中外物理科學(xué)方法教育的比較分析

趙佳音 彭朝陽

（云南師范大學(xué)，云南 昆明 650500）

1 引言

科學(xué)方法是科學(xué)思想的具體體現(xiàn)，《物理科學(xué)方法教育》一書中指出：物理科學(xué)方法即研究物理現(xiàn)象、描述物理現(xiàn)象、實(shí)施物理實(shí)驗(yàn)、建立物理概念、總結(jié)物理規(guī)律、檢驗(yàn)物理規(guī)律時(shí)所用到的各種手段與方法.［1］物理科學(xué)方法教育即在物理教學(xué)當(dāng)中，有目的、有意識(shí)、有步驟地對(duì)物理問題的研究方法進(jìn)行教育，使學(xué)生受到物理科學(xué)方法的熏陶和訓(xùn)練，逐步掌握最基本、最主要的物理科學(xué)方法，達(dá)到促進(jìn)知識(shí)學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)和提高科學(xué)素養(yǎng)的目的.

物理科學(xué)方法教育通常采用隱性和顯性教育兩種方式進(jìn)行，所謂隱性教育方式，就是在科學(xué)方法教育過程中，隱蔽地發(fā)揮科學(xué)方法的導(dǎo)向作用，使學(xué)生受到科學(xué)方法的熏陶，在教學(xué)過程中一般不出現(xiàn)科學(xué)方法的名稱，也不對(duì)科學(xué)方法的內(nèi)涵進(jìn)行講解，主要是通過知識(shí)教學(xué)滲透科學(xué)方法，使科學(xué)方法教育和知識(shí)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，以達(dá)到整體優(yōu)化的目的.而顯性教育方式則在進(jìn)行科學(xué)方法教育時(shí)，明確指出這種科學(xué)方法的名稱，傳授有關(guān)該方法的知識(shí)，揭示方法的形式，挖掘方法的內(nèi)涵，說明方法的使用條件，學(xué)生有意識(shí)地接受科學(xué)方法訓(xùn)練.［2］也就是要求教學(xué)中將物理科學(xué)方法以知識(shí)點(diǎn)的形式進(jìn)行介紹、講解和挖掘.

我國對(duì)物理科學(xué)方法教育的研究，已經(jīng)取得了階段性的成果，但也存在著一些不足之處，為了更加深入和透徹地研究科學(xué)方法教育，我們應(yīng)該結(jié)合國外在這一方面所做的工作進(jìn)行研究，從中汲取有價(jià)值的東西為我所用，將是行之有效的途徑.因此，本文從以下4個(gè)方面來對(duì)比分析中外科學(xué)方法教育的差異.

2 教育目標(biāo)中對(duì)物理科學(xué)方法的要求

物理科學(xué)方法教育被廣泛關(guān)注，很多國家在制定課程目標(biāo)時(shí)，都將科學(xué)方法列為目標(biāo)之一.1999年，由歐洲物理學(xué)會(huì)舉行的一次國際性的物理教育研討會(huì)上一篇題為“Beyond 2000：Science education for the future：A report with ten recommendations”的報(bào)告，針對(duì)為5歲至16歲的學(xué)生設(shè)置的科學(xué)課程提出了10條推薦性意見，其中第6條為：科學(xué)課程應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生對(duì)科學(xué)思想和科學(xué)方法進(jìn)行認(rèn)識(shí)，在科學(xué)歷史發(fā)展的過程中，人們正是利用這些思想和方法獲得關(guān)于自然世界的知識(shí).

上世紀(jì)90年代日本初中物理教育目標(biāo)中的方法目標(biāo)為：在有關(guān)物質(zhì)和能量的事物和現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題，通過科學(xué)的考察過程，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)規(guī)律和說明自然現(xiàn)象的方法.

《美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)（草案）》明確指出，科學(xué)探究是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)中“最基本的、起支配作用的原則”，“學(xué)會(huì)用科學(xué)方法和原則做個(gè)人決策”，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)思維、方法和過程的體驗(yàn).

我國的物理課程標(biāo)準(zhǔn)中把“過程與方法”作為中學(xué)物理教學(xué)的三維目標(biāo)之一，通過物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)過程，了解物理學(xué)的研究方法、認(rèn)識(shí)物理實(shí)驗(yàn)、物理模型和數(shù)學(xué)工具在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用.［3－5］

從美國、日本和中國對(duì)物理科學(xué)方法教育的要求中不難發(fā)現(xiàn)，在各國教育中，科學(xué)方法的教育得到了明顯的重視，將物理科學(xué)方法作為學(xué)生認(rèn)識(shí)、發(fā)現(xiàn)、解決問題的一種手段.從某種意義上講，掌握科學(xué)方法或科學(xué)思想比知識(shí)的學(xué)習(xí)更為重要.

