初中物理規律課教學是初中物理教學中最重要的內容之一。由於初中是學生開始接受物理知識教育的啟蒙階段,教材中介紹的物理規律是物理學中最基本的規律。作為啟蒙教育,不僅要"引導學生學習物理學的初步知識及其實際應用",而且還要"培養學生初步的觀察、實驗能力,初步分析、概括能力和應用物理知識解決簡單問題的能力" ①。教育實踐表明:能力的培養既依賴於知識,更依賴於方法。因此,在物理教學過程中,注意結合物理知識的教學對學生進行科學方法的教育是十分必要的。下面僅以初中物理規律課為例,談一點初淺看法。
一、科學方法的教育是物理學科教學的需要
⒈探索物理規律離不開科學方法
物理學是研究物質運動規律的科學。它是人類在認識自然、改造自然的過程中,透過不斷探索和研究事物客觀規律而逐步發展起來的科學。物理學中的每一條規律的發現,都記載著人類科學思維活動和實踐探索的史實。
人類從知道用鑽木取火到認識"做功改變物體的內能"這一規律,經歷了一個漫長的歷史時期。在此期間,人類觀察和研究了大量的摩擦生熱現象,經歷了熱質說和熱運動兩種觀點的對話,出現了用卡和焦耳分別描述熱量和功的不同單位,當焦耳以一系列科學實驗測出熱功當量之後,人們對熱現象的本質才有了清楚的認識。做功改變物體的內能乃至能量轉化與守恆定律的確立都依賴於科學的實驗。沒有科學實驗就沒有物理學知識。實驗方法是科學研究的一個重要方法。
在力學知識方面,從建立力的初步概念到總結出慣性定律,有多位科學家的貢獻。義大利科學家伽利略的理想實驗方法是一個偉大的創舉,它不僅為慣性定律的發現奠定了基礎,同時也開創了一個物理學的典型研究方法。這種方法是在真實實驗的基礎上抓住主要因素, 忽略次要因素,從而深入地揭示現象的本質的方法。它也是科學研究中的一種重要方法。
在電磁學方面,從奧斯特發現電流的磁場以後,揭開了電與磁相 互聯絡的新的一頁。在對立統一規律的哲學思想的指導下,人們又在思考磁能否生電呢?這種逆向思維方法使科學家們在探索由磁生電的途徑中作出了不懈的努力,終於發現了電磁感應現象並總結出電磁感 應規律。也可以說,電磁感應現象的發現是逆向思維方法指導人們實
踐探索的結果。
在物理學的各個分支領域中的規律,也都凝聚著科學家的智慧,譜寫著科學方法的光輝篇章,物理學史也是一部科學方法史。從物理規律的確立與物理知識形成的過程來看,知識和方法是密不可分的。沒有科學方法,就沒有科學實踐,人類對自然界的認識只能停留在感性認識階段,只能積累一些經驗事實,而得不出具有普遍意義的結論,
也就不會有今天豐富的物理知識。
⒉物理教學過程也是科學方法的教育過程
知識是在一定方法上形成的,而一定的方法又是知識的產物②。知識和方法這種緊密的聯絡為我們在物理教學過程中進行科學方法的教育提供了豐富的內容。科學方法的教育是物理教學的一個組成部分。科學方法的教育是物理教學的需要。實踐中我們注意了以下兩點:
⑴結合知識的教學進行科學方法的教育
教學中既不能離開知識去講方法,也不能只講知識不講方法。離開知識講方法就會使方法顯得抽象,過於理性化,學生難以學到;只講知識不講方法,會使學生對知識的來源缺乏認識基礎,元認知能力得不到提高,對知識缺乏深刻的認識,也學不好物理。將科學方法的教育貫穿於物理教學過程之中,既能使學生了解知識的來源,知道知識形成的過程,加深對知識的理解,同時也能學到科學方法,為學生能力的發展打下基礎。
在《平面鏡》這節課教學中,為了使學生掌握平面鏡成像特點,我們採用實驗研究的方法,讓學生透過玻璃觀察點燃的蠟燭的像,比較物、像的大小;再將另一隻等大的蠟燭放於玻璃後,使它與點燃蠟燭的像的位置重合,再次比較物像的大小;透過標出玻璃以及玻璃前後蠟燭的位置,測出蠟燭和它的像到玻璃的距離,連線蠟燭和它的像的位置成直線,測出該直線與玻璃面夾角關係;改變蠟燭到玻璃間的距離重做上述實驗,從而總結出平面鏡成像的特點。這種透過實驗方法來探索物理規律的做法,既使學生學到了平面鏡成像特點的知識,同時也學到了由實驗研究問題的科學方法,培養了學生觀察能力和實驗能力。
