科學研究方法在物理教學中的實施途徑

潘多

物理學體系中每一個理論的建立及知識的獲得都是基于一系列的科學研究方法。新一輪的物理課程標準已經把科學方法教育作為教育目標之一。上世紀90年代初，我國召開了首屆物理科學方法教育研討會，總結了科學方法教育的現狀，肯定了在物理教學實踐中廣大物理教育工作者為培養出一批優秀的人才以及為科學方法教育理論和實踐探討所作出的突出貢獻。物理科學方法教育的地位逐漸提高?？茖W方法教育儼然成為教學的熱點話題，然而國內在科學方法教育上卻存在不少誤區。最突出的失誤便是：沒能夠正確全面地理解科學方法教育，教學過程一味注重對知識的傳授，盲目灌輸，純粹應付考試，并且教學內容過于系統化，學生缺乏自由發展的空間。

一、物理科學方法的概念

《蘇聯大百科全書》指出：科學是人類活動的一個范疇，它的職能是總結關于客觀世界的知識并使之系統化；科學是一種社會意識形式。在歷史發展中科學可轉化為社會生產力和重要的社會建制。從廣義上說，科學的直接目的是對客觀世界作理論表達。物理科學方法就是研究物理現象、描述物理現象、實施物理實驗、總結物理規律、檢驗物理規律時所應用的各種手段與方法。它是科學方法的一種。在嚴格的科學條件限制下，通過嚴密的觀察實驗（觀察與實驗方法）和嚴格的邏輯推理（科學的思維方法與數學方法等），去偽存真，去粗取精，由此及彼，由表及里，找到事物內各部分之間及事物與外部環境的相互關系和相互作用，確定由相互作用產生的結構、運動變化和因果關系，形成規律性知識。

二、物理學史中常用的科學方法

1.觀察方法

觀察法是最古老、最直接、最基本的科學方法，也是當今科學研究最常用的方法。從某種意義上說，沒有觀察就沒有科學研究。研究者根據一定的研究目的、研究提綱或觀察表，用自己的感官和輔助工具去直接觀察被研究對象，從而獲得資料的一種方法。自然研究中的觀察方法又稱為科學觀察?？茖W觀察的方法可分為：有意觀察法、長期觀察法、細微觀察法、歸納觀察法、對比觀察法。

2.歸納與演繹

（1）歸納法及其分類

歸納法是指從個別的具體事物的認識中抽象出一般性認識的推理方法和思維形式。它通過分析許多個別的事例或分論點，歸納出它們所共有的特性，從而得出一個一般性的結論。其本質在于由事實到概括、由感性到理性、由個性到共性、由個別到一般、由特殊到普遍的升華，也是從經驗事實到事物內在規律性的飛躍?；静襟E大體為：搜集材料、整理材料、抽象概括?；跉w納法的本質特征可以將歸納法分為枚舉歸納、消去歸納、漸進歸納、綜合歸納。

（2）演繹法及其主要形式

演繹法就是根據一類事物都有的屬性、關系和本質來推斷該類中個別事物也具有此屬性、關系和本質的推理方法和思維形式。其客觀基礎和歸納法相同，即事物的個性與共性的關系，一類事物的共性存在于該類中每一具體事物的個性之中，是個性必然包含的共同部分。與歸納法思維相反，演繹法是從一般到個別、從普通到特殊的推理過程。主要形式是由大前提、小前提和結論組成的三段論。

（3）歸納與演繹的關系

歸納與演繹都是科學認識的重要方法，它們只有相互配合才能揚長避短地發揮作用。歸納與演繹是對立統一的辯證關系。它們在思維中是兩種相反的推理方法，但其間又相互依存、相互滲透，在科學研究中的主次地位也可以相互轉化。演繹必須以歸納為基礎，歸納要以演繹為指導。在現代科學深入發展并需要系統說明自然界的形成與發展過程的今天，演繹與歸納是我們必須領會與掌握的科學方法。

3.理想化方法

理想化方法可以分為兩類：（1）理想化模型，包括：理想化條件、理想化對象、理想化過程三類。其中理想化對象是指人們以客觀事物為原型，通過科學抽象在思維中構想出來的一種高度抽象、簡化、純化的，用于代替客觀事物的理想客體。而理想化過程是指真實物理運動過程的理想化結果，如“杠桿”理想模型、磁感線等。（2）理想化實驗，它是以真實物理實驗為基礎，以邏輯法則為依據，通過大腦思維來展開實驗過程的理想實驗。它具有真實實驗的特點，但又不同于真實實驗。從本質上說，它是一種帶有濃郁物理學色彩的邏輯推理，是人們在思想中塑造的理想化抽象過程。物理學史上有很多重要觀點或結論的真偽，都是通過理想化實驗做出最終裁決的，如伽利略理想斜面實驗。