3 教材中物理科學(xué)方法的呈現(xiàn)方式

教材是學(xué)生學(xué)習(xí)的主要輔助材料，教材中科學(xué)方法的編排對(duì)于科學(xué)方法的教育也起著至關(guān)重要的作用，不同國家教材中科學(xué)方法教育的呈現(xiàn)方式也存在差異.

美國物理教材《科學(xué)發(fā)現(xiàn)者》主要采用了隱性的方式呈現(xiàn)科學(xué)方法.知識(shí)目標(biāo)的安排較為籠統(tǒng)，只編寫了簡(jiǎn)單的內(nèi)容提要和學(xué)習(xí)意義，沒有指出每章必須掌握的知識(shí)點(diǎn)或者科學(xué)方法.除了第1章專門設(shè)置了“科學(xué)方法”板塊，著重強(qiáng)調(diào)了什么是科學(xué)方法，列舉了觀察、假設(shè)等科學(xué)方法之外，該教材的其他章節(jié)中，物理科學(xué)方法均沒有直接提出或者以知識(shí)點(diǎn)的形式出現(xiàn)，而是以隱性的方式存在.例如，在第2章第1節(jié)運(yùn)動(dòng)的描繪中，提出了質(zhì)點(diǎn)模型這一概念，把忽略物體的大小和體積而把物體看做一個(gè)點(diǎn)的方法稱為質(zhì)點(diǎn)模型，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行舉例說明，但并沒有指出它是一種科學(xué)方法，也沒對(duì)其相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)展介紹.由此判斷，這種編排的目的就在于將物理科學(xué)方法以隱性的方式呈現(xiàn)出來，讓學(xué)生在不知不覺中掌握解決問題的方法，提高解決問題的能力，而每一個(gè)章節(jié)中都涉及多種不同的科學(xué)方法，這也充分表明該教材更加注重學(xué)生的科學(xué)思維.

我國的物理教材中，每個(gè)章節(jié)在教學(xué)目標(biāo)中對(duì)物理基本知識(shí)方面的目標(biāo)表述都很明確，但是在過程與方法方面卻過于籠統(tǒng)和含蓄，甚至就沒有真正涉及到.在教材的編排上，采取信息提示、信息瀏覽或基于物理學(xué)史開展物理科學(xué)方法教育等形式，這些形式存在的弊端就是往往不能引起師生足夠的注意，導(dǎo)致對(duì)于其中的內(nèi)容只是簡(jiǎn)單閱讀了解，并未進(jìn)行深入思考和挖掘.

美國教材中的物理科學(xué)方法或科學(xué)思想是采取潛移默化的方法，而我國的教材中針對(duì)物理科學(xué)方法的教育更多的使用顯隱結(jié)合，但兩個(gè)版本的教材中均沒有對(duì)物理科學(xué)方法形成專題.

物理科學(xué)方法，是學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)，了解物理過程，解決物理問題的一個(gè)重要手段，在教材中通過專題的形式展示出來，既能引起師生的重視，又能加深學(xué)生在學(xué)習(xí)中對(duì)科學(xué)方法的注意和應(yīng)用.

4 物理科學(xué)方法教學(xué)的內(nèi)容載體選擇

中外物理教師在進(jìn)行科學(xué)方法教育的載體選擇時(shí)也有所不同，我們通過2個(gè)案例來進(jìn)行比較分析.

案例1.一位新西蘭科學(xué)教師Azra在中國為某高師課程與教學(xué)論（化學(xué)、物理）研究生演示了關(guān)于“哪種炸薯片含有的熱量更多”的一個(gè)教學(xué)片段.教師給出兩種不同品牌的炸薯片，要求學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)判斷它們中哪一種含有的熱量更多？在討論各種可能的方案后，演示了其中的一個(gè)方案：用回形針將薯片固定在軟木塞上，點(diǎn)燃薯片，用薯片燃燒產(chǎn)生的熱量加熱盛有50ml水的大試管，根據(jù)試管中水溫上升的多少比較薯片含有的熱量.觀看之后，學(xué)生們認(rèn)為此實(shí)驗(yàn)的不合理之處有很多：① 兩薯片的厚薄、大小可能不同.② 兩薯片的質(zhì)量可能不同.③ 兩薯片燃燒的完全程度可能不同.④ 加熱水時(shí)熱量的散失多少可能不同（火苗的穩(wěn)定性不一樣）等等.Azra肯定了聽眾的質(zhì)疑，并自然地過渡到下一個(gè)問題：“在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們需要保持哪些量不變？”以及更進(jìn)一步問到：“如果全班分成若干個(gè)小組，每個(gè)小組都做上述實(shí)驗(yàn)，還可得出不同的結(jié)果，怎樣看待這種不同，它為什么會(huì)產(chǎn)生？應(yīng)該如何處理？”［6］

