初中物理教學中科學方法顯性教育方式的探索

王宇航

(北京市育英學校 北京 100036)

王志茜

(北京市西城外國語學校 北京 100044)

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初中物理教學中科學方法顯性教育方式的探索

王宇航

(北京市育英學校 北京 100036)

王志茜

(北京市西城外國語學校 北京 100044)

在教學實踐之中，我們發現，科學方法顯性教育方式竟然轉化為“貼標簽”式的知識記憶．這樣的做法不僅會失去科學方法顯性教育方式的意義，更會讓教學實踐走入誤區.針對這樣的教學現狀，我們提出8種科學方法顯性教育的方式，即：實驗探究重演科學方法、問題導引聚焦科學方法、教材閱讀感受科學方法、習題反饋感悟科學方法、知識應用體會科學方法、合作解難理解科學方法、教師展示明確科學方法、創設情境遷移科學方法，并且在每一種方式后面都給出具體案例以作說明．

物理教學 科學方法 顯性教育方式 方式

1 科學方法顯性教育方式的現狀分析

《義務教育物理課程標準(2011年版)》明確提出，通過義務教育物理課程的學習，學生主要在以下3個方面得到發展[1]：知識與技能；過程與方法；情感態度與價值觀．關于過程與方法，又有如下論述[1]：“通過學習物理知識，提高分析問題與解決問題的能力，養成自學能力，學習物理學家在科學探索中的研究方法，并能在解決問題中嘗試應用科學研究方法”．

關于科學方法的教育方式問題，文獻[2]從理論上對顯性教育方式問題作了論述，從而得出結論：物理科學方法教育應該采用顯性教育方式！

但在教學實踐之中，我們卻發現，科學方法顯性教育方式竟然轉化為“貼標簽”式的知識記憶．以控制變量法為例，文獻[3]認為“所謂單因子實驗方法就是在決定事物規律的多個因素中，先固定一些因素不變，只改變其中的一個因素進行實驗，如此多次反復，然后再綜合出多個因素之間的關系．此法也叫做控制變量實驗法”． 在常規教學中，不少學生記住了這個名稱，但并沒有認識到控制變量法的實質是用實驗過程的公正和公平來保證實驗結果的可靠．我們還看到，有些考試題里面出現了“等效替代法”與“轉換法”的區別選擇，但師生們卻在糾結于這兩種方法的字面含義與情景的關聯．

這樣的教學現狀促使我們思考：在教學實踐之中，我們對科學方法顯性教育方式的理解是不是太表面化和淺層化了？如果我們把科學方法顯性教育方式僅僅理解為讓學生知道一些科學方法的名稱而忽視了方法本身的內涵，我們就會失去科學方法顯性教育方式的意義，更會讓我們的教學實踐走入誤區！

2 科學方法顯性教育方式的深入認識

文獻[4]選取“熱傳導”、“自由落體運動”、“熵”以及“慣性”等4個物理學概念，比較了中學生學習這4個物理學概念的過程與此4個物理學概念形成的歷史過程的相似度或關聯度，他的研究證明：中學生與物理學家共同體的4個概念形成過程有著驚人的類似，達到84%以上的相似度．文獻[5]以能量守恒定律為例，梳理了定律的建立過程， 然后進一步考察中學生學習該定律過程中的困難，他們發現：學生的認知歷程與科學發展的實際有著非常大的相似性．這些研究啟發我們，能否在教學實踐之中關注科學概念的起源和發展，進而創設條件使學生經歷類似物理學家在科學探索中的過程呢？在這樣的過程中，學生們一定能深刻體會物理學家的研究方法．

文獻[6]在總結大量事實基礎上，發現了物理學方法存在的3種基本形式：

(1)對于同一事務來說，沿著縱向或橫向發展過程中的轉折過渡處一定存在著方法；

(2)不同事務之間(包括人與事務之間)建立聯系或者發生關系時，一定存在方法；

(3)當理論應用于實踐，用來解決實際問題時，理論本身就具有了方法的意義．

該文獻的研究啟發我們，科學方法顯性教育方式不應該是那種“貼標簽式” 的名稱教育，而應該是貫穿學生學習物理知識的始終，與科學知識的建構同步建立起來．

3 科學方法顯性教育方式的實踐

怎樣實現科學方法顯性教育呢？從教學實踐來看，我們首先更要高度重視物理實驗教學．

(1)物理實驗本身就是有目的、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，從而進行觀測，并獲取資料的一種科學研究方法；

