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一、物理学中注重科学方法教育的意义
1.注重科学方法教育是当前世界科学教育的趋势
在科技迅猛发展、科技竞争日益激烈的今天,教育人士已普遍认识到,能力的高低在一定程度上,表现为掌握方法的多少和熟练程度。因此,物理教学中既应让学生掌握物理学的概念和规律,更应让学生重视科学的态度和科学的方法。
2.科学方法教育是新课程改革的目标
《普通初中物理课程标准》的总目标之一是:“学习科学探究方法、发展自主学习能力、养成良好的思维习惯、能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。”新课程标准把科学方法确定为普通初中物理教学内容的一部分,充分体现了新课程改革对科学方法教育的重视。
3.掌握了科学方法才能形成正确的世界观
物理学是其他自然科学和哲学的基础,物理科学方法必然与世界观密切相关。学习物理科学方法有助于学生更好地学习,理解和应用唯物论和辩证法,促进科学世界观的建立。
4.科学方法教育是提高学生学习能力和科学素养的重要途径
科学方法与科学知识相伴而生,是学生掌握物理知识和训练基本技能的重要手段,是培养科学思维、科学态度和科学精神的主要依托。在中学物理教学中开展科学方法教育是物理教学深化改革的需要,也是遵循教育要面向现代化、面向世界、面向未来战略思想的必然要求。
二、物理学中科学方法的内容
初中物理知识内容丰富,物理问题千变万化,它所包含的科学方法也是多方面的,主要有以下几种:
1.物理方法
物理方法包括观察、实验、模型、理想化、等效、放大、控制变量等。例如:电磁波、薄透镜等,都是以物理方法建立起来的理想模型,这些模型既是构筑物理知识大厦的基础,也是处理物理问题的一种方法。
2.数学方法
数学方法作为一种工具,在表达物理规律、处理物理问题等方面,有其独到的功能,有时将物理问题转化为数学问题,适当运用代数中的等式、比例、数列的性质、几何图象、矢量图解、角知识等,能使问题的求解变得简单方便。实验后处理数据时,运用图象方法,恰当地选择纵轴和横轴表示的物理量,可以使图线反映的物理意义更形象、直观。
3.逻辑方法
逻辑方法包括比较、分类、类比、推理、分析、综合、归纳、演绎、抽象、概括等,物理学中的很多规律,如牛顿运动定律、焦耳定律等,都是以实验事实为基础,运用分析、综合、推理和归纳总结出来的。
4.哲学方法
哲学方法包括对立统一、量变质变、肯定否定、绝对相对、现象本质、形式内容、特殊一般、原因结果、部分整体等。
三、中学物理科学方法教育的实施策略
1.通过物理学史进行科学方法教育
物理学发展史就是一部科学方法论发展史,在物理教学中插入物理学史,可使学生们领略到科学家的人格魅力及思维方法,从而培养学生追求真理的美好心灵,启发学生掌握科学的研究方法。教师应充分发挥课堂教学的主渠道作用,在物理教学中把握好史料与教学内容的紧密性、史料本身的趣味性,适时地把科学方法教育渗透到史料介绍之中,让学生潜移默化地获得科学方法的教育和熏陶。卢瑟福在1911年提出了“原子结构的太阳系模型”的新假说,这个假说确立了原子的基本结构。按照经典的电磁学理论,电子在围绕原子核做圆周运动时将会不断地发射出电磁波,从而丧失能量,最后掉到原子核里。玻尔从光量子理论中得到启发,突破了经典物理学的局限,在卢瑟福模型的基础上提出了进一步的假说,电子围绕原子核所做的圆周运动本身是量子化的,即电子只能分立在不连续的固定轨道上运动。电子在不同轨道之间的跃迁导致原子光谱的发射。这段史料的插入,不但深入了知识的学习,更深化了方法的教育。
2.通过物理概念、规律渗透科学方法教育
在概念的教学中,教会学生形成概念的方法,从提出问题到经过观察、实验(直接感官)、分析、比较(抽象思维),最后演绎出概念。在物理规律的教学中,建立形成规律的方法,从已有概念、规律到提出假设,再逻辑推理、实验最后形成规律,培养学生严谨的思维方法。教师在教学中应充分利用和挖掘教材中科学方法的教育因素,抓住概念、规律与方法的结合点,以具体的教学内容为依托,采用不同的教学方法和手段,适时点拨,通过概念的形成、规律的得出、模型的建立、知识的运用等,让学生在获取知识的同时掌握不同的科学方法。
3.通过探究实验进行科学方法教育
物理学是一门实验科学,探究实验是加强科学方法教育的有效途径。教学中要注重把教材上的演示实验、学生实验变为学生探索实验,引导学生通过亲身实践去领会科学家们研究问题的科学方法,内化为自己的思维和行为方式,培养他们用科学方法主动探求新知识、研究新问题的习惯和能力。
4.通过练习、复习强化科学方法教育
在练习、复习教学中进行科学方法教育,主要是进行思维方法的训练,提高分析和解决问题的能力。教师要站在科学方法论的高度,认真研究题型、分析归类、精选典型例题和习题。对学生进行逻辑思维与非逻辑思维、集中思维与发散思维、正向思维与逆向思维、局部思维与整体思维、类比思维与联想思维等专项训练。
5.通过STS拓展科学方法教育
STS是科学——技术——社会教育的简称。物理教育中的STS,主要是要求学生关注物理科学与技术、社会的关系,即用学到的物理知识和科学方法来认识、分析和解决科学技术及社会生活中的重大问题。STS使科学方法教育更贴近生活、贴近社会、贴近科技发展前沿,有利于不同学科之间知识和方法的整合。