案例2.這是某中學(xué)物理教師講授“大氣壓強(qiáng)”的一個(gè)教學(xué)片段，教師首先演示了如圖1所示的噴泉實(shí)驗(yàn)，向長(zhǎng)頸漏斗中注水，在另一端便出現(xiàn)了“噴泉”，之后鼓勵(lì)學(xué)生們想辦法，怎么做出噴泉實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們?cè)谶M(jìn)行小組討論之后，有的學(xué)生說可以用酒精燈對(duì)右邊的燒瓶加熱，可以用化學(xué)中的氨氣溶于水的原理來做，在沒有收到意想的回答后，教師便進(jìn)入對(duì)噴泉實(shí)驗(yàn)的過程以及原理進(jìn)行講解.

圖1

案例1中，新西蘭教師選擇的載體是與生活密切相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，她更注意科學(xué)過程和方法的引導(dǎo)，且對(duì)所討論的內(nèi)容在原理上作了適當(dāng)?shù)慕铺幚砗秃?jiǎn)化，也可以說運(yùn)用我們物理科學(xué)方法中的理想化方法，用源于生活的簡(jiǎn)單方法，實(shí)現(xiàn)枯燥內(nèi)容的教學(xué)，更容易引起學(xué)生的思考和關(guān)注.案例2中，中國教師選擇的教學(xué)內(nèi)容是重點(diǎn)學(xué)科知識(shí)，邏輯推理嚴(yán)密，但在生活中不常見，有點(diǎn)像實(shí)驗(yàn)室中的智力游戲，在沒有對(duì)學(xué)生的回答做出評(píng)價(jià)與解釋的前提下，就進(jìn)入本節(jié)課的教學(xué)，雖節(jié)省時(shí)間，但容易造成學(xué)生注意力不集中，仍停留在之前的答案上，同時(shí)，也可能導(dǎo)致學(xué)生對(duì)此失去興趣.這種差異在中外科學(xué)教育教學(xué)中普遍存在.結(jié)合生活中的相關(guān)問題，是常見的國外教學(xué)設(shè)計(jì)的載體，而我國教師則更注重教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)的突破.中外科學(xué)方法教育教學(xué)在內(nèi)容載體選擇上明顯不同，教學(xué)內(nèi)容要選擇適當(dāng)?shù)妮o助材料和方法作為載體，有些教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和傳授需要特殊的教學(xué)載體，在實(shí)施科學(xué)方法教育中，我們應(yīng)該根據(jù)具體的問題選擇恰當(dāng)?shù)妮d體，突顯出本節(jié)課的教學(xué)重心，而新穎、復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)不一定就是好的實(shí)施載體.

5 物理科學(xué)方法教學(xué)的方法選擇

歸納和演繹是物理科學(xué)方法教育的主要方法.而中外在物理科學(xué)方法教育當(dāng)中，對(duì)兩者的傾向各不相同.

美國科學(xué)教師注重演示和動(dòng)手操作，傾向于在科學(xué)教學(xué)中使用歸納推理方法.一般選擇指導(dǎo)學(xué)生從觀察生活現(xiàn)象開始，逐步進(jìn)入概念和理論研究.在教學(xué)過程中，選擇日常生活中的簡(jiǎn)單示例，促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考，參與實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行真正的課題研究.通常由教師提供不同的設(shè)計(jì)題目給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)自己的興趣和知識(shí)背景選擇課題.然后，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行整個(gè)研究項(xiàng)目—查閱文獻(xiàn)、進(jìn)行調(diào)查、收集資料、檢驗(yàn)假設(shè)、撰寫并提出研究報(bào)告.通過這種教學(xué)過程，學(xué)生更能熟練掌握科學(xué)方法，從而進(jìn)一步形成科學(xué)精神.［7］

中國教師更傾向于使用演繹推理法，首先由教師提出概念或理論，然后依托教材上的例題進(jìn)行闡述或論證，演示與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)常常容易被忽視.中國學(xué)生在課堂上一般是聽教師對(duì)基本概念、基本問題的講解，然后通過習(xí)題鞏固，當(dāng)對(duì)基本概念理解清楚或?qū)A(chǔ)知識(shí)熟練掌握之后，在教師指導(dǎo)下循序擴(kuò)充到特殊事物的規(guī)律上.這種教學(xué)模式被我們錯(cuò)誤的理解為演繹科學(xué)方法的應(yīng)用，學(xué)生在這樣的模式下，學(xué)習(xí)目標(biāo)僅限于對(duì)知識(shí)的記憶，根本沒有意識(shí)到對(duì)科學(xué)方法的掌握.

