初中物理科学方法教育的实践研究

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　　摘　要：在初中物理教学中进行科学方法的显化教育是近年来科学方法教育的重要取向。本文采用“以点带面”的方式，选取初中二年级力学部分的内容进行显化科学方法的物理教学实践。并采用“访谈法”对部分教师、学生进行访谈，了解他们对科学方法显化教育的感受与体验，最后对访谈结果进行分析，从而得出研究结论。
　　关键词：科学方法　力学　显化教育
　　
　　在初中物理教学中进行科学方法的显化教育是近年来科学方法教育的重要取向。但就目前来看，对在物理教学中如何落实科学方法显化教育这一问题的探讨尚且不多，特别是实证方面的研究鲜有见到。本文在科学方法显化教育指引下，结合初中物理力学部分的内容，开展了教学实践，得到一些研究结论，以期为科学方法教育提供有益的启示。
　　
　　一、科学方法显化教育实践的研究设计
　　
　　1　研究方法
　　将同一物理概念或规律编写成两套不同的教案并在两个平行班分别实施教学。对照班按照教材的处理方式教学，实验班则将对应的科学方法显化并在教学中重点突出该科学方法逻辑含义。在教学过程中，笔者邀请了5位初二年级物理教师和从对照班和实验班各选出的5位同学全程听课，课后分别对他们进行访谈。
　　2　研究对象
　　北京市海淀区北方交通大学附属中学随机分配的两个普通平行班作为合作对象：初二(1)班作为实验班，初二(11)班作为对照班。这两个班都由笔者进行教学。
　　3　研究素材
　　北京市海淀区北方交通大学附属中学初二年级使用的教材是北京师范大学出版社出版的《新世纪版义务教育课程标准实验教科书・物理》(8年级上册)。力学重点物理概念有：质量、密度、速度、匀速直线运动等，在此不一一叙述。所用的主要科学方法，如比值定义法、实验归纳法、控制变量法等。教学中，尽量本着“以点带面”的原则来进行教学。
　　4　研究思路
　　由于科学方法涉及的不是物质世界本身，而是人们认识物质世界的途径与方式，是高度抽象的。从学生心理特点来说，初中学生思维规律的第一个特点是处在由形象思维转向抽象思维的过程，是思维发展的转型期。第二个特点是以定向思维为主要形式。学生的这个思维规律的特点决定了初中学生学习物理的认知活动特点是从经验型概念到科学概念的转变。基于以上两点原因，笔者在科学方法显化教育实施过程中，调整了教材中科学知识的教学顺序，先讲《第三章物质的简单运动》，对比值定义法进行教学，为《密度》这节课做了铺垫。
　　
　　二、科学方法显化教育实践的实施过程
　　
　　为了使教育实践顺利进行，特制订如下计划，计划分为3个环节：编写“案例”、实施“案例”和访谈分析。
　　1　编写“案例”
　　在编写教案时，一方面考虑到科学方法与物理知识之间的关系以及学生的认知程度与生活经验。科学方法要体现在物理知识的认知过程中，依照学生的认知模式推进教学，将科学方法显化出来；另一方面，让学生经历物理概念或规律形成的过程，使学生真正领略到科学方法和物理知识的内涵，理解科学方法的本质，最终使学生的能力得到提高。教学设计以初中物理重点知识，密度、功、阿基米德原理和液体内部压强规律等为切入点，分别显化比值定义法、乘积定义法、实验归纳法等科学方法的内在逻辑，从而给初中物理科学方法教育的实践以有益的启示。
　　(1)密度――比值定义法
