1、探討初中物理科學方法教育天津市寶坻區大鐘莊中學曹煥京摘要：新一輪基礎教育課程改革提出了三維課程目標，把“過程與方法”作為重要的課程維度，其中的科學方法更是新課標中的核心目標，科學方法教育已勢在必然。本文首先對初中物理科學方法教育的提出進行了說明，然后分別分析了初中物理課程標準、人教版初中物理教材和初中物理學業考試（中考）中對于科學方法教育的呈現狀況，并在此基礎上提出了初中物理科學方法教育的“以舊喚新”喚醒學生早已經掌握但又未明確的科學方法，審視、構建新知識；“新舊融合”復習物理概念或規律時，啟發學生運用新的思想詮釋舊知識，發展學生的創新思維能力；“除舊布新”改變物理問題的條件，轉到不熟悉的領域

2、或新情景中的三種教學策略，最后結合筆者多年的物理教學實踐和具體案例強調了科學方法教育要“理論聯系實際”、要“畫龍點睛”、要設置在學生的“最近發展區”、要“循序漸進”等四點啟示，以饗讀者。 關鍵詞：初中物理  科學方法教育  呈現狀況  策略  啟示 一、問題的提出 現代社會在科學技術的影響下變化迅猛，一個人終身享用在校習得的知識已不再可能，這促使教育工作者逐步認識到，科學教育應從原來的以知識為中心，轉向在重視知識教學的同時應關注科學方法教育，因為科學方法比科學知識的適用性更廣、持久性更長，也更具有生命力。 世界各國

3、，特別是美國、俄羅斯、西德、日本、英國等發達國家十分重視科學方法的教育，早在上世紀50年代末，美國物理課程改革的“哈佛物理規劃”中就明確指出，要讓教師和學生“獲得認識世界和進行科學探究的能力和方法”。1986年，我國國家教委制定的全日制中學物理教學大綱明確規定了中學物理教學“要重視科學態度和科學方法的教育”。我國教育部于2001年7月正式頒布的全日制義務教育物理課程標準（實驗稿）（以下簡稱初中物理課程標準或標準）也明確指出1：義務教育階段物理課程培養目標定位為提高全體學生的科學素質。初中學生不僅應學習物理知識和技能，還應經歷一些科學探究過程，學習科學方法。可見，科學方法已作為新課程目標“過程與

4、方法”中的核心目標。2010年8月，全國第三次物理科學方法教育學術研討會的召開，更加明確了科學方法教育在我國基礎教育課程改革深入發展過程中的重要地位及作用。 由此可見，在物理教學中對學生進行科學方法教育已是一種世界性的趨勢，在初中物理教學中進行科學方法教育是深化初中物理新課程改革的迫切需要。 二、初中物理科學方法教育呈現狀況分析 （一）初中物理課程標準中科學方法教育的呈現狀況 初中物理課程標準中，義務教育階段物理課程培養目標定位為“提高全體學生的科學素質”，課程標準設計的幾點說明中指出“（3）標準特別將科學探究納入內容標準，旨在加強對學生科學素質的培養。

5、學生不僅應學習物理知識和技能，還應經歷一些科學探究過程，學習科學方法，了解科學、技術、社會（STS），逐步樹立科學的世界觀。科學探究應滲透在教材和教學過程的各個部分。”1這里都明確提出科學方法教育是初中物理課程學習的一項重要內容。 新一輪基礎教育物理課程改革提出了三維課程目標，這改變了傳統教育只注重“知識”的課程理念，標準特別強調在科學探究中突出“過程與方法”維度的重要性。但是,標準中卻沒有對科學方法提出明確的目標。為了進一步探討這個問題，我們可以分析標準中“過程與方法”課程目標1： 1經歷觀察物理現象的過程，能簡單描述所觀察物理現象的主要特征。有初步的觀察能力。 