6 小結(jié)

本文分別從科學(xué)方法在教育目標(biāo)、教材呈現(xiàn)方式、教學(xué)內(nèi)容的載體和教學(xué)方法的選擇4個(gè)方面探討了中外物理科學(xué)方法教育的差異，針對(duì)上述比較分析，我們提出以下幾點(diǎn)建議.

（1）在物理課程標(biāo)準(zhǔn)的三維目標(biāo)中，我們對(duì)“過程與方法”重視的同時(shí)，也應(yīng)該加強(qiáng)在“情感態(tài)度和價(jià)值觀”目標(biāo)中進(jìn)行物理科學(xué)方法教育的開展.

（2）物理教材中物理科學(xué)方法的呈現(xiàn)，是物理科學(xué)方法教育的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，無論是顯性直觀的呈現(xiàn)，抑或隱性的呈現(xiàn)方法，單一的呈現(xiàn)手段都不是最有效的方法，通過顯隱結(jié)合呈現(xiàn)物理科學(xué)方法，可以提高教師教授，學(xué)生學(xué)習(xí)物理科學(xué)方法的效率.

（3）在教材中增加關(guān)于物理科學(xué)方法的專題，通過這樣的環(huán)節(jié)，引起師生的關(guān)注，同時(shí)，也可以提高學(xué)生對(duì)物理科學(xué)方法學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性.

（4）作為新課改下的物理教育工作者，在課堂教學(xué)當(dāng)中應(yīng)該改變傳統(tǒng)的重難點(diǎn)突破是關(guān)鍵的思想，但這不意味著忽略知識(shí)的掌握和邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)，而是在選擇教育載體的時(shí)候，可以根據(jù)教學(xué)目標(biāo)做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，這樣更能突出一節(jié)課的重點(diǎn)，有利于提高學(xué)生對(duì)科學(xué)方法的重視.

（5）在教師教學(xué)中，基于物理科學(xué)方法的問題解決手段應(yīng)該是多角度、多方法的，應(yīng)該克服傳統(tǒng)教學(xué)中的思維定式帶來的負(fù)面影響，對(duì)于一個(gè)問題的解決選擇不同的物理科學(xué)方法，能夠讓學(xué)生充分了解、掌握和應(yīng)用多種科學(xué)方法，同時(shí)也能提高學(xué)生對(duì)物理科學(xué)方法的學(xué)習(xí)興趣.

物理科學(xué)方法教育在中學(xué)物理教學(xué)中越來越重要，教師應(yīng)該深刻地意識(shí)到，掌握物理科學(xué)方法對(duì)于學(xué)生物理學(xué)習(xí)的意義.通過融合國內(nèi)外教育方法和手段來實(shí)施中學(xué)物理科學(xué)方法的教育，不斷地探索更新更有效的方法，更好地推進(jìn)我國的物理科學(xué)方法教育.

1 張憲魁.物理科學(xué)方法教育.青島：海洋大學(xué)出版社，2000.13，25

2 李正福，李春密，邢紅軍.從隱性到顯性：物理科學(xué)方法教育方式的重要性.課程·教材·教法，2010（12）.

3 Robin Millar、Jonathan Osborne，Beyond 2000：Science education for the future（A report with ten recommendations）［R］，Robin Millarand Jonathan Osborne 1998（20）.

4 陳連松.從比較的觀點(diǎn)看中國與日本的初中物理教育.遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1998（1）：40

5 母小勇，李代志.美國《科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)（草案）》對(duì)我國科學(xué)教育改革的啟示.學(xué)科教育，1999（11）：45

6 馬宏佳，周志華.中外科學(xué)教育教學(xué)策略比較.課程·教材·教法，2005（1）.

7 中美中學(xué) 物理教學(xué)比 較，http：／／blog.163.com／sdyuyou＠126／blog／static／19433978200702710321113／.2007，1.