浅谈科学方法在农村中学物理教学中的渗透教育

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  物理学家劳尔认为:“教育无非是当一切所学的知识都忘掉的时候,最后所剩下的东西。”可见科学的方法远比知识本身的价值要大。
  《物理课程标准》(2011版)中也强调:“物理课程不仅应注重科学知识的传授和技能的训练,而且应注重对学生学习兴趣、探究能力和创新意识以及科学态度、科学精神方面的培养。”足见科学研究方法教育的重要性。
  研读了张宪魁教授的《物理科学方法教育》一书,感触良多,激起了笔者对当下农村中学物理课堂教学中渗透物理科学方法教育的兴趣。如何在农村中学物理课堂教学中渗透物理科学方法教育,从而使物理课堂的效果更加明显呢?通过一段时间的研究与摸索,笔者提出从三个维度渗透物理科学方法教育,即以物理学史为线索,了解物理科学方法,以实验、过程为基础,掌握物理科学方法,以实践、活动为渠道,应用物理科学方法。
  1以物理学史为线索,了解物理科学方法
  “认识一位巨人的研究方法对于科学的进步……并不比发现本身少用处,科学研究的方法通常是极富兴趣的部分。”苏科版初中物理教材中主要涉及了十几位物理学家,在他们艰辛研究的历程中,精巧地应用物理科学方法解决了实际困难,为我们提供了科学方法教育的有力线索。在农村中学物理课堂教学中“以史为线,渗透方法”的实施,不失为物理科学方法教育的一条捷径。
  物理学史体现了在其特定的文化背景下人类认识事物、探索物质的现象、规律和本质的探究过程,其中就包括方法论的因素,良好的方法导向对于更清楚地认识事物本身规律有着重要的作用。
  在苏科版九年级上册《义务教育教科书·物理》中,“欧姆定律”的教学是从学生的实验开始的,探究的题目是“通过导体的电流与电压、电阻的关系”,接着启发学生提出猜想或假设:“通过导体的电流与电压、电阻有什么关系?有哪些事实支持你的猜想?”意图是引导学生猜想:“也许是其中的两个相乘等于第三个?也许是其中的两个相除等于第三个?也许……”然后是实验设计和实验与记录,分两步完成:(1)电阻R不变时,研究通过它的电流与其两端电压的关系;(2)保持电阻两端的电压不变,研究通过电阻的电流与电阻大小的关系。通过多次测量,研究这3个量之间的关系。经过实验后,学生很快就可以分析和论证,尝试提出结论,得到电流I、电阻R和电压U的关系之间的公式。最后是交流和小结,经过这样一个简短的探究,学生很快就得到了教材(或教师)预期的结果——欧姆[HJ1。55mm]定律。
  在探究过程中,“控制变量法”的渗透和“科学探究的一般要素”:提出问题—猜想与假设—设计实验与制定计划—进行实验与收集证据—分析与论证—评估—交流与合作的渗透是不言而喻的。
  此时,再以物理学史“欧姆的研究”历程为线索,讲述欧姆真实的探究过程:在欧姆研究电路问题时,还没有电势差(电压)和电阻等概念,没有现成的测量电阻、电势差的仪器,也没有直接测量电流的仪表。而是欧姆自己设计制作实验用的仪器,用同样粗细的不同长度的铜导线来得到不同的电阻;而由温差电池两个结点的温度差来得到不同的电势差;由自己设计的电流扭秤来得到电流的大小。在欧姆的实验装置的设计中,“直觉思维方法”和“转换”的方法起了重要的作用:欧姆假定了电阻与导线的长度成正比,电压与温差电池的温度差成正比,而电流的大小与扭秤的扭转角成正比。这种“直觉思维”的方法和“转换”的方法,是科学的创造的重要源泉,是学生在学习中需要借签的。
  这样,结合物理学史教育在农村中学物理课堂组织教学,知识是显性的,方法是隐性的,真正的实现了“知法并行”,何乐不为。
  2以实验、过程为基础,掌握物理科学方法
  “科学如果不是从实验中产生,并以一种清晰实验结束,便是毫无用处的,充满荒谬的,因为实验乃是确定性之母。”物理学科作为一门自然科学,本身就是以观察、实验为基础,缺失实验的物理教学宛若空中楼阁一般,经受不了实践的真理检验。在农村中学物理课堂教学中“关注实验,渗透方法”的实施,有利于学生真正地教学做合一,掌握科学方法。
  在物理学的产生和发展过程中,物理实验自始至终都占有非常重要的地位,并且人类从实验中总结提炼出许多研究问题的科学方法。在物理实验教学中,不能仅仅是实验的简单展示或者再现,而要将实验每一个环节设计时所运用到的科学方法“渗透”给学生,使学生不仅掌握实验的结论,而且体会到实验者的科学方法和思想。
  苏科版九年级上册第十一章第二节《滑轮》,学生在实验中都能比较正确的组装出第一个实验“探究定滑轮的特点”的实验装置,按照课本上的实验要求“竖直匀速”拉动弹簧测力计和“改变钩码的数量”,将实验数据填入下表中。)
  学生在小组汇报时得到了定滑轮的特点:使用定滑轮可以改变施力的方向,弹簧测力计的示数F与钩码的重力G的大小“相近”。
  至此,“以学生为主体”的“自主”探究实验已宣告“成功结束”,在“学生自己动手实验”的基础上教师似乎可以顺理成章地总结定滑轮的特点了,然而我们并没有这样做,而是追问学生:为什么大家得出弹簧测力计的示数F与钩码的重力G的大小“相近”的结论?而不是“相等”?