6、;2能在觀察物理現象或物理學習過程中發現一些問題。有初步的提出問題的能力。 3通過參與科學探究活動，學習擬訂簡單的科學探究計劃和實驗方案，能利用不同渠道收集信息。有初步的信息收集能力。 4通過參與科學探究活動，初步認識科學研究方法的重要性，學習信息處理方法，有對信息的有效性作出判斷的意識。有初步的信息處理能力。 5學習從物理現象和實驗中歸納簡單的科學規律，嘗試應用書籍的科學規律去解釋某些具體問題。有初步的分析概括能力。 6能書面或口頭表述自己的觀點，初步具有評估和聽取反饋意見的意識。有初步的信息交流能力。 不難看出，“過程與方法”課程目標中的內

7、容，只有知識點及其要求而無具體的科學方法。 我們再以標準中科學內容的二級主題“電和磁”的部分內容標準1為例： （1）通過實驗，探究通電螺線管外部磁場的方向。 （2）通過實驗，了解通電導線在磁場中會受到力的作用，力的方向與電流及磁場的方向都有關系。 （3）通過實驗，探究導體在磁場中運動時產生感應電流的條件。 如果我們把科學方法教育的目標加以明確，則內容標準中就應當既包括物理知識內容又包括科學方法教育內容。嘗試修改如下： （1）通過實驗歸納法、類比法，探究通電螺線管外部磁場的方向。 （2）通過實驗歸納法和控制變量法，了解通電導線

8、在磁場中會受到力的作用，力的方向與電流及磁場的方向都有關系。 （3）通過控制變量法和隔離法，探究導體在磁場中運動時產生感應電流的條件。 初中物理課程標準是編寫中學物理教材的指導性權威性文件。在制訂中，除了要考慮物理知識以外，還應當把科學方法教育加以細化并作為中學物理教學目標的重要內容之一。這既是物理教學規律的必然要求，同時也是物理教學目標與教學內容相互對應的邏輯體現，更符合初中物理新課程改革的必然趨勢。 （二）人教版初中物理教材中科學方法教育的呈現狀況 人教版初中物理教材八年級上冊致同學們中敘述了課本又名為探索物理，其中設置了探究、演示、想想做做、想想議

9、議、動手動腦學物理等環節，這些都是由同學們自己動手，主動探究科學規律，體會科學研究的方法的重要載體，給老師的授課和學生的自學提供了感性材料。人教版教材中一些重要的概念和規律的得出都把科學探究視為知識的內核與脈落，按照科學方法展示的路子組織教學進程。知識教學的流程可以表示為：物理現象（觀察法）研究問題（實驗法）進行實驗（主要為控制變量法）分析實驗數據（圖像法）獲得物理知識（經驗總結法）。這樣的教學編排，充分而合理地體現了科學知識的認知過程，經歷了這一過程，學生可以真正領略到科學方法和物理知識的內涵，能力得到提高。 目前的研究主要集中在獲得知識的物理方法，應用知識的物理方法卻很少涉及。已

10、有的研究表明2，人教版教材中獲得知識的物理方法主要包括以下8種。 物理方法頻次物理方法頻次直接定義法30實驗歸納法14比值定義法11乘積定義法5控制變量法5等效法2演繹推理法3理想化方法2 人教版八年級上冊第83頁有這樣的一段文字：“圖象可以用來表示一個物理量（如溫度）隨另一個物理量（如時間）變化的情況，很直觀。所以各門科學都常用到它。”這里也明確指出圖像法是初中物理獲取知識的重要科學方法。 （三）初中物理學業考試（中考）中科學方法教育的呈現狀況 以2009年天津市學業考試物理試卷中第27題為例說明： 27（6分）物體只在重力作用下由靜止開始下