(2)許多科學方法也是在物理實驗中形成的，如控制變量法、圖像法、歸納法等；

(3)在實驗教學中，通過讓學生經歷觀察、思考、合理測量、處理數據、分析與論證等過程，切身體會實驗科學的研究過程和研究方法[7]．再者，分析學生的學習過程，探索學生獲取知識過程之中的科學方法因素；其次，深入挖掘教學內容之中的科學方法因素，創設情境和條件使學生感悟科學方法的過程與知識學習的過程統一起來．

在教學實踐之中，我們探索出如下8種科學方法顯性教育的方式，以供借鑒.

3.1 實驗探究——重演科學方法

課堂教學之中的實驗與科學家的實驗有許多共同之處．但我們注意到，實驗教學之中的很多儀器都是配套器材．這些配套器材給教學帶來快捷和方便的同時也帶來了一些弊端．其中最大的弊端就是給學生們明確完整展示了使用的器材，所以實際教學的時候學生們在實驗之中往往把自己的注意力集中在學習新器材的使用而忽視了解決問題的思維過程．在這樣的背景下，很多具有探究性質的實驗就變成了驗證性質的實驗．怎樣讓學生在實驗探究過程之中重現科學家研究過程的科學方法呢？

以“探究凸透鏡成像規律”的教學實踐為例．在改進的教學實踐之中[8]，我們淡化了光具座的作用，借助人類科學發展早期所采用的視差法，使學生們經歷了一個完整的科學探究過程．在這樣的科學探究過程之中，學生們重演了科學家們的解決問題的研究過程，在獲得知識的同時，他們自然領略到了科學方法的巨大魅力．

3.2 問題導引——聚焦科學方法

亞里士多德說：“不論現在，還是最初，人都是由于好奇而開始哲學思考．開始是對身邊所不懂的東西感到好奇，繼而逐步前進，而對更重大的事情發生疑問，例如關于月相的變化，關于太陽和星辰的變化，以及關于萬物的生成．”讓科學家感到好奇的一定是隱藏在現象背后的問題．對學生來說，學習過程之中亦有這樣的問題．借助這樣的問題，可以導引學生進行深入思考，在思考和解決問題的過程之中，聚焦于科學方法．

以“牛頓第一定律”的教學實踐為例． 在課堂學習伊始，我們首先給學生們展示了《物理學的進化》一書之中的一段話[9]，然后展現以下幾個問題：

(1)在觀察現象基礎上，人類對現象的直覺解釋也很重要．直覺是人類認識自然的一種方法，但人的直覺一定正確嗎？

(2)你贊同還是反對亞里士多德的觀點？請說出你的理由．

(3)請你利用身邊物品設計實驗證明： 亞里士多德的觀點是錯誤的．

(4)亞里士多德的這個錯誤能讓你否定他對人類科學的貢獻嗎？借助這些問題導引，學生們初步感悟了人類科學發展的過程，他們解決問題的過程也是聚焦科學方法的過程．

3.3 教材閱讀——感受科學方法

物理教材是學生進行物理學習的重要載體，我們認為物理教材是物理課程標準的具體展現，也是學生學習的重要依據．在新課程標準理念之下，物理教材普遍采用提出問題—觀察實驗—分析總結—應用練習—拓展閱讀的編寫模式．這種模式本身就蘊含著科學方法的因素．

