就是要使學生掌握獲取物理及其相關自然科學知識的方法。因此，加強科學方法教育，這對于提高大學生科學文化素質，幫助他們學會運用科學方法和科學思維來分析問題、解決問題，培養嚴謹務實的科學態度和科學精神是十分重要的。

三、物理學科學方法應用的分類

物理科學知識內容豐富，且物理問題千變萬化，它所包含的科學方法也是多方面的，但是都一定的規律性，現將諸多方法歸為四類，以供借鑒。

物理方法：主要包括基于物理方法建立起來的觀察、實驗、模型、理想化、等效、模擬、對稱、守恒、疊加、隔離、平衡、放大、控制變量等，這些模型既是構筑物理知識大廈的基礎，也是處理物理問題的一種方法。例如：質點、彈簧振子、點電荷、電磁波、理想氣體、絕熱容器、平衡態等。

數學方法：數學方法作為一種工具，在表達物理規律、處理物理問題中有其獨到的功能，有時將物理問題轉化為數學問題，適當運用代數中的等式、方程判別式、函數、幾何圖象、矢量圖解、角知識等，能使問題的求解變得簡單方便。

邏輯方法：物理學中的很多規律，如牛頓運動定律、法拉第電磁感應定律等，都是以實驗和事實為基礎，運用分析、綜合、推理和歸納的方法總結出來的；安培通過類比環形電流產生磁場，提出了分子電流假說，揭示了電磁現象的電本質。

哲學方法：包括對立統一、量變質變、肯定否定、絕對相對、現象本質、形式內容、特殊一般、原因結果等。如光的波粒二象性，就是用對立統一方法認識光的本性，隔離物體受力分析，建立方程聯立求解，則體現部分和整體的方法。

四、大學物理教學中實施科學方法的路徑分析

1.通過物理概念的建立、規律的揭示展示科學方法

大學物理教學目的不應當只是教給學生現成的物理概念、規律，而應該讓學生深入了解大學物理學的思想方法特點。在物理概念的建立、規律的揭示過程中，往往蘊含著豐富的科學方法，如模型方法、歸納方法 、類比方法、演繹方法等。愛因斯坦就是從相對性原理和光速不變原理直接推出了包括質能關系E=mc2在內的狹義相對論的許多著名結論，這是物理學上運用演繹方法的成功范例。

2.通過物理學史展示科學方法

樹立歷史的觀點是物理教學對物理教學的一個要求。開發和利用蘊含在科學研究過程中的思想方法，展示科學家的思維過程，能使學生更全面而系統地體會科學方法。例如簡述牛頓萬有引力定律的研究歷史，對于學生體會科學思維方法在研究物理問題中的重要性，是大有益處的。

3.通過實驗教學展示科學方法

實驗教學是物理學科重要的教學方式，讓學生學會實驗的具體做法，掌握一些基本的實驗技能，但是我們還必須引導學生明白研究物理問題的科學思維方法，讓學生受到物理思想方法的熏陶。

4.通過習題教學體驗科學方法

科學方法教育的目的在于訓練學生的智力，提高學生解決實驗問題的能力，只有通過實際運用和操作，才能使學生深刻地理解科學方法。在大學物理習題教學過程中，需要運用多種科學思維方法，教師在分析解題思路過程中，應充分展示所運用的科學思維方法。

5.通過 STS拓展科學方法教育

STS是科學—技術—社會教育的簡稱。物理教育中的 STS主要是要求學生關注物理科學與技術、社會的關系，即用學到的物理知識和科學方法來認識、分析和解決科學技術及社會生活中的重大問題。STS使科學方法教育更為貼近生活、社會、科技發展前沿，有利于不同學科之間知識和方法的整合。

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