11、落的運動稱為自由落體運動。小明對這種落體運動產生了探究的興趣，提出如下兩個問題。 問題一：物體下落的快慢是否與物體的質量有關？問題二：物體下落的高度與下落的時間存在著怎樣的關系？于是他找來一些器材并在可忽略空氣阻力情況下準備進行實驗。 （1）請你幫助小明設計探究“問題一”的實驗方案。 （2）小明探究“問題二”時，通過實驗，測量出同一物體分別從最高點下落的高度為hl、h2、h3，并測量出每次下落的高度所對應的下落時間為tl、t2、t3。分析實驗數據發現：“物體下落的高度與下落的時間不滿足正比例關系”。他猜想“物體下落的高度與下落的時間平方成正比”，若要驗證這一猜想，

12、應如何處理分析實驗數據？ 答案：（1）選用質量不同的物體，比較它們下落相同的高度所用的時間。（或選用質量不同的物體，比較它們在相同時間內下落的高度。）（3分） （2）計算出下落的高度與對應下落的時間平方的比值，即，如果它們的比值在誤差范圍內可認為相等，說明以上猜想是正確的，否則猜想是錯誤的。（1分） 本題考查學生的科學方法為演繹推理法和比例法，這是日常教學中得出概念和規律最常用的科學方法，可是筆者調查的結果表明：學生得分率偏低。分析其原因在于平時教學只重視知識的本身，忽略了獲得知識的過程與方法。初中物理學業考試是新課程改革方向的指揮棒，命題者通過中考試題的導向作用

13、來引導初中物理教學必須加強物理科學方法教育，并已不斷地將有關科學方法教育的題目列入考查范圍，這符合新課程標準的要求，也明確把科學方法教育提高到一個顯著的地位上。 三、初中物理科學方法教育的教學策略 物理是一門以觀察和實驗為基礎的科學，同時又是一門容思想性、邏輯性、科學性和方法性很強的一門學科，從物理學學科特點來看，物理學能培養學生多種創造能力3。物理科學方法中的靈感、假說、歸納與演繹、類比推理等諸多方法無不包含著創造性成分。創新教育是素質教育的核心，正確的方法是科學之魂，不掌握科學方法，創新只能停留在高談闊論上。因此，讓學生將學習過的物理科學方法獨立地遷移到學習新的知識中去

14、，或者應用于解決自己遇到的新問題、新情景中去，就能激發并提升學生的創新潛能。 初中物理教材中蘊涵著豐富的科學方法教育內容，既包括顯性的，也包括隱性的。這就要求物理教師在備課環節中靈活運用物理科學方法因素判定原理和分析教材中科學方法因素的方法4，去挖掘出初中物理教材中每一個知識點背后隱藏的科學方法，根據探究的內容進行巧妙的處理，彰顯其中的科學的思想和方法，體現新課程的真正價值。 策略一：“以舊喚新”喚醒學生早已經掌握但又未明確的科學方法，審視、構建新知識。 例如，學生為了區別不同物質種類，會主動運用比較的方法理解密度的概念和意義；還可以運用等效電路中分與合的方法、等

15、效替換的方法理解二力平衡、力的合成等的實質。 策略二：“新舊融合”復習物理概念或規律時，啟發學生運用新的思想詮釋舊知識，發展學生的創新思維能力。 例如，為提升復習牛頓第一定律的效能，可以變換新視角：首先從哲學的內、外因的辨證關系的角度重新啟發學生思考物體運動狀態變化的因果關系。其次，從正、反兩個方面引導學生思考：物體不受力時，物體應該具有保持原來運動狀態的原因在于內因慣性；慣性不會去改變物體的運動狀態。所以，汽車質量大、慣性大，保持的速度和質量小、慣性小的人的速度是一樣的。再次，慣性大，物體保持原來運動狀態的本領大，外力改變物體原來運動狀態的時間長，順勢引導學生把“力和慣性

