物理学科学教育

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摘要：物理学是现代科学技术的基础科学，它对于培养年轻一代具备基本的科学思想和科学素养起着十分突出的作用。在物理课程标准中，特别提出要关心学生的进步，培养学生掌握认识世界的科学方法。“物理科学方法教育”的重要问题就是对科学方法进行准确定位。为此从学生的实际出发，探讨科学方法的教育分类，并在此基础上，为有效地实施物理科学方法教育进行了教育策略分析。

关键词：物理教育；科学方法；意义准备

科学方法教育在物理教育研究中始终是一个重要的课题，无论从当前的课程改革的实践还是从提升民族的整体素质的角度来看，做好物理科学方法教学工作，都具有鲜明而深远的时代意义。然而，反思我们过去的教育，却存在着许多不令人满意的状况：教学过程中没有令人产生震撼感觉的突发奇想；没有对知识的演进进行提示性的剖析；对某些前人曾有的谬误也只字不提；在学校实验课堂中，所做的实验就是去证实那些业已摆到面前的、且早知如此的实验；我们对兴趣和方法所进行的探讨也难以得到应有的鼓励。实际上，多年以来在进行物理教学的过程中，教师都在自觉或者不自觉地进行着某种物理学思想和物理学方法的教育，而造成以上弊端的主要原因就是对科学方法缺乏较深入的教育实践研究。

美国著名的认知派教育心理学家奥苏伯尔在他的著作《教育心理学：一种认知观》（EducationalPsychology:acognitiveview）（1978年）中，认为教学的组织不能只考虑学科知识的逻辑体系，也要考虑学生的生理特点和心理发展特点；同时，基于发展心理学的研究，课程与教学论专家也形成了一个共识：课程与教学应当建立在学生的认知基础上，要考虑并且符合学生的认知特征，以此为基础来开展教学，使科学方法教育与学生的实际状况相吻合。因此，鉴于不同年龄阶段学生的认知发展情况不同、心理素质的成熟状况不一的实际，应该分阶段、各有侧重地对他们的科学方法的培养提出要求。正是从这个意义出发，本文拟对科学方法进行探讨性的教育分类，以期为教育工作者提供一个可遵循、便于探讨的科学方法分类体系，在此基础上提出科学方法教育的策略构想。

一、中学生科学方法发展状况分析

仅以归纳推理法、演绎推理法和逻辑法则的学生认知状况为例，对以下几个年级（年龄段）的调查取样比较，我们便能发现在不同时期青少年的差异，[1]见下页表。

这里的得分率的高低说明一个问题，即如果训练得法的话，那么在某阶段得分率较高的项目可能就意味着训练时间已经迟于该类别方法的开发最佳期；如果得分率较低，就有可能是该项目的训练符合或者尚早于该开发期。同时说明，青少年的心理发展是呈现递进性和可塑性的，而且进一步的研究表明，特定的科目（如物理、几何）针对某种科学方法的掌握具有显著作用。考虑到中学生的认知心理发展的渐进性，从教育角度有必要对科学方法进行客观的科学的教育分类，以此来加强科学方法教育的操作性和研究性。

二、科学方法的教育分类定位

在整个教学体系中，学生和教师是一个密不可分的有机整体，因此我们可以着眼于这两个维度──学生学习内容维度和教师品质维度，把科学方法进行有针对性的定位。从这个意义上说，无论是具体的科学方法，例如观察法、实验法，还是普遍意义上的诸如哲学的科学方法，都会因为教学时机的不同，被定位在不同的分类体系中。决定科学方法分类体系的简单图解如下。

（一）维度说明

学生学习内容维度，包括学生在观察科学现象、形成科学认识、认识科学规律以及分析解决科学问题的过程中，所涉及的认知结构以及有关知识内容和科学方法基础的准备程度等。表现在学生已有的科学方法的基础，相关基础知识的储备，心理素质的成熟状况，等等。

教师品质维度，包括教师教学方式的灵活性、知识的准确性、掌握教学时机的及时性、批判性和独创性等，是教师素质的重要因素。表现为教师对学生的了解程度，教学设计时，能够审时度势，统观整个教学时机，针对本单元（节）提出具体的科学方法目标，并能够抓住进行科学方法教学的最佳时机。

对于学习环境因素（包括教材、教学设备和教学环境等），它们相对而言是静态和稳定的。上述两个维度的范围在不断地扩充，其结合程度代表着科学方法教育实施效率的高低，从而也决定着对于一种科学方法进行不同的教育分类。

（二）由这两个维度的结合点和结合度所产生的教学时机

1.泛基学习类。这是指每个正常儿童能够很容易接受的、广泛存在于头脑中的科学方法。它的教学实现无需特定的知识储备以及固定的教学场景的制约，而是常常能够很容易被学生接受的科学方法。例如，解决问题时经常用到的唯物法、运动法等基本的科学方法。

