实施物理科学方法教育的策略谈

　　作者简介：1941年生。1962年大学毕业，一直从事中学、大学物理教学及教学研究工作，1992年晋升为教授。2003年12月退休前在济宁学院任教，长期担任物理系主任、教务处长。1982年南京大学物理系进修之后，开始了30多年的“物理学方法论”及“物理科学方法教育”的研究，并到中学进行实地试验，总结出版了《物理学方法论》《物理科学方法教育》《物理发现的艺术》等6本专著、合编著；主编出版了《中学物理教学法》《中学物理教学法电视系列教材》《物理科学方法教育视频教程》等十几本文字和电视教材；撰写了《模糊数学与物理学》等80多篇论文；主持过4项省部级教学科研项目，其中《物理科学方法教育的理论探讨与实践》课题于1998年通过了教育部组织的专家组鉴定，并获2项教育部颁发的优秀教育科研成果奖；连续三次获山东省高等学校优秀教学成果一、二等奖及科研成果奖；1997年被国务院批准享受政府特殊津贴。
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　　自2000年常驻北京，担任中国教育学会物理教学专业委员会常务副秘书长，并继续坚持教学研究，多次应聘去国内省市及北京师范大学、东北师范大学、首都师范大学、西南大学等几十所高校为本科生、研究生、国培班开设“物理科学方法教育”讲座、选修课，继续为教育事业发挥余热。2010年被教育部聘为首批国培专家。
　　摘要：本文从四个方面论述了进一步全面落实物理科学方法教育需要做的几项工作。
　　关键词：课程标准；科学方法教育内涵；实验教学；科学方法教育因素
　　中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）1（S）-0001-5
　　近期，笔者及相关研究人员就当前实施物理科学方法教育的状况，对几百位中学物理教师作了问卷调查。通过总结分析，笔者认为，为了进一步全面落实基础教育阶段的物理科学方法教育，推进创新人才的早期培养，还需要认真做好以下几项工作。
　　1.认真学习
　　1.1认真学习课程标准，明确认识实施物理科学方法教育是课程标准的基本要求之一
　　笔者认为，物理课程标准全方位、多角度、准确明晰地论述了科学方法，并且明确地提出了物理科学方法教育的基本要求。
　　例如，在课程性质中提出：“物理学不仅含有人类探索大自然的知识成果，而且含有探索者的科学思想、科学方法、科学态度和科学精神等。”
　　在教学目标中提出：“通过学习物理知识，提高分析问题与解决问题的能力，养成自学能力，学习物理学家在科学探索中的研究方法。并能在解决问题中尝试应用科学研究方法。”
　　在教学过程中，提出“学生不仅应学到物理知识，而且应学到科学方法，发展探究能力，逐步形成科学态度与科学精神等。”“要让学生学习基本的科学方法，并能将这些方法迁移到自己的生活之中，尝试利用科学方法来解决实际问题。”
　　在教学评价中提出要评价学生：“是否了解物理学的基本思想和方法，能否从不同的角度去独立思考问题。能否尝试利用科学方法来解决实际问题。”
　　总之，可以说。课程标准为我们进行物理科学方法教育指明了方向，并且提出了很高的标准要求。按此标准，笔者认为物理课堂教学必须全程关注物理科学方法教育并思考：①教学设计中是否确定了过程与方法的教学目标以及确定的目标是否合适恰当？而且注意此处的“方法”指的是物理学家的研究方法并非教学方法：②教学过程中是否能显性、准确、自然流畅地进行科学方法教育；③课堂教学总结时是否能同时关注知识与方法，让学生形成完整的知识结构。如果我们的课堂教学，还是只注意讲知识，而不谈科学方法，笔者认为那就是没有完成教学任务，起码不是一节好课。
　　1.2建议学习有关物理科学方法教育的论著，掌握科学方法论的基础知识