1.注重科学方法教育是当前世界科学教育的趋势
在科技迅猛发展、科技竞争日益激烈的今天,教育人士已普遍认识到,能力的高低在一定程度上,表现为掌握方法的多少和熟练程度。因此,物理教学中既应让学生掌握物理学的概念和规律,更应让学生重视科学的态度和科学的方法。
2.科学方法教育是新课程改革的目标
《普通初中物理课程标准》的总目标之一是:“学习科学探究方法、发展自主学习能力、养成良好的思维习惯、能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。”新课程标准把科学方法确定为普通初中物理教学内容的一部分,充分体现了新课程改革对科学方法教育的重视。
3.掌握了科学方法才能形成正确的世界观
物理学是其他自然科学和哲学的基础,物理科学方法必然与世界观密切相关。学习物理科学方法有助于学生更好地学习,理解和应用唯物论和辩证法,促进科学世界观的建立。
4.科学方法教育是提高学生学习能力和科学素养的重要途径
科学方法与科学知识相伴而生,是学生掌握物理知识和训练基本技能的重要手段,是培养科学思维、科学态度和科学精神的主要依托。在中学物理教学中开展科学方法教育是物理教学深化改革的需要,也是遵循教育要面向现代化、面向世界、面向未来战略思想的必然要求。
二、物理学中科学方法的内容
初中物理知识内容丰富,物理问题千变万化,它所包含的科学方法也是多方面的,主要有以下几种:
1.物理方法
物理方法包括观察、实验、模型、理想化、等效、放大、控制变量等。例如:电磁波、薄透镜等,都是以物理方法建立起来的理想模型,这些模型既是构筑物理知识大厦的基础,也是处理物理问题的一种方法。
2.数学方法
数学方法作为一种工具,在表达物理规律、处理物理问题等方面,有其独到的功能,有时将物理问题转化为数学问题,适当运用代数中的等式、比例、数列的性质、几何图象、矢量图解、角知识等,能使问题的求解变得简单方便。实验后处理数据时,运用图象方法,恰当地选择纵轴和横轴表示的物理量,可以使图线反映的物理意义更形象、直观。
3.逻辑方法
逻辑方法包括比较、分类、类比、推理、分析、综合、归纳、演绎、抽象、概括等,物理学中的很多规律,如牛顿运动定律、焦耳定律等,都是以实验事实为基础,运用分析、综合、推理和归纳总结出来的。
4.哲学方法
哲学方法包括对立统一、量变质变、肯定否定、绝对相对、现象本质、形式内容、特殊一般、原因结果、部分整体等。
三、中学物理科学方法教育的实施策略
1.通过物理学史进行科学方法教育
物理学发展史就是一部科学方法论发展史,在物理教学中插入物理学史,可使学生们领略到科学家的人格魅力及思维方法,从而培养学生追求真理的美好心灵,启发学生掌握科学的研究方法。教师应充分发挥课堂教学的主渠道作用,在物理教学中把握好史料与教学内容的紧密性、史料本身的趣味性,适时地把科学方法教育渗透到史料介绍之中,让学生潜移默化地获得科学方法的教育和熏陶。卢瑟福在1911年提出了“原子结构的太阳系模型”的新假说,这个假说确立了原子的基本结构。按照经典的电磁学理论,电子在围绕原子核做圆周运动时将会不断地发射出电磁波,从而丧失能量,最后掉到原子核里。玻尔从光量子理论中得到启发,突破了经典物理学的局限,在卢瑟福模型的基础上提出了进一步的假说,电子围绕原子核所做的圆周运动本身是量子化的,即电子只能分立在不连续的固定轨道上运动。电子在不同轨道之间的跃迁导致原子光谱的发射。这段史料的插入,不但深入了知识的学习,更深化了方法的教育。
2.通过物理概念、规律渗透科学方法教育
在概念的教学中,教会学生形成概念的方法,从提出问题到经过观察、实验(直接感官)、分析、比较(抽象思维),最后演绎出概念。在物理规律的教学中,建立形成规律的方法,从已有概念、规律到提出假设,再逻辑推理、实验最后形成规律,培养学生严谨的思维方法。教师在教学中应充分利用和挖掘教材中科学方法的教育因素,抓住概念、规律与方法的结合点,以具体的教学内容为依托,采用不同的教学方法和手段,适时点拨,通过概念的形成、规律的得出、模型的建立、知识的运用等,让学生在获取知识的同时掌握不同的科学方法。
3.通过探究实验进行科学方法教育
物理学是一门实验科学,探究实验是加强科学方法教育的有效途径。教学中要注重把教材上的演示实验、学生实验变为学生探索实验,引导学生通过亲身实践去领会科学家们研究问题的科学方法,内化为自己的思维和行为方式,培养他们用科学方法主动探求新知识、研究新问题的习惯和能力。
4.通过练习、复习强化科学方法教育
在练习、复习教学中进行科学方法教育,主要是进行思维方法的训练,提高分析和解决问题的能力。教师要站在科学方法论的高度,认真研究题型、分析归类、精选典型例题和习题。对学生进行逻辑思维与非逻辑思维、集中思维与发散思维、正向思维与逆向思维、局部思维与整体思维、类比思维与联想思维等专项训练。
5.通过STS拓展科学方法教育
STS是科学——技术——社会教育的简称。物理教育中的STS,主要是要求学生关注物理科学与技术、社会的关系,即用学到的物理知识和科学方法来认识、分析和解决科学技术及社会生活中的重大问题。STS使科学方法教育更贴近生活、贴近社会、贴近科技发展前沿,有利于不同学科之间知识和方法的整合。