16、”綜合考慮，過渡到對牛頓第二定律的潛意識思考中，真正理解和掌握力和運動的關系。 策略三：“除舊布新”改變物理問題的條件，轉到不熟悉的領域或新情景中。 例如，在學習牛頓第一定律一課內容時，我們在實驗中可以引導學生進行假設，即假設摩擦力為零, 迫使學生改變思路,運用歸謬法推斷出物體保持勻速直線運動狀態。對于一個不愿冒險的學生或是經常用習慣性的方式來思考問題的學生，無疑會激發他們的思維、培養他們的想象力、發展他們的創新能力。 當然，在上述策略的運用過程中必須突出學生的主體性，在課堂教學中要千方百計讓學生自己“動”起來，讓他們的所有感官（眼、耳、口、腦、手）都充分發揮作用

17、，綜合運用“看、聽、說、做、想、練”的學習方式，形成一個“全頻道接收、多功能協調、立體化滲透、快節奏反饋”的學習網絡，才能真正落實科學方法教育的有效性。 例如：如何讓學生“看”？ 物理學是一門實驗科學，觀察和實驗是研究物理最基本的方法。在物理學的發展中，觀察方法是最基本也最重要的，是在人們不對客觀事物施加影響的情況下，對事物進行的研究方法。而觀察本身是一種有目的、有計劃、比較持久的知覺行為，是人們認識事物、獲取知識的重要途徑。科學家的研究表明：人們獲取的信息有60%80%來源于視覺。那么，如何讓學生“看”？ 筆者在課堂上要求學生這樣做：一是看什么：明確觀察的對象；

18、二是怎樣看：遵循一定的程序；三是為什么看：尋找因果關系。舉例如下： 探究阿基米德定律中的“看” 問  題對    策學生既沒有仔細觀察V排的大小，又想不到運用二力平衡的知識計算浮力，更不會主動把F浮和V排聯系起來看什么： 物體浸沒在水中的體積、小桶里的水的多少、彈簧測力計的讀數。 怎樣看： 同時觀察小桶里的水的多少（V排）和物體浸沒在水中的體積、記錄彈簧測力計的讀數。 為什么看： 請學生運用二力平衡的知識計算出浮力；把自己算出的浮力大小和小桶里的水的體積V排的相聯系，尋找因果關系，自己

19、猜測出F浮V排，體現“真探究”的味兒。 四、初中物理科學方法教育的真案例準啟示 （一）科學方法教育要“理論聯系實際” 案例1“空對空”，等于竹籃打水：筆者在2010年暑期后接到一個相對較好的班級，于是雄心勃勃，決定在物理教學中進行系統的科學方法教育。每周一個專題，從閱讀到圖像、從實驗操作到各種科學方法的專題講座，準備了大量的資料，進行了“專題“的練習。結果半個學期下來，學生們原來什么樣現在還是什么樣，收效甚微。從學生那里了解得知，學生感到科學方法很空，像一個大空殼子，什么也沒有留下。 啟示：在案例1中，筆者將科學方法教育與物理知識和實踐進行了脫離，想通過

20、專題的形式、講座的方式對學生進行科學方法教育。其出發點是好的，卻是不科學的，所以最終注定是“竹籃打水一場空”。科學方法的產生離不開物理知識與實踐活動，而物理知識與實踐活動的順利進行也離不開科學的方法指導。物理知識和實踐是科學方法的載體，科學方法蘊涵于物理知識和實踐之中，它們密不可分，共同形成了物理學完整的內容體系。因此，科學方法教育必須要理論聯系實際。物理知識和實踐活動是顯性的，科學方法是隱性的，要讓學生在學習實踐過程中慢慢領悟科學方法的精妙。 （二）科學方法教育要“畫龍點睛” 案例2我有方法：筆者在聲現象的教學中，向學生提問“如何證明聲音是由振動產生的？”時，有學生回答“