　　兴教应该先兴师，“居高声自远，非是藉秋风”（唐，虞世南：蝉），只有教师掌握了方法论的知识，居高临下，才能深入浅出，使学生受益。过去我们的高等师范教育大多没有专门开设科学方法论或科学方法教育的课程，因此建议一起再学习。
　　1.2.1建议学习以下二本纸质论著
　　《物理学方法论》（张宪魁、李晓林、阴瑞华主编，浙江教育出版社出版）与《物理科学方法教育》（张宪魁著，中国海洋大学出版社出版），可以说这是二本姊妹书。前者全面介绍了物理学方法论的理论，后者比较全面回答了物理科学方法教育的三个基本问题――为什么搞？搞什么？怎么搞？并结合中学物理教学的实际介绍了：物理科学方法教育概述；物理科学方法教育的基本内涵；物理科学方法的基本理论（基本概念，物理科学方法教育因素判定原理，物理科学方法理论体系等）；如何分析教学资源中的科学方法因素；物理实验教学中的科学方法教育；物理概念教学中的科学方法教育：物理规律教学中的科学方法教育；物理习题与应用教学中的科学方法教育：物理科学方法教育的目标；如何开展科学方法教育实验；物理科学方法教育的检测；物理科学方法教育的模式等十几个课题。
　　1.2.2建议观看学习《物理科学方法教育视频教程》
　　鉴于中学老师教学负担很重，为了让老师们更好地学习物理科学方法教育的基本理论。我们又编写了《物理科学方法教育视频教程》，由广东科技出版社出版。
　　该教程以科学的内容，历史的脉络，文学艺术的形式，信息技术的手段，呈现科学方法；应用视频、动画等灵活形象的形式，介绍比较枯燥的物理学常用的科学研究方法，以达到解读“物理科学方法教育”之目的。教程分为初中教师版和高中教师版，各分4册（图11，压缩成16G U盘。资料丰富，携带方便，实现翻页（图2），每页左侧是视频，可点击浏览播放，右侧是文本说明。
　　第1册介绍常用的物理科学方法。以视频动画的形式介绍了物理科学方法的基本概念：物理科学方法存在的基本形式：物理科学方法因素判断原理；物理科学方法分类与结构体系：并通过讲故事具体介绍了设疑提问，科学猜想，物理假说，观察，实验，分析与综合，归纳与演绎，理想化，类比，等效转换等11种物理科学方法，及其在中学物理教学中的应用实例。 　　第2册介绍课堂教学中物理科学方法的呈现。以具体的视频实例。解说了中学物理教师是如何在课堂教学中，通过实施实验，建立概念，总结规律，应用解题等显化地呈现等效转换，实验归纳，逻辑推理等各种物理科学方法的。
　　第3册介绍中学物理教材中的科学方法以人教社的初高中教材为蓝本，依次对每一节，提出一个教学设计方案。进行“知法分析”，并以视频动画形式展示这一节主要应该体现的几种科学方法，同时提供了很丰富的教学参考资源。
　　第4册为物理教学参考资料。介绍了中学物理实验荟萃，中学生创新实验，中学物理创新趣味系列实验，物理习题，物理学史。物理学家及当代科技进展，物理学史专题讲座。视频动画等丰富的教学参考资料。
　　2.明确内涵
　　明确“物理科学方法教育”具有丰富的内涵。我们所说的物理科学方法教育，不是只学习几种科学方法，它是具有极其丰富内涵的。具体说，它的内涵应该在进行物理教学的过程中。以知识教学为载体，同时进行以科学方法为主的学习与教育，即①弘扬科学思想；②学习和掌握科学方法；③树立科学态度。我们认为这一内涵体现了物理科学的本质，是物理教学的自然回归。
　　如果把“物理科学方法教育”的内涵与物理课程标准的三维目标做个对比（如表1），可以看出。科学方法教育的内涵是符合三维目标的基本要求的。
　　2.1弘扬科学思想
　　所谓弘扬科学思想。就是结合以知识为载体的教学，让学生学习、体验、认可以下几种思想：①科学的怀疑思想；②科学的求真思想；③科学的创新思想；④科学的人文思想；⑤科学的实践思想。而其中最重要的是关注科学的创新思想。
