例談科學(xué)思維方法在物理教學(xué)中應(yīng)用

摘要：科學(xué)思維，是形成并運(yùn)用于科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)、對(duì)感性認(rèn)識(shí)材料進(jìn)行加工處理的方式與途徑的理論體系；是真理在認(rèn)識(shí)的統(tǒng)一過程中，對(duì)各種科學(xué)的思維方法的有機(jī)整合，是人類實(shí)踐活動(dòng)的產(chǎn)物。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維；物理教學(xué)；核心素養(yǎng)

一、 物理核心素養(yǎng)與科學(xué)思維

物理學(xué)科核心素養(yǎng)，是指學(xué)生在經(jīng)過物理學(xué)習(xí)之后，具有的有利于自己進(jìn)一步發(fā)展的素質(zhì)和能力，同時(shí)這種素質(zhì)也符合社會(huì)發(fā)展的需要。這些在物理學(xué)習(xí)中獲得的素養(yǎng)，它們帶有鮮明的物理學(xué)科的特質(zhì)。

科學(xué)思維，形成于人類對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)過程中，主要體現(xiàn)在科學(xué)家們探索自然規(guī)律時(shí)經(jīng)常使用的非常有效的思維方法，同時(shí)具有了理論化和體系化的特點(diǎn)。對(duì)于指導(dǎo)人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)世界和改造世界具有指導(dǎo)作用。

科學(xué)思維被大家公認(rèn)為是物理核心素養(yǎng)的重要因素之一。

二、 科學(xué)思維方法在物理學(xué)中應(yīng)用事例

科學(xué)思維基本方法有很多，常用的基本方法有：分析與綜合，比較與分類，抽象與概括，歸納與演繹，類比推理，等效替代等。本文受到篇幅所限，僅通過中學(xué)物理教材中涉及的科學(xué)思維方法非常典型的一些事例來說明。

（一） 分析與綜合

分析與綜合是科學(xué)思維中的基本方法。分析法一般是把研究對(duì)象的整體分解成多個(gè)部分來研究，或者是把研究問題的一個(gè)完整過程分解成多個(gè)小的分過程來研究。在研究了部分和小的分過程的基礎(chǔ)上，再認(rèn)識(shí)整體的特征。綜合法就是把隔離出來的小的研究對(duì)象和分解開來的分過程逐一進(jìn)行研究，最后再?gòu)恼w上進(jìn)行把握。而綜合法一般都是跟分析法相伴而生，結(jié)伴而行的。分析法關(guān)注部分，整體著眼全局。

1. 分析法在物理教學(xué)中運(yùn)用

力學(xué)中在選取研究對(duì)象進(jìn)行受力分析時(shí)，常常對(duì)多個(gè)物體進(jìn)行隔離處理，這就是典型的運(yùn)用了分析法的思維方法。

在物理過程的研究中，也常常使用分析的思維方法。物理學(xué)上通過閃光照片等實(shí)驗(yàn)手段，把平拋運(yùn)動(dòng)的曲線運(yùn)動(dòng)，分解到水平方向和豎直方向上來研究，最后得出平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，就是典型的對(duì)物理過程采取的分析法。

2. 綜合法在物理教學(xué)中的運(yùn)用

萬有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)三定律就是牛頓在大量的實(shí)驗(yàn)和前人研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用綜合法取得成就。

物體參加兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)究竟是什么運(yùn)動(dòng)呢？在這個(gè)問題的研究時(shí)，綜合法得到了充分的彰顯。

3. 分析法與綜合法的交錯(cuò)運(yùn)用

熱學(xué)中理想氣體狀態(tài)方程的教材呈現(xiàn)是這樣的，在控制變量的前提下，運(yùn)用分析法先后通過實(shí)驗(yàn)得出了玻意耳定律、查理定律和蓋呂薩克定律三個(gè)定律，在此分析的基礎(chǔ)上，又使用綜合法，通過概括推理推導(dǎo)出理想氣體的狀態(tài)方程。這是典型的分析與綜合法的成功案例。

（二） 抽象與概括

抽象與概括是揭示物質(zhì)本質(zhì)的常用科學(xué)思維方法。通過對(duì)事物大量的外在表象分析，從中找出物質(zhì)共性的做法，叫做抽象法，抽象法實(shí)現(xiàn)從個(gè)性到共性的提升；概括卻正好相反，它是從大量事物的共有的本質(zhì)特征，推及某類事物一定具有的共同屬性和本質(zhì)特征。