4.實驗方法

實驗就是人們根據科學研究目的，利用儀器設備，人為地控制模擬自然現象，排除干擾以突出主要因素，去觀察、研究自然規律的一種活動。在物理學領域內進行的實驗，叫物理實驗。物理學是一門以觀察、實驗為基礎的自然科學；物理學概念的形成、物理學規律的發現及物理學理論的建立，都是以嚴格的物理實驗為基礎，以實驗觀察結果以及生活生產實踐來檢驗其科學性的。在物理學產生和發展的進程中，物理實驗自始至終占有極其重要的地位。

實踐是檢驗真理的唯一標準，實驗是發現物理規律、建立物理理論的重要手段，伽利略的斜面實驗、胡克的彈簧實驗等都為經典力學提供了經驗事實，為發現新規律奠定了堅實的基礎。科學發現離不開實驗，高新技術的發展不斷推動物理實驗研究手段、方法、設備的發展，不斷改變著人類對物質世界的認識。

三、物理科學方法教育的實施途徑

針對教學中的問題，將物理科學方法教育的實施途徑確定為：在概念和規律的教學中進行科學方法教育；在實驗教學中進行科學方法教育；在物理學史的講授中進行科學方法教育。其中物理概念、規律和實驗教學是實施科學方法教育的基本途徑。

1.概念與規律相結合

物理概念的建立是一種創造性的腦力勞動，在概念的引入和定義中都滲透著方法論思想。在建立物理規律的過程中，需要有必要的物理知識作為基礎，物理規律的發現與總結也都蘊含了方法論思想。教學中，教師應充分利用和挖掘教材中的科學方法因素，抓住概念、規律與方法的結合點，通過概念的形成、規律的得出、模型的建立、知識的運用等，讓學生在獲取知識的同時掌握不同的科學方法。如密度、速度、壓強、功率等概念的引入都使用了比較法，它們的定義則采用了比值定義法。牛頓第一定律的建立則體現了理想實驗法，伽利略創立了這種方法，并利用這種方法否定了亞里士多德的錯誤觀點。

2.實驗滲透

物理實驗根據其在物理研究中的作用不同可分為探索性實驗、驗證性實驗、測量性實驗等。物理實驗的研究方法一般是提出命題—猜想—實驗驗證—分析數據—得出結論。實驗的過程是學習知識的過程，同時也是進行物理科學方法教育的有效途徑。實驗過程中蘊含著豐富的科學方法，如控制變量法、實驗法、觀察法、比較法、分類法、分析法、綜合法、推理法、歸納法、演繹法等。在實驗探究中學生通過親身實踐，領會科學家們研究問題的方式方法，并內化為自己的行為方式，養成用科學方法探求新知識、研究新問題的習慣和能力。實驗探究可激發學生探索科學的興趣，有助于培養學生獨立思考、勇于實踐、敢于創新的科學精神，使學生逐步形成科學的態度和價值觀。

3.物理學史的講授

物理學的發展史就是一部科學方法的發展史。從某種意義上來說，物理學科的構建與發展過程就是物理科學方法的產生或應用過程。在物理教學中引入物理學史，可使學生領略科學家的人格魅力和思維方式，從而激發學生探索真理的愿望，啟發學生掌握科學的研究方法。例如：歐姆應用水流和電流進行類比的方法總結出歐姆定律；卡文迪許通過類比和猜想，加之巧妙的實驗，得到了電荷間的作用力規律。這就是通過類比觸發靈感，從而喚起創造性思維，繼而取得舉世矚目的研究成果。我們可以將物理學史作為引入新知識的背景材料、作為相關資料、作為擴展性閱讀材料、作為例題與習題、作為科技活動素材等。

物理科學方法教育是一個長期的過程，也是一個不斷完善的過程。這其中滲透了幾代教育工作者的智慧和汗水。本文通過對物理科學方法教育的簡單介紹與實施建議為教學過程給出一些個人建議。然而筆者認為本文也不可避免地存在一些不足之處，文中并沒有對所有的科學方法做一個綜述性的介紹，而只是選取了幾種常用的方法作了簡要的介紹，另外也沒有通過課堂實例闡述科學方法教育的具體方法。希望這些不足在日后的工作學習中能逐步得到解決，將教育落到實處。