中学物理科学方法教育方式和策略

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高中物理教学实施素质教育的目标是培养具有较高的科学素养的人才,它主要体现在培养观察和操作能力,归纳和演绎、类比和推理的能力,使用工具、查阅资料的能力等多方面的能力上.在诸多能力的培养中,创造能力是核心,而创造能力的培养关键是科学方法的教育.物理教学加强科学方法的教育,不仅能使学生体会、认识和掌握科学的研究方法和科学的思维方法,而且还能逐步养成学生的科学态度,树立科学观念,训练和提高学生的各种基础能力.历史上凡是新的科学理论的建立都伴随着一种新的科学方法的出现,所以,科学方法对物理学的发展起着重要的作用.
1中学物理科学方法教育的两种基本方式
一般地说,科学方法教育有“隐性”和“显性”两种方式.科学方法的隐性教育,就是在物理教学过程中隐蔽地发挥科学方法的导向作用,使学生在学习过程中受到科学方法的熏陶,但一般不提方法的名称,更不对这些方法的内容进行解释.科学方法的显性教育,就是在教学过程中把科学方法的内容、特点和操作过程讲清楚,指导学生运用这些方法进行练习.
隐性方式重在使学生感受科学方法,受到科学方法的启蒙和熏陶,初步体会到科学研究的方法和策略,这种方式适合于学生对这种方法的感性认识不足时,或者这种方法对所研究的问题并不占主要地位时使用;显性方式是在解决问题中模仿应用科学方法,对科学方法进行操作训练,使学生有意识地掌握科学研究的方法和策略,这种方式适合于在学生对这种科学方法的感性认识较丰富的前提下,有目的有意识地培养学生解决科学问题的能力时使用.如初中阶段应着重进行观察、实验方法的教育;对于科学思维方法,只能隐性渗透,即在教师的指导下接受分析、比较、概括等思维方法的训练.在高中阶段,学生的抽象思维能力迅速增强,对方法论开始感兴趣,因此可以对观察实验方法作进一步显性教育,并由浅入深地逐步介绍理想化方法、近似方法、假说方法、用图象和公式反映物理概念和规律的数学方法;对于分析、综合、归纳、演绎等基本的思维方法,也可以从反复的隐性训练逐步过渡到显性教育;到高三年级还可以对科学方法做一些显性的整理和进一步的解释,并让学生在复习中反复运用.总之,物理科学方法教育需要隐性教育与显性教育相结合,在不同阶段对不同内容各有侧重.隐性起步、及时显性是科学方法教育的特点. 2中学物理科学方法教育的策略 2.1从物理概念和规律的形成中渗透科学方法的教育物理概念和规律是物理现象或过程的本质属性或规律的反映,它本身是无方法可言的.但当教学引入这些概念并加以定义时,或研究概念之间的定性和定量关系形成规律时,就需借助于一定的工具、一定的手段、通过一定的思维操作去观察、去发现,这就体现为科学方法了.科学方法体现在具体的物理研究过程中,只有把过程充分而合理的展现出来,学生才能看到科学方法有什么特征、作用,是怎样解决问题的,才能体会到掌握科学方法的意义,去自觉地学习科学方法.如在牛顿第二定律、玻意耳定律、楞次定律等规律的教学中,学生能强烈地感受到科学方法在发现规律中的作用.如教库仑定律时,教师先让学生猜想两个带电体之间的相互作用力的大小可能与哪些因素有关.学生会提出:带电体的形状、大小、两带电体带电的多少、两带电体间的距离和两带电体间的媒质等,然后再让学生考虑这么多因素怎么研究,有没有主次之分,猜想哪些是主要因素,哪些是次要因素,这些次要因素在什么条件下可以忽略;当最后还剩下电量和距离两个因素时,让学生考虑这两个因素对作用力的影响如何研究,并提出控制变量法.整个过程模拟了科学家的探索过程,包含了猜想、理想化方法、控制变量等多种科学方法. 