以“液體內部的壓強”教學實踐為例．不同版本的教材都涉及以下內容：液體壓強的存在、液體壓強的特點、液體壓強的計算、液體壓強的應用．分析這些知識的內在邏輯聯系，可以看到這樣的編寫體系體現了人的認知過程：對生活之中現象的觀察和提出問題、借助微小壓強計初步定量研究液體壓強特點、建構模型定量研究液體壓強、結合實際應用液體壓強．充分挖掘教材本身蘊含的科學方法因素，讓學生們深入閱讀物理教材，他們必能感受到科學方法的巨大魅力，同時學生們也學會了科學閱讀．

3.4 習題反饋——感悟科學方法

物理習題是幫助學生鞏固概念、理解規律的必要環節，也是培養學生靈活自主解決物理問題的主要途徑，在學生解決習題的過程中，學生也能感悟科學方法．

從學生解題的過程來看，學生剛學完物理概念、公式和規律時，對概念的內涵和外延還沒有全面的理解，對公式還不能熟練應用，對物理規律所表達的豐富內容和適用條件還沒有深刻的體會．物理習題正是為學生提供一個具體的物理情境，創設一個個需要概念、公式和運用物理規律才能解決的情境．學生在解答物理習題的過程中，經歷從抽象的概念、規律到具體的物理習題的思考過程．

3.5 知識應用——體會科學方法

在初中階段，很多習題往往是借助公式代入數字的運算過程．對學生來說，這樣類型的習題缺乏思維深度和廣度，所以他們很難體會科學方法．怎樣創設更廣闊的背景來應用知識體會科學方法呢？文獻[10]提出的原始問題教學給了我們很大啟發．

以“比熱容”的教學實踐為例．在學生學習完相關知識內容之后，我們給學生提出如下問題[11]：請估算人一天“最少”吃多少飯．為了解決這樣一個原始問題，學生們深入思考、熱烈討論，提出了很多想法．在這樣的研討過程之中，他們不僅加深了對相關生物和物理知識的理解，更是在不斷體會科學方法．

3.6 合作解難——理解科學方法

隨著新課程改革的推進，教育工作者越發認識到來自學生們之間的同伴合作對學生發展的重要性．對初中生來說，他們往往有較強的合作欲望、樂于與同伴進行交往互動，更樂意與同學們進行合作．在合作過程中，他們會掌握科學知識理解科學方法．

以“功”的教學實踐為例．筆者提出問題[12]：早期的科學家為什么用F和s的乘積來計算功的大?。吭谟懻撝校瑢W生們意識到： F和s是衡量蒸汽機干活多少的因素，它們之間的組合關系就決定了功的計算方法；無論從物理量的單位來看，還是從實際效果來看，F和s的乘積確實解決了當時人們面臨的問題，而且還可以進行定量比較．

3.7 教師展示——明確科學方法

在新課程標準理念指導下，教師的角色已經從傳道、授業、解惑者轉變為學生學習的組織者、合作者和促進者．教師的教學行為也要相應地從講授行為轉變為展示行為和引導行為．在學生學習科學方法顯性教育方式的過程中，教師的展示行為就要讓學生明確相關科學方法的名稱、含義．

以“密度”的教學實踐為例．當學生們從實驗之中驚奇發現：對水來說，不同水的質量和體積比值竟然不變！教師適時指導學生繼續測量不同銅塊的質量和體積，學生們又驚奇發現：對銅塊來說，質量和體積比值也不變，但這個比值和水的不一樣．隨著學生們概念建構的過程，教師給學生們明確展示：這樣的方法是比值定義法，

3.8 創設情境——遷移科學方法

現代學習科學認為[13]：所有的新學習包含了先前學習的遷移，這對設計促進學生學習的教學有著重要的意義．基于這樣的認識，我們堅信在科學方法顯性教育方式的過程中，科學方法也可以遷移．

以“比熱容”的教學實踐為例．在建構比熱容概念的過程之中，借助實驗學生們認識到對同一種物質來說，吸收熱量的多少與物體的質量和溫度變化的多少都有關系．但這3個物理量之間究竟是什么定量關系呢？囿于學生已有的知識水平，他們不好理解3個物理量之間的這種比值關系．借助于關于密度的比值定義法和功的多因子乘積法，教師引導同學們逐漸遷移到以下3個步驟來理解三者關系：

