中学生从物理课学到的一些研究方法
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作者: 康维国
摘 要: 中学毕业生不但应有升学、就业所必需的基础知识和技能,而且应有探索未知事物的能力。这就要求中学物理老师注意使学生掌握一些探索客观世界的方法。自然科学各门学科的教学,应该把科学知识的传授和自然科学一般研究方法的训练很好地结合起来。
关键词: 中学物理教学 自然科学 研究方法
中学物理教学重视使学生了解、掌握一些自然科学研究方法,不仅对学生毕业后的学习和创造性的工作有益,而且对学好中学知识也有好处。因为学生的学习方法,实际就是在教师指导下探索、研究客观事物的方法。方法对,就学得好而快;方法不对,就要走弯路。
在中学物理教学中涉及的自然科学的一般研究方法,主要有观察、实验、抽象、理想化、比较、类比、假说、模型、数学方法等。我在此仅就其中一些从教学、教材角度谈些想法。
一、观察
“观察”通常是指人们考察处于自然状态下的事物,即在人们不对客观事物施加影响的情况下,对事物进行研究。在物理学的发展中,观察方法是很重要的,如牛顿力学是从观察天体运动中总结出来的,观察宇宙射线仍是研究高能粒子的重要方法。
学生的观察兴趣,最初是出于好奇,特别是年龄小的孩子,遇到新鲜东西、新奇现象舍不得走,要看个究竟,这种出于好奇的观察兴趣是不稳定的,只满足于表面了解。物理课应该把出于好奇的观察提高到有目的的观察。所谓有目的的观察,不只是有明确具体的观察对象和要求,更重要的是引导学生懂得观察是人类研究客观世界规律的和种基本方法,而且在观察中注意分析、比较,寻找各有关因素之间的联系。
教师应该注意使学生养成良好的观察素养。首先,观察要有客观性,对于观察中感知的各种资料,实事求是地对待。其次,观察要抓住主要的东西,抓住跟观察目的有关的方面,要有步骤、有次序,尽可能细致。科学的观察都要有详细的记录。物理教学中作为作业布置给学生的观察,最好也要求记录,培养记录的习惯和能力。记录要求真实、简明、具体,字数不要多,几十个字、一百多字或者列个表格填上数据就够了。
总之,教师应该培养学生成为乐于观察、善于观察的有心人,防止形成漫不经心、视而不见的草率作风。
二、实验
“实验”是人们根据研究的目的,利用仪器、设备,人为地控制或模拟自然现象,排除干扰,突出主要因素,在有利的条件下研究自然规律。
中学物理中的实验,根据不同的分类标准可分为演示实验和学生实验,定性实验和定量实验,探索性实验和验证性实验。中学的探索性实验,涉及的参数都不多,实验时一般是依次改变其中之一来考查它的影响,最后概括出反映各参数关系的规律。演示时学生了解这样的考查步骤,在观察中他们的思维便会处于更积极的状态,同时也懂得这种用实验来研究问题的方法。
物理学史上不少著名的实验,如卢瑟福粒子散射实验、查德威克发现中子的实验等,限于设备,目前一般中学不能演示,但在课本里还是写上了。课本这样做,除了考虑到它们是重要规律、理论基础,并且有助于发展思维,还考虑到可以使学生从这些具体实例中领会物理实验的一般方法。例如,每个实验都包括提出实验任务,确定实验方法并研究如何实现,对得到的实验资料进行逻辑加工得出结论等阶段;实验的每个阶段都跟理论紧密交织着,都要用已有的理论来指导;科学仪器能帮助人们克服感觉器官的局限,使感性认识更加客观、精细、准确,因而科学仪器的设计、使用对实验的成功起重要(有时甚至是决定性的)作用。
为了确定一条物理规律,教师通常只提出一个实验,因而可能使学生误认为一个实验就可以发现一条规律。教师应该向学生指出:任何一位实验科学家,在得出他最后的科学结论之前,都是采用过多种方法,做过几十次、几百次的实验,处理过浩繁的观测资料,经受过多次的失败和挫折;任何一项实验发现在得到公认之前,至少要为另一位研究者所重复证实;而事实常常是一个题目同时有许多人在独立研究,相继得到同样结论,或是一项实验发现一经发表,立即有许多人重复这个实验加以检验。在科学研究中,实验的每一步都离不开理论的指导(虽然从总体来看,实验是理论的基础),在中学的学生实验中也应该注意引导学生手脑并用,把实验跟理论紧密结合起来。这不仅只要求学生明确实验目的和结果跟所学理论的关系,懂得实验设计所论据的物理原理,而且实验过程中的每一项操作都应该联系已有知识考虑应该怎样作,而不是不动脑子机械地照书上写的去做,或者盲目地去试。对于高年级学生教师还可以引导他们运用已有的知识分析考虑误差的来源和减小办法。为了防止学生只动后不动脑,课本从初中第一册后半本起,在学生实验中学再具体列出实验步骤,而把实验目的、原理、器材、步骤综合起来叙述,要求学生预习,自己安排实验步骤。
三、类比、假说、模型
“类比”是根据两个事物在某些方面的相同,推论它们在其它方面也可能相同。“类比”与“比喻”不同。“比喻”是用某些有类似点的事物来比拟想要说的某一事物,它是一种重要的修辞方法,目的在于使人们对所要说的事物获得生动鲜明而深刻的印象。“类比”是一种重要的逻辑推理方法,目的在于使人们认识新的事物。人们总是在已有知识的基础上去认识新事物,即把新事物与熟悉的事物加以比较,当发现新事物的某些属性跟熟悉的某事物的某些属性桢或相似,就往往用类比的方法,推测它们的另外某些属性也相同或相似。
惠更斯根据光也像声波那样能发生反射、折射,而推论光也是一种波动,提出了光的波动论。德布罗意根据光的波粒二象性而推论微观粒子也具有波动性,提出了物质波的概念。这些都是物理学史上应用类比方法提出假说的实例。
在物理课中,把电场拿来跟重力场类比,把电流拿来跟水流类比,是常用的教学方法。
在物理学研究中,常常把假说、理论形成物理模型来加以探讨。一个好的物理模型,不但便于直观、形象地想象、假说,而且可以简化从已知事实预见新事实的过程。
除了上面谈到的这些研究方法外,数学方法也是中学物理课中应使学生得到训练的重要方法。因涉及的问题比较多,需要专门讨论。
参考文献:
[1]教育部基础教育司编写.走进新课程――与课程实施者的对话.北京师范大学出版社,2004,4.
[2]朱慕菊.走进新课程.人民教育出版社,2002.
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