2.2在解决实际问题的过程中渗透科学方法的教育在中学阶段,练习、考试、竞赛、小制作与小实验等活动不仅依赖于知识,而且需要采用一定的手段和思维操作方式.教师可以根据解决实际问题的需要,结合学生实际,择取和提炼符合学生实际的方法教育因素.只有通过实际运用和操作,才能深刻理解科学方法,准确而灵活地运用科学方法.教师应明确地说明物理科学方法的作用、适用范围以及应用原理和步骤,让学生模仿、操作并加以体会,在运用中掌握科学方法.如阳光透过树荫的缝隙在地面留下一个个圆形光斑,如果已知地球到太阳的距离为L,并测得光斑直径为d,树高为h,试估算太阳圆面的直径D.本题除了应用光的直线传播知识外,还需要通过抽象和概括建立理想化模型,然后采用近似手段提出D=(L-h)d/h≈L d/h(L垌h).这里的抽象和概括、理想化和近似就是科学方法教育的因素. 2.3物理实验程序的分析中渗透科学方法教育物理实验是人们根据研究目的,利用自制的科学仪器设备,人为地控制物理现象,排除干扰,突出主要因素,在有利的条件下研究物理现象的本质和变化规律.所以实验也是研究物理学的基础和基本方法.单就物理实验的基本程序,即实验原理设计、实验操作和实验数据处理这三个过程来分析,其每一过程都蕴含着丰富的科学方法教育因素.例如关于验证或探究牛顿第二定律的实验程序中,实验设计原理是运用控制变量的方法,确定a跟F、M的定量关系;小车的加速度可以不直接测量,而是用比较相同时间内的位移来确定加速度的大小.在实验操作中,为了减少误差,可运用等效替代与平衡的思想方法,使小车运动的轨道略微倾斜以平衡摩擦力;采取近似的方法,使盘和砝码的质量远小于小车的质量,以此把盘和砝码所受的重力当作小车受到的合外力.在处理实验数据时,运用图象方法,恰当选择纵轴和横轴表示的物理量,以及将被测量作某种更换(横轴以1/M表示),使这图线反映的物理意义和结论更形象、更直观. 对学生实验而言,由于学生几乎完成在自身手脑并用中历经其各个过程,因此在现有学生实验的基本程序中,分析和择取其中的科学方法教育因素,也是科学方法教育的好策略. 2.4在介绍物理学史的过程中渗透科学方法的教育中学物理教材涉及到几十位物理学家,他们在取得巨大成绩的过程中,所运用的科学研究方法和实验构思精妙绝伦,为我们提供了取之不尽的科学方法教育素材.结合教学内容介绍物理学史上科学家研究物理问题的科学方法,作为学生学习的范例无疑是实施科学方法教育的又一策略.如在万有引力定律的教学过程中,教师可先向学生介绍万有引力定律的发现经过:牛顿由苹果下落得到灵感,猜想处于更高处的月亮是否也和苹果一样受到地球的引力作用,再用演绎推理的方法把牛顿运动定律用于天体运动,用地球表面物体的重力加速度和月球轨道上的加速度进行类比,从而导出万有引力定律并把它推广到所有的物体之间.万有引力定律的推导过程实质上就是多种科学方法的教育过程.又如英国物理学家布拉凯特为了验证卢瑟福的猜测———用α粒子轰击氮核会产生新粒子,不辞劳苦地拍摄了两万多张该实验的云室照片,终于从40多万条α粒子的径迹中发现8条分叉,从而证实了卢瑟福的猜测.这里又让学生看到科学先辈是经过怎样艰难曲折的探索,才一步一步的认识到物理世界的奥秘.他们对真理的渴望,勇于坚持真理和修正错误,为真理献身的优秀品质,对学生是极富感染力的学习榜样. 科学方法教育虽然不教给学生具体的学习内容,不解决具体的知识问题,但能训练出一种科学的求实精神和追求真理的气质,而热爱科学、追求真理、具有实事求是的科学态度、富有独立思考和创新精神,这些科学品质是构成人才素质的重要因素,同时学习科学方法可以使人掌握正确的思想方法和工作方法,提高

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