  这一“问”接触到了学生的思维触角,深入地引导学生分析是“相近”不是“相等”的原因,学生的即时“生成”也同样精彩:实验中有摩擦、细线的重力等因素的影响,使得弹簧测力计的示数F要比钩码的重力G大一些。
  此时,再以此次实验过程为基础,让学生总结和掌握与此相关的科学方法:应用“对比法”分析滑轮和杠杆的区别与联系;应用“控制变量法”对实验过程中力的三要素:大小、方向、作用点进行分析,得到“改变钩码的数量”为什么要“成倍的变化”的原因;更为重要的是应用“近似处理法”对物理实验的普遍规律进行总结,得到定滑轮不能省力的特点。这些方法,是科学探究成功的首要条件,是学生学习的基础,与人类认识自然规律的一般方法,保持着科学探究的“形似”。   这样,结合物理实验、过程在农村中学物理课堂组织教学,从“形似”到“神似”,螺旋上升,体味“灯火阑珊”的真谛,意义深远。
  3以实践活动为渠道,应用物理科学方法
  “A=X Y Z,A代表成功,X代表劳动、活动,Y代表正确的方法,Z代表少说空话。”苏科版物理教材分为4册,每册教材中都安排了综合实践活动,同时,教材上很多内容都可以将课程资源进行二次开发,创造出一些实践和活动,使学生参与其中,培养科学素养。在农村中学物理课堂教学中“综合实践,渗透方法”的尝试,有利于学生通过实际的运用和操作,深刻理解科学方法,进而灵活地应用科学方法。
  物理中的实践、活动一般以学生的现实生活为背景,教材中的内容基本上都比较贴近生活实际,对于中学生而言,其抽象思维能力尚处于不断的发展之中,理性思维往往需要感性材料作为支撑,丰富多彩的实践、活动是学生学习的兴趣之源,便于学生用生活材料为物理学习服务,从而理解和领会科学方法。
  苏科版八年级下册“弹力”学习之后,我们尝试开展这样的一个实践活动:“请你用手握住一个厚玻璃瓶,玻璃瓶会发生弹性形变吗?轻按桌面能使桌面发生弹性形变吗?”学生通过小组讨论,加上长期的科学方法的“渗透”教育,能想到应用“转换法”来使不容易观察的现象转变为容易观察的现象,从而研究物质的本质规律。几番方案比较与评价之后,学生有了大致的方向:将厚玻璃瓶中灌满水,把细玻璃管通过带孔的橡皮塞插入厚玻璃瓶中,此时再用手握住厚玻璃瓶后可以观察到细玻璃管中的水面升高了,进而证明了厚玻璃瓶发生了形变,这是将厚玻璃瓶的形变引起的液面变化“转换”成细玻璃管内水柱高低的变化来研究物理问题;在水平桌面上放一块平面镜,用激光笔将光照在镜面上,此时的反射光斑将落在天花板上,这时再用手掌压课桌同时观察光斑的位置,会看到光斑在明显地移动,有利地证明了桌面发生了形变,这是将课桌的形变“转换”成光斑的移动来研究物理问题。
  当然,在中学物理教学中还有大量的生产、生活的实际问题,如将桌面的振动转换为碎纸屑、小颗粒、乒乓球的振动等,在实践、活动中应用某种科学方法去解决问题,并且在解决过程中体会科学方法的指导作用。
  这样,结合实践活动在农村中学物理课堂组织教学,物理知识与科学方法相结合,以学生为主体,学以致用,作用巨大。
  通过实践和探索,我们深刻地认识到正确的方法是科学之魂,在农村中学物理教学过程中渗透科学方法的教育,让学生了解、掌握、应用正确的思想方法和学习方法,对指导学生进行研究性学习和终身学习将受益终生。
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