2.渐进加强类。这里的“渐”并非是随着时间的推移的“渐”，乃是依学生的知识基础的发展、心理成熟状况的演进的“渐”。

以观察法为例，物理教师很关心在物理教学中发展学生的观察能力，观察法是物理教学中出现频率极高的一种科学方法，科学的观察法至少有两个要件：

（1）要与“思”结合，只观察不思考只能叫做“看”；

（2）要以“量”定论，反复观察才能防止以点盖面。此时的观察有“观测”的要义。[2]

鉴于这两个条件，致使我们对各种观察法（长期观察法、精细观察法、归纳法、对比法等方法）进行不同的分类定位。在低年级（例如初中阶段），物理教师针对学生的知识含量较低及心理状态不成熟的实际情况，要把教学重点落在“仪器和简单现象的观察”的层次；而在高中阶段及日后继续学习和深造中，应该把“随时间和空间而展开的观察和在观察中进行的正确质疑”的层次作为重点的教学内容加以训练。

又如，常见的概括方法鉴于学生的维度，在不同时期（时机）可分为：

（1）低水平的概括，即没有经过思维的积极加工，仅凭直观的观察进行的。如钟摆的摆动、水上浮标的浮动、蒸汽机活塞的往复运动等概括为振动现象。

（2）理性概括则是一种高级水平的概括，它的形成离不开学生的积极思维和对有关内容的深刻了解，方能对事物的本质进行深层次的概括，使研究对象更加纯化和简约。如圆锥摆、飞车走壁、火车转弯、飞机水平盘旋等，虽然这几种情景大不相同，但是较高层次的归纳整理可以概括为：上述物体的运动均受到相同情况的力的作用，合力（向心力）均指向圆心。

三、科学方法教育策略分析

（一）学生维度的意义准备

从学生的维度来看，科学方法在学生的头脑中的形成和发展过程中，一个重要阶段就是对科学方法进行卓有成效的意义准备。所谓意义准备，就是指学生在从事新的科学方法学习的时候，原有的物理知识水平或者心理发展水平对新的科学方法的适应性。在一个人的头脑中，科学方法的认知结构是由或多或少有组织的、稳定的概念、观念和方法组成的，这一组织的性质是分层次、分阶段的，按包容性逐渐下降的方式进行的，从而促使科学方法的意义学习具有使未分化的领域逐渐分化并获得增长的机制。教师对学生现有的科学方法的掌握情况进行初步的摸底、调查之后，就可以避免把本来富有潜在意义的科学方法的材料当做机械的东西来教，最终使意义学习产生功效。以即时速度为例，我们在学习的时候，是从平均速度过渡到即时速度的，即把一段的平均速度无限地缩小，直至这一小截线段与一点几乎无异时，平均速度就变成即时速度了。教学中，鉴于学生的思维水平和心理成熟状况有限，我们所运用的科学方法──微元法，在此可不必明确提出，但应当通过“s-t”图线或者“实验研究”给学生创造进行微元法学习的条件，为日后的教和学做好了应有的准备，当我们学习匀速圆周运动时，就可以利用微元法对向心加速度的具体公式进行准确推导和计算了，这时的物理科学方法教学也就成为了真正的意义教学。

（二）教师维度的两个确保

科学方法作为一种思维领域的知识，有其教学的特殊性，为有效地实施科学方法教育，教师在提高自身品质的同时，应该最大限度地培养和发展学生的积极性。科学方法是通过人类前赴后继、日积月累的努力所获取的，随着科学的不断发展，科学方法也在不断地得到丰富和创新。而对于学生来说，凡是通过自身的努力所取得的对科学方法的认识都应该得到鼓励，如布鲁纳所说：发现不仅限于寻求人类尚未知晓的事物，确切地说，它包括用自己的头脑亲自获得知识的一切方法。因此，为使学生在科学方法方面顺利发展，教师要确保两个条件──两种自由。

其一是内心的自由。

表现为鼓励学生在思想上不受权威和社会偏见的束缚，能够自由思考。这种自由是大自然难得赋予的一种礼物，也是值得个人去追求的一个目标。在课堂教学中，教师应当让学生在充分自由的空间中积极发现并总结获取知识的方法。对于学生凭着自己的潜能跳跃起来能够得着的，教师要放手让学生尝试，让学生经历知识和方法的重构过程，自由选择自己喜爱的学习方式完成学习活动，教师不可“越俎代庖”。

其二是交换的自由。

学生在课堂内外都会有一些个人的观点和解题方法，姑且不论其正确与否，我们都应该准许发表、交流，并且能保证他们不用顾忌发表的后果，诸如遇到讥讽、嘲笑等。我们的学校、教师和社会不但要减少负面作用，还要通过“权威”来减少学生在这方面的精神负担，支持和鼓励学生的独立思考和大胆质疑。这就要求教师应该具有广纳博采的气度，能够正视新情况、新问题、对这些问题和解决方法进行深层次的思考，最终能发展学生创造性地解决问题、在变化了的条件下也能独立地解决面临的新问题的能力。

参考文献：

［1］阎金铎，等.物理教学论［M］.南京：江苏教育出版社，1991.85—89.

［2］续佩军.物理能力测量研究［M］.南宁：广西教育出版社，1999.148.