21、人說話時聲帶在振動，用手可以感覺。”有學生回答“蟬在發聲時腹翅振動。”有學生回答“拉二胡時，弦在振動。”之后，筆者把正在發聲的音叉接觸水面，當學生觀察到水花四濺時，學生情緒被調動了起來，感到很神奇，筆者也認為效果不錯。但在之后的反饋練習中，筆者發現他們還是熱衷于自己第一次的方法，教師提到的科學方法學生很少引用。 啟示：科學方法是解決問題的有效途徑，但解決問題的方法通常不止一種。只有當某一種方法被學生采用，并很好的解決了問題時，這種方法才會被學生所認可、掌握。在以后遇到類似的問題時，科學方法才會被喚醒，再次使用。案例2中，教師在學生有方法解決聲現象問題時，給出了演示實驗，實驗中隱含著“

22、轉換放大法”的思想，收到的效果也不錯。但這種效果只是感官上的刺激，是對現象的驚奇，而不是方法的震撼。這種情況下的方法只是錦上添花，而非雪中送炭。在學生有方法并且是有效的時候，學生對新方法的學習是低效的、不活躍的。當學生再次遇到類似的問題情景時，他喚起的依舊是自己的原有經驗，說明新的方法沒有內化成學生新的經驗，自然也不會提高學生的能力。 同樣的轉換法和放大法，在彈性形變教學中的作用就更高一籌。教師要求學生觀察玻璃瓶在壓力下的形變，學生在面對微量的形變時，無計可施，怎么辦？這時，放大實驗現象成為學生自然的迫切的需求，當放大的思想出現在了腦海中，接下來只是技術層面的問題。當學生聯想到“自制

23、溫度計”液體在溫度升高導致細小的玻璃管中的液面會上升時，會興奮地動手設計，進行實踐。當看到在手的壓力下，細玻璃管柱液面上升時，全班響起了熱烈的掌聲。這里，放大法的出現不僅顯得水到渠成，并起到“畫龍點睛”的震撼力。同樣，在觀察桌面受到壓力后的形變情況時，當學生看到經小玻璃片反射后的光線方向在壓力的作用下改變了很多時，都非常驚訝。放大的方法，放大的技術慢慢在學生心中扎下了根。 （三）科學方法教育要設置在學生的“最近發展區” 案例3我從未見過“永不停”的物體：在探究阻力對物體運動的影響的實驗中，讓小車從斜面的同一高度滑下，改變接觸面的粗糙程度，我們發現，阻力越小，那么小車的速度減

24、小的就越慢，小車前進的距離就越大。這是通過實驗觀察到得現象。也就是小車的水平運動受到了阻力的作用，進一步分析如果小車受到的阻力越來越小，小車前進的距離就會越來越大，進而推理，如果小車受到的阻力為零，這小車將以恒定不變的速度永遠運動下去。  啟示：筆者在演示了上述實驗后，調查全班35人中，只有8人認為：物體在不受阻力時會永遠運動下去的推理是正確的，12人認為：物體最終還是會停下，15人不知如何回答。為什么在這里學生會遇到如此大的困難呢？筆者認為，除了學生的抽象思維發展還不完善外，重要的一點是生活中的經歷對他們的影響。在與學生的交流中，很多學生告訴我：“從來只有會停下的物體，哪

25、里會有永遠滾動下去的小車？”相信大多數教師遇到案例3中情景時，會抱怨學生，責備學生思維跟不上，學習物理有困難。其實，困境就在于對學生的了解不夠，沒有找準“最近發展區”。因為發展心理學的觀點告訴我們，少年期（主要是初中生）和青年初期（主要是高中生）的思維是不同的，在少年期的思維中，抽象邏輯思維雖然開始占優勢，可是在很大程度上還屬于經驗型，他們的邏輯思維需要感性經驗的直接支持。筆者在之后的教學中采用多媒體輔助教學，在實驗的基礎上增加了視頻演示，讓學生有更多的感性認識，為“理想化推理”思維提供支架，取得了很好的效果。因此，教師不僅僅要備教材，還要備學生，了事學生的認知特點、已有經驗、思維品質等，讓學生在有效的“最近發展區”內學習，讓科學方法的學習與思維的發展共成長。 （四）科學方法教育要“循序漸進” 光線教學是最早接觸模型法了，但學生并沒有形成充分