物理學(xué)中理想模型的建立（例如質(zhì)點(diǎn)和點(diǎn)電荷概念的建立）、理想過程的形成（自由落體運(yùn)動(dòng)和勻速直線運(yùn)動(dòng)等）、理想實(shí)驗(yàn)（例如伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)）的思維方法都充分地體現(xiàn)出抽象和概括思維方法的魅力。

（三） 歸納與演繹

歸納法是從個(gè)別或特殊的事物概括出共同本質(zhì)或一般原理的邏輯思維方法，它是從個(gè)別到一般的推理。其目的在于透過現(xiàn)象認(rèn)識(shí)本質(zhì)，通過特殊揭示一般。所謂演繹法，就是根據(jù)一類事物共有的屬性、關(guān)系、本質(zhì)來推斷該事物中個(gè)別事物也具有此屬性、關(guān)系和本質(zhì)的思維方法和推理形式。

開普勒通過對(duì)太陽(yáng)系六大行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的完全歸納，得出開普勒三定律。這是人類在天體運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)歷史上使用歸納法的成功案例。

電磁感應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生條件是法拉第通過十年的大量的物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的積累，并使用了歸納的科學(xué)思維方法得到的。這是電磁學(xué)歷史上的一個(gè)里程碑式的發(fā)現(xiàn)。高中物理教材中的楞次定律的得出也是歸納法使用的一個(gè)經(jīng)典事例。

演繹推理是物理學(xué)理論體系的主要構(gòu)成方式。例如力學(xué)理論，就是以牛頓三定律、動(dòng)量守恒定律、功能關(guān)系等規(guī)律為前提，運(yùn)用演繹推理導(dǎo)出來的。

演繹推理可以做出科學(xué)預(yù)見。例如麥克斯韋建立了電磁場(chǎng)方程后，預(yù)言了電磁波的存在。泊松亮斑是非常典型而又有趣的科學(xué)預(yù)見。泊松亮斑是光的波動(dòng)說的反對(duì)者泊松利用了他不贊成的光的波動(dòng)理論推導(dǎo)出來的。這個(gè)亮斑在泊松推導(dǎo)出來之前，從來沒有被人們觀察到，所以泊松就認(rèn)為光的波動(dòng)理論是錯(cuò)誤的。有趣的是，按照泊松計(jì)算的位置，科學(xué)家們改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)方案，竟然看到了亮斑。這個(gè)實(shí)驗(yàn)有力的支持了光的波動(dòng)說。

（四） 等效替代

等效替代法是中學(xué)物理中經(jīng)常使用的科學(xué)思維方法。它重點(diǎn)在于兩個(gè)研究對(duì)象或者研究過程在最后的物理效果上具有完全相互替代性。這種方法使用時(shí)，往往是用簡(jiǎn)單的易于研究的問題來替代復(fù)雜的和難以研究的問題。

等效替代法在中學(xué)物理中處處可見。等效電阻、黑箱問題、合力與分力的等效性，還有初中教材平面鏡成像實(shí)驗(yàn)中，用蠟燭去尋找點(diǎn)燃蠟燭的像的方法，都是等效替代法。

三、 科學(xué)思維和物理核心素養(yǎng)的關(guān)系

核心素養(yǎng)含有三個(gè)方面，六大素養(yǎng)，十八個(gè)基本要點(diǎn)。科學(xué)思維屬于核心素養(yǎng)中文化基礎(chǔ)方面的科學(xué)精神范疇。科學(xué)思維對(duì)其他核心素養(yǎng)要點(diǎn)產(chǎn)生積極的推動(dòng)影響作用。只有擁有科學(xué)思維素養(yǎng)的人，才可能成為全面發(fā)展的人。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王永菊.淺談初中物理教學(xué)中的科學(xué)方法教育[J].文理導(dǎo)航（中旬），2013（9）.

[2] 黃秀梅.從教材到物理教學(xué)的幾點(diǎn)思考[J].中學(xué)生數(shù)理化（學(xué)研版），2013（8）.

作者簡(jiǎn)介：陳立其，江蘇省南京市，南京市金陵中學(xué)。