　　比值定义法就是用两个或多个物理量的比值来定义一个新的物理量的方法，在初中力学部分的内容如密度、速度、压强、功率等概念的引入都使用了比值定义的方法。应用比值定义法定义的物理量，依据其意义的不同，还可分为两种类型：一类是两个或多个物理量的比值是个常数，如密度等，比值反映的是物质本身的一种性质，它的大小是由物体本身所决定，与定义式中出现的其他量没有关系；另一类基于控制变量的思想，如速度、压强、功率等，比值反映的是效果，它的大小受定义式中出现的其他量的影响。但无论哪一类，比值定义法的本质都是选取相同的标准进行比较。
　　《密度》教学设计是用生活中的例子引导揭示比值定义法的本质，再通过学生的探究实验和相关计算分析以及对恒量的解释最终引入密度的概念。
　　(2)功――乘积定义法
　　乘积定义法是由两个或两个以上的物理量的乘积来定义一个新的物理量的方法，乘积定义法的本质是一种数学累积的思想。在初中力学部分的内容如功、杠杆平衡条件、动能、重力势能等概念的引入都使用了乘积定义的方法。用这种方法定义的物理量与定义式中出现的其他物理量有关系，它受这几个物理量的影响，会随这几个量的变化而变化。以功为例，功是力的作用效果对空间的积累，所以它的大小由力和距离共同决定。
　　(3)阿基米德原理――实验归纳法
　　所谓实验归纳法是在对物理现象和过程进行大量的观察和实验的基础上，对取得的大量资料进行分析、综合、概括和归纳，从中找出有关物理量之间的内在联系，得出结论或建立假说，再通过观察和实验进一步验证。这样就可建立与发现物理规律。
　　《阿基米德原理》的教学设计是将教材所提供的演示实验加以改进，只用一个步骤就可以定量的演示出浮力的大小与物体排开的液体所受重力的关系，这样既使演示实验的结果更加一目了然又符合初中学生的物理认知水平。
　　(4)液体内部压强规律――演绎推理
　　所谓演绎推理法就是指人们以已知的客观规律为依据，推知未知规律的方法。是由一般推出个别的过程。
　　《液体内部压强规律》的教学设计是采取先通过例题进行压强计算而推导出液体压强公式的方法，再将液体中想象出“液柱模型”具体化，用金属丝制成一个长方体框架，在框架底面贴上带色的薄塑料片，使框架上底与水面相平，借助长方体框架，帮助学生建立理想液柱的物理模型。最后再指导学生从液体中想象出“液柱模型”。然后可以按照教材，引导学生一步步讨论如何计算出液柱的体积、质量、液柱重、对底面的压力、底面受到的压强，每步的计算结果同时用字母表示出来，最后得出计算液体压强的公式。这样将抽象问题具体化，增加学生的感性认识，可以逐渐培养学生的抽象思维能力和想象能力。
　　由于文章篇幅限制，本文采取的是“以点带面”的方式，后面的实施“案例”部分只选取了实验班《密度》这节课的教学设计思路和案例中应用的主要科学方法的教学设计的摘要，来重点讲解“比值定义法”。
　　2　实施“案例”
　　《密度》教学设计是从问题“木头一定比铝轻吗?”引发学生思考与讨论，为了使学生更好理解，先用生活中的例子引导揭示比值定义法的本质：爸爸买了两斤苹果花了5元钱；妈妈在买了3斤相同的苹果花了6元钱，谁买的苹果更便宜?学生很自然地想到比较每斤的售价更公平合理!教师引导思考这样的做法是用总价与质量做比后再比较，其合理的原因是选取了相同的标准。由这个例子思考刚才的问题，学生很轻松地就说出比较时需要选择相同的质量或相同的体积木头和铝进行

比较。接着教师再追问：“如果木头和铝的质量和体积都不相同时，如何比较谁更轻”，学生能顺理成章地说出用质量与体积做比后再比较。教师引导学生得出不论是质量与体积做比还是体积与质量做比，只要比较时选取了相同的标准，都能得出正确的结论。接着通过学生的探究实验和相关计算分析讨论出不同物质质量和体积的比值一般是不同的；相同物质质量和体积的比值总是相同的――是个恒量；教师解释“恒量”的意思是说这个比值是个定值。不论组成这种物质不同物体形状与体积如何不同，但是最终质量与体积的比值是一样的，它能够反映这种物质本身的一种特性，从而引入了密度的概念。