　　创新是一个民族的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。创新也是科学的生命，没有创新，就没有科学；没有创新，科学将停滞不前！教育是知识创新、传播和应用的主要基地，也是培育创新精神和创新人材的摇篮。在中小学，我们所说的创新，不是指“前无古人的”只有极少数人可以企及的特殊才能的创新：也不是特定的群体对社会做出的新颖的、独特的、有突破性的创新；而是指对学生个人来讲。相对于他自己的过去是新颖的，有突破性的创新：或者说是指通过对中学生施以科学方法的教育和影响，使他们作为一个独立的个体，能够善于发现和认识有意义的新知识、新事物、新方法，掌握其中蕴含的基本规律，并且具备相应的能力，为将来成为创新型人材奠定全面的素质基础。中学生的创新，重在发展价值。当然，创新和继承也是分不开的，要在继承中创新，在创新中继承。
　　2.2掌握科学方法
　　通过科学方法教育，应该让学生掌握以下基本知识：①方法的基本概念；②方法的存在形式及判断原理：③常用的物理科学方法及物理科学方法体系等。
　　2.3树立科学态度
　　通过科学方法教育，应该让学生树立“严谨求实”的科学态度。
　　所谓严谨，就是要“严肃认真，一丝不苟，讲究卫生”（科学家卢嘉锡、白春礼提出的）。所谓求实，就是要“实事求是，客观公正，尊重证据，坚持真理，修正错误”。
　　树立科学态度不是一句空话。必须落实在实际之中。例如，我们的教材中，在讲到安全用电时指出。如果人站在绝缘的木凳之上，触摸一根火线，是不会发生触电事故的。但是据笔者调查了解。老师都讲给学生听了。但是几乎百分之九十五以上的老师。自己没有也不敢真的去做，怕的是发生触电事故。这恐怕就不是一种科学的态度。笔者认为应该自己亲自实践才具有说服力。图3是笔者亲自站在木凳之上。触摸一根火线的录像截图。
　　3.全面落实
　　念念不忘，全面落实物理科学方法教育。是培养学生创新意识，推进创新人才早期培养的最得力的手段。
　　念念不忘，全面落实科学方法教育有两个含义：一是要在物理教学的全过程――备课。讲课，辅导到课外科技活动等都要想到实施科学方法教育；二是要在各种类型的教学活动，例如，物理实验教学，概念教学。规律教学。习题应用教学中，实施科学方法教育，从而让学生体验物理概念的形成过程，参与物理实验的设计过程。探寻物理规律的总结过程，亲历物理问题的解决过程。
　　具体实施时，首先要深入分析，挖掘各种情况下的科学方法教育的因素，为教学中显性地准确自然流畅地提出科学方法奠定基础。
　　下面以实验教学为例。谈谈其中的科学方法教育因素。
　　4.物理实验教学中的科学方法教育因素
　　4.1物理实验是一种基本的教学技能，又是一种基本的物理科学方法
　　伽利略奠定的经典物理研究的基本方法。即以实验为基础。自始至终进行科学的思维。最后应用数学方法定量总结规律，至今仍是物理科学研究的基本方法。我们可以用一棵方法树（图4）来形容它。这里特别要注意的是，物理实验是基础，但是只靠物理实验是不能总结规律的，还必须进行科学的思维，依靠数学方法，最终才能定量总结物理规律。
　　4.2物理实验有三个基本组成部分
　　1984年，笔者把人教社编写的高初中教材中的几百个演示实验，学生实验，课外小实验，习题中的验证性实验等等，全部认真做一遍，然后利用科学归纳法，总结出了一个规律：任何一个完整的成功物理实验都是由以下三个基本部分组成的，至今无一例外。
　　“实验对象”是我们实验要进行研究的主体，可以是一个物体，一件事物，或者一个现象等。例如，凸透镜成像实验中的凸透镜。
　　“实验源”是能对实验对象施加一个作用。或者对实验对象发出一个信号的信号发生源。例如，凸透镜成像实验中的蜡烛，可以发出光信号。
　　再有做力学、热学、电学、光学实验时，要分别选取力源、热源、电源、光源等。
　　“实验效果显示器”是用来呈现实验对象接受实验源的作用或信号后所产生的效应的装置，通过它直接或间接地进行效果的观察。例如，凸透镜成像实验中的光屏。
　　当然，上述分法不是绝对的。有些简单的实验中，实验源和实验对象是一个；有的实验中，实验效果就显示在实验对象上。