(1)對同一種物質來說，在質量一定的時候，吸收熱量多少和溫度變化的定量關系；

(2)對同一種物質來說，在溫度變化一定的時候，吸收熱量多少和質量的定量關系；

(3)對同一種物質來說，在吸收熱量一定的時候，質量和溫度變化的定量關系．

4 對科學方法顯性教育方式的實踐反思

在近兩年的教學中，我們一直嘗試實踐科學方法顯性教育方式的教學變革，我們也在探索怎樣讓學生們感悟科學方法的內涵而不是貼標簽式的知識記憶．

從教師層面來說，在這樣的過程之中，我們經歷了對科學方法迷茫、困惑和一知半解到認可、贊嘆、感悟和著迷的轉變；在這樣的過程中，我們也越發感受到物理學發展帶給人類的巨大力量；在這樣的過程中，我們也感受到做為物理教師的自豪；在這樣的過程中，我們也感覺到課堂教學品位的提升．

從對學生的訪談來看，學生們經歷了對現象的好奇、對知識的了解和對方法的贊嘆這樣一個漸進轉變的過程．在這樣的轉變過程中，學生們學習物理的興趣始終不減；他們對物理甚至科學的喜愛也日益強烈；他們的理性思維逐漸加強；他們對待各個學科的跨界和融合思維也更加明顯．

雖然我們和自己的學生們都認可科學方法顯性教育方式的實踐嘗試，但在教學實踐之中我們也有如下思考：

其一，現代科學技術的發展日新月異，只有緊跟著時代發展的脈絡來發展我們對科學方法的認識，我們才能領會與時俱進的科學方法；

其二，怎樣定量測量學生們學習科學方法顯性教育方式的教學效果？除了訪談之外，我們還沒有行之有效的檢測方法．

1 中華人民共和國教育部制定.義務教育物理課程標準(2011年版)，北京：北京師范大學出版社，2012.6～7

2 李正福，李春密，邢紅軍. 從隱性到顯性：物理科學方法教育方式的重要變革． 課程·教材·教法， 2010(12) ： 71～74

3 張憲魁 著. 物理科學方法教育.青島：中國海洋大學出版社，2015.121

4 母小勇，馬娜.學生與物理學家共同體概念形成過程的相似性．課程·教材·教法，2015(03)：73～78

5 高嵩，廖伯琴. 科學理論的歷史演進對科學教學的啟示——以能量守恒定律為例．物理教學，2015(04)：74～78

6 張憲魁，李曉林，陰瑞華.物理學方法論.杭州：浙江教育出版社，2007.11

7 閻金鐸，郭玉英.中學物理新課程教學概論.北京：北京師范大學出版社，2008.75～76

8 王宇航，王志茜.用視差法探究凸透鏡成像規律的教學設計與實踐．物理通報，2015(05)：67～70

9 艾·愛因斯坦，利·英費爾德，著.物理學的進化.周肇威譯.長沙：湖南教育出版社，2010.4

10 邢紅軍．原始問題教學：物理教育改革的新視域．課程·教材·教法，2007(05)：51～57

11 王春鳳,管靖．人吃飯過程的物理分析與估算．物理通報，2015(04)：95～97

12 王宇航,王志茜. 關于功的一種新的教學思路—— 從概念起源和科學方法的角度學習．物理通報，2015(01)：5～8

13 約翰·D·布蘭思特，等編著.人是如何學習的：大腦、心理、經驗及學校.程可拉，孫亞玲，王旭卿譯.上海：華東師范大學出版社，2013.48

*北京市“十二五”教育規劃重點課題“北京市義務教育階段基于證據的課堂教學改進研究”子課題階段性研究成果之一；課題編號：ABA14014.海淀區2015年度教育科學規劃課題“促進初中生閱讀物理教材的實踐研究” 研究成果之一;課題編號：HDGH2015150

王宇航(1979- )，男，碩士，中學一級,研究方向為中學物理教學．

王志茜(1981- )，女，碩士,中學一級,研究方向為中學物理教學．

2015-11-23)