科學方法教育的顯性化嘗試

周涵

【摘 要】科學方法是物理現象通達物理知識的必經之路，既不可或缺，也無法逾越，物理知識的應用是一個思維加工和信息處理的過程，問題的分析、知識的選擇及其使用也都離不開科學方法的參與。教師要有意識地公開進行科學方法教育，學生通過有意識地學習科學方法，達到理解知識、掌握方法和形成科學態度的目的。

【關鍵詞】科學方法；物理教育；顯性教育；知能結構

一、顯性教育是隱性教育的飛躍

科學方法教育有隱性和顯性兩種方式。隱性方式是指讓學生的認識過程模擬科學探究過程，但組織教學過程中又不明確揭示其所采用的科學方法。這種方式重在使學生以“潛移默化”的方式受到科學方法的熏陶，感受科學方法，體會到科學研究的方法和策略；而顯性教育，是指有意識地公開進行科學方法教育，學生通過有意識地學習科學方法，達到理解知識、掌握方法和形成科學態度的目的。在初中階段，科學方法隱性教育占重要地位，但在高中和大學階段，顯性教育就顯得比較重要，所以物理教學過程中，教師必須對典型的物理科學方法在恰當時機加以顯化，才能更好地達到教育之目的。

二、顯性教育的理論思路

物理學科的基本結構包括物理學的基本概念、原理、方法以及它們間的相互聯系。物理概念和規律是物理知識教學的基礎，其形成過程就是應用科學方法的過程，而科學方法作為物理認識活動的中介，是連接物理現象與物理知識的紐帶，只有通過科學方法的參與，物理概念和規律才有可能上升為知識形態。物理理論的應用同樣需要科學方法的參與。以科學方法為中心的物理學知能結構理論認為，以科學方法作為物理認識活動的中介， 可以展現出它們的相互關系，如圖1所示。圖中的箭頭表明不同部分之間的相互關系。

科學方法處于物理學知能結構圖的中心，分別與其他四個部分相連，發生著單向或雙向作用。不同部分之間也會發生聯系，但這種聯系須經由科學方法才可以實現。

三、顯性教育教學實踐

從物理教學實踐來看，科學方法教育主要體現在物理學知能結構的兩條路徑上。

（1）物理現象→科學方法→物理知識。

這一路徑反映了物理知識的獲得過程。楊振寧指出：“絕大部分物理學是從現象中來的，現象是物理學的根源。 ”然而，從物理現象出發并不能直接得到物理知識，人們必須經過科學方法的加工整理才能獲得物理知識。

科學方法支配著知識的演化和發展，是隱藏在知識背后的一只無形的手，物理教學不僅要按照科學方法的邏輯組織教學，還應該將這種邏輯顯現出來，使學生既能體會到邏輯的力量，又能掌握這種邏輯發生的條件和步驟。同時，科學方法具有知識加工、獲取和建構等功能，“應將方法視為比知識更重要的東西，視為知識的脈絡，按照科學方法所展示的路子，去織教材，安排教學進程”。進行科學方法教育需要與知識教學相結合。

物理實驗是研究物理學的基礎和基本方法。例如單就《實驗探究加速度與力、質量的關系》的基本程序：實驗原理如何設計，實驗具體需要如何操作，實驗數據如何處理，每一個過程都蘊含著豐富的科學方法教育因素。設計原理時需要運用控制變量法從而確定a跟F、M的定量關系；使用直接測量的方法還是用比較的方法來確定加速度；操作前，通過讓小車在運動軌道上勻速下滑，以平衡摩擦力來減少誤差，運用了等效替代與平衡的思想方法；當盤和砝碼所受的總質量m遠小于小車的質量M時，就可以讓它們的重力當作小車受到的合外力用到了近似的方法；運用圖象方法處理實驗數據時，可以使這圖線反映的物理規律更形象、更直觀；橫軸以l/M表示，這種將被測量量作某種更換，恰當選擇橫軸表示的物理量更科學和準確……牛頓第二定律的建立應用了實驗法、控制變量法、圖像法、化曲為直法以及比例系數法等科學方法，在教學中，還要教給學生形成規律的科學方法：提出問題、比較和分類、觀察實驗、歸納和演繹、得出物理規律……顯然，物理教學應該分析和擇取其中的科學方法教育因素、進行這些科學方法的顯性教育。

在物理知識教學中必須進行科學方法顯性教育，必須講清楚科學方法，才能使學生掌握科學方法。通過物理科學方法的教育還能讓學生體會科學精神的精髓，平時就養成認真嚴謹的態度，這樣的態度對學習和以后的工作有幫助。

（2）物理知識→科學方法→延伸和應用。

這一路徑反映了物理知識的應用過程。科學方法決定了知識的應用和發展，知識的應用和發展離不開科學方法，只有通過科學方法組織起來的知識才會形成清晰、嚴密和靈活的認知結構，才能不斷地接收和包容新的知識，人們也只有熟練地掌握科學方法，才能迅速準確地解決實際問題，進行創造性的活動。在某種情況下，知識本身也是具有科學方法的意義。

物理概念和規律的引伸和擴展也要運用一些科學方法，教師要將解決物理問題中使用的科學方法顯化出來，引導學生掌握這些方法。例如，由物體受一個力作用時物體的加速度與力、質量的關系擴展到幾個力作用時物體的加速度與力、質量的關系時，要運用等效方法加以過渡和連結，這個“等效替代”就是科學方法教育因素。

在物理習題教學中也可以很好的融合物理科學教育的培養。比如圖像法是用數學手段解決物理問題的方法，平時的教學中要選擇適當的習題提高學生識圖和作圖的能力，如圖像表示的是哪兩個物理量的關系，它們之間的變化規律是什么，圖像中的斜率、截距、圖像下所圍的陰影面積的意義、極點坐標和交點坐標的意義是否理解，圖像中還隱含了哪些物理變化規律……

科學方法的學習有助于促進物理知識的掌握，更好地促進學生的認識結構呈網絡化，有助于學生借助科學方法解決新的問題，促進遷移。明確了科學方法在物理學知能結構中的核心地位，物理教學中應該進行科學方法顯性教育，幫助學生學習和理解科學方法。