在《歐姆定律》的教學中,我們先按教材的思路分別研究了電阻一定時電流與電壓的關係、電壓一定時電流與電阻的關係,在此基礎上初步歸納出電流與電壓和電阻的關係,並說明這種控制變數法是研究複雜問題的一種基本方法,同時也指明這種根據有限的事實概括出的結論的方法是由特殊到一般的方法,它是否正確還必須再由實驗加以檢驗。接著我們又做了同時改變電壓和電阻再測電流的實驗,驗證以上結論。透過這種方法進行《歐姆定律》的教學,既使學生學到了關於電流與電壓和電阻關係的有關知識,同時也學習了研究複雜問題的實驗方法和科學的思維方法。
在物理知識的教學中,注意發揮教學內容中科學方法教育因素的作用,做到方法教育和知識教學有機結合,是培養學生學習能力,提高學生科學素養的有效途徑。
⑵進行科學方法的教育也應遵循循序漸進的原則
循序漸進是教學的一個基本原則,結合物理規律教學進行科學方法的教育同樣也應遵循這一原則。物理知識中聯絡到的科學方法教育內容較多,物理知識有它的層次性,科學方法也有它的層次性。限於初中學生的知識水平和理解能力,我們不能把物理學知識形成過程中所涉及的各種方法都納入課堂教學內容之中,而應該根據教學時限、學生理解能力的層次、學生能力發展以及教學內容的需要,合理地選取方法教育的內容。使方法教育的內容既能與知識教學有機地結合,又能遵循循序漸進的教學原則,使學生在方法的學習中學有所獲。
如在《牛頓第一定律》的教學中,從定律建立所涉及到的方法來看,應介紹伽利略理想實驗的方法。但限於學生抽象思維能力水平,還是應根據教材的思路,進行真實實驗,幫助學生建立感性認識。在此基礎上,透過比較不同摩擦對小車運動距離的影響,再分析阻力越小的情況,實現從感性到理性的過渡,以發展學生的認知能力。至於理想實驗的方法還是在高中再學習為宜。
再如:焦耳定律的建立是在大量的定量實驗研究的基礎上總結出的。然而在初中焦耳定律教學中則不便於用實驗定量研究的方法。一方面是缺乏簡便可行的定量研究的儀器;另一方面實驗需要處理的資料較為複雜,涉及的變數較多,而且還有平方項。學生歸納整理資料的能力還不能達到這個層次。教學中透過改進實驗裝置來增強演示實驗效果, 在定性研究的基礎上,透過分析有關因素之後,再介紹焦耳定律, 最後再說明:考慮在電流做功全部用來產生熱量的情況下,用電功的計算公式結合歐姆定律可以匯出焦耳定律, 以勾通物理規律的相互聯絡。這種在定性實驗研究的基礎上進行相關分析的方法,它既避開了教學中因定量研究缺乏精良裝置的技術要求和分析處理資料的複雜過程,同時也不違背學習物理規律的認知規律。它一方面為學生理解焦耳定律提供了感性材料的支援,適應學生學習的心理水平;另一方面使科學方法的教育滲透於知識的學習之中,使學生在學習物理知識的同時學習了研究物理問題的方法。
二、科學方法的教育是國民素質教育的需要
九十年代初,在一項公眾科學素養的對比測試調查中,中國公眾在瞭解科學術語方面與美國相差無幾,但在瞭解科學方法方面卻相差甚遠。中國公眾具有科學素養人數的比例為千分之三,是美國的1/23 ③。這種較大的差距嚴重地阻礙了中國科技事業的進步和國民經濟的發展,提高全民族的科學素養急不可待。然而提高全民族的科學素養離不開教育。因此,在學校教育中加強科學方法的教育不僅是知識教學的需要,也是國民素質教育的需要。
由於物理學科知識層次的特殊性,物理學科中所涉及的科學方法較多,有物理方法、數學方法、邏輯方法、哲學方法等,使得物理學科對學生進行科學方法教育具有"得天獨厚"的條件。物理規律課教學在這方面尤其具有代表性。結合物理規律課教學對學生進行這些科學方法的教育是我們義不容辭的責任。
在初中階段,學生所學的物理規律是一些最基本的規律。雖然它對學生將來解決實際問題所起的作用較小,但是,學生在學習這些規律時所學的科學方法,不僅有利於他們掌握所學的知識,更重要的是透過學習這些科學的方法,使他們學會怎樣去分析和研究問題,培養他們的能力,提高他們的科學素養,有利於他們將來去分析和研究新的問題,去發現新的知識。可見科學方的教育將會使學生終身受益。