　　3　访谈分析
　　通过对教师的访谈发现，科学方法教育得到了教师们的共识，并且很渴望对科学方法有更深入的了解。同时被访谈老师都认为在初中阶段将科学方法显化是有必要的。掌握科学方法是获取物理知识的重要途径，学生只有掌握科学方法，才能更快捷地获取物理知识。虽然科学方法很抽象，不容易理解，教学上会有一定难度，但是把那些意义明确、应用广泛、符合学生认知水平的科学方法，作为典型的、主要的科学方法，在初中的重点物理概念和物理规律教学中加以渗透、显化，具有真实性和可操作性。
　　通过对部分学生的访谈发现，针对我的问题，学生回答的内容略显肤浅。可见，科学方法对他们来说，还是太抽象。但是，大部分学生还是认为把科学方法讲出来更便于物理概念的理解。所以，在教学时，更要注意分析并掌握中学生学习物理的心理特点与思维规律，在此基础上，选择更适合初中学生物理认知水平的那些典型的科学方法进行科学方法的显化教育，这样才更有实效性和针对性。
　　
　　三、科学方法显化教育实践的研究结论
　　
　　基于科学方法的教学实践，以及对教和学生的访谈，通过分析研究，得到如下的结论：
　　1　在初中物理教学中，应该将科学方法教育的内容加以确定
　　在物理学的范畴之中，科学方法与科学知识是相互平行的。与科学知识不同的是，科学方法涉及的不是物质世界本身，而是人类认识物质世界的途径与方式，是高度抽象的，隐藏在知识背后。因此，初中物理的各种教材和教学参考书，都应该依据教育部颁布的义务教育《物理课程标准》，从物理知识与科学方法相对应的角度，将科学方法的内容具体化，具有可操作性。教师在进行科学方法教育时，也应把“隐藏”在物理知识背后的科学方法挖掘出来，向学生揭示科学方法，帮助学生借助科学方法获取知识。
　　2　在初中物理教学中，科学方法教育的方式应该采取显性的教育方式
　　科学方法所涉及的不是物质世界本身，而是人们认识物质世界的途径与方式，所以，科学方法往往隐藏在知识的背后，既不易学习，又不易掌握。如果教师在教学过程中还不显化科学方法的话，学生就更难感受到科学方法的妙处，更体会不到学习科学方法对学习物理知识和物理规律的实际用途。
　　3　在进行科学方法显性教育时，要把握住科学方法的本质
　　教师在进行科学方法显性教育时，不能只是停留在表面，必须要把科学方法的本质显化出来。通过本文的研究发现，显化比值定义法的本质就是比较的思想，即选取相同标准的思想；显化乘积定义法的本质就是积累的思想等等。在教学中都应该应用各种教育手段把科学方法的本质显化出来，把它讲透。
　　
　　四、结束语
　　
　　在中学物理教学中有意识地加强科学方法的显化教育，逐渐得到越来越多的物理教育工作者的共识。在中学进行科学方法教育，是实现学生增长知识、发展能力、提高素质的一个有效途径。应把科学方法的显化教育作为物理教学的重要目标和内容，牢牢把握住科学方法这条主线组织教学，以科学方法教育引领物理概念和规律的教学，使学生不但掌握了物理知识，而且学会了用科学的方法去研究、解决问题，从而逐渐培养学生的研究能力、提高学生的科学素养。
　　
　　参考文献
　　[1]乔际平，邢红军，物理学习心理学[M]，广西：广西教育出版社，2002
　　[2]魏日升，张宪魁，中学物理教材教法与实验[M]，北京：北京师范大学出版社，1995
　　[3]乔际平，刘甲珉著，中学物理学习法[M]，江西：江西教育出版社，1992

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