由於初中學段又是普及九年義務教育階段,該學段教育面的廣泛性,為在學科教學中透過滲透科學方法的教育來提高全民族的科學素養創造了條件。因此在初中物理教學中,就開始注意挖掘教學內容中科學方法的教育因素,並根據學生學習的心理水平合理選擇教學手段和教學方法, 做到方法教育與知識教學有機的結合,必將使物理學科教學在提高全民族的素質教育中發揮重要作用。
初中物理規律課教學是初中物理教學中最重要的內容之一。由於初中是學生開始接受物理知識教育的啟蒙階段,教材中介紹的物理規律是物理學中最基本的規律。作為啟蒙教育,不僅要"引導學生學習物理學的初步知識及其實際應用",而且還要"培養學生初步的觀察、實驗能力,初步分析、概括能力和應用物理知識解決簡單問題的能力" ①。教育實踐表明:能力的培養既依賴於知識,更依賴於方法。因此,在物理教學過程中,注意結合物理知識的教學對學生進行科學方法的教育是十分必要的。下面僅以初中物理規律課為例,談一點初淺看法。
一、科學方法的教育是物理學科教學的需要
⒈探索物理規律離不開科學方法
物理學是研究物質運動規律的科學。它是人類在認識自然、改造自然的過程中,透過不斷探索和研究事物客觀規律而逐步發展起來的科學。物理學中的每一條規律的發現,都記載著人類科學思維活動和實踐探索的史實。
人類從知道用鑽木取火到認識"做功改變物體的內能"這一規律,經歷了一個漫長的歷史時期。在此期間,人類觀察和研究了大量的摩擦生熱現象,經歷了熱質說和熱運動兩種觀點的對話,出現了用卡和焦耳分別描述熱量和功的不同單位,當焦耳以一系列科學實驗測出熱功當量之後,人們對熱現象的本質才有了清楚的認識。做功改變物體的內能乃至能量轉化與守恆定律的確立都依賴於科學的實驗。沒有科學實驗就沒有物理學知識。實驗方法是科學研究的一個重要方法。
在力學知識方面,從建立力的初步概念到總結出慣性定律,有多位科學家的貢獻。義大利科學家伽利略的理想實驗方法是一個偉大的創舉,它不僅為慣性定律的發現奠定了基礎,同時也開創了一個物理學的典型研究方法。這種方法是在真實實驗的基礎上抓住主要因素, 忽略次要因素,從而深入地揭示現象的本質的方法。它也是科學研究中的一種重要方法。
在電磁學方面,從奧斯特發現電流的磁場以後,揭開了電與磁相 互聯絡的新的一頁。在對立統一規律的哲學思想的指導下,人們又在思考磁能否生電呢?這種逆向思維方法使科學家們在探索由磁生電的途徑中作出了不懈的努力,終於發現了電磁感應現象並總結出電磁感 應規律。也可以說,電磁感應現象的發現是逆向思維方法指導人們實
踐探索的結果。
在物理學的各個分支領域中的規律,也都凝聚著科學家的智慧,譜寫著科學方法的光輝篇章,物理學史也是一部科學方法史。從物理規律的確立與物理知識形成的過程來看,知識和方法是密不可分的。沒有科學方法,就沒有科學實踐,人類對自然界的認識只能停留在感性認識階段,只能積累一些經驗事實,而得不出具有普遍意義的結論,
也就不會有今天豐富的物理知識。
⒉物理教學過程也是科學方法的教育過程
知識是在一定方法上形成的,而一定的方法又是知識的產物②。知識和方法這種緊密的聯絡為我們在物理教學過程中進行科學方法的教育提供了豐富的內容。科學方法的教育是物理教學的一個組成部分。科學方法的教育是物理教學的需要。實踐中我們注意了以下兩點:
⑴結合知識的教學進行科學方法的教育
教學中既不能離開知識去講方法,也不能只講知識不講方法。離開知識講方法就會使方法顯得抽象,過於理性化,學生難以學到;只講知識不講方法,會使學生對知識的來源缺乏認識基礎,元認知能力得不到提高,對知識缺乏深刻的認識,也學不好物理。將科學方法的教育貫穿於物理教學過程之中,既能使學生了解知識的來源,知道知識形成的過程,加深對知識的理解,同時也能學到科學方法,為學生能力的發展打下基礎。
在《平面鏡》這節課教學中,為了使學生掌握平面鏡成像特點,我們採用實驗研究的方法,讓學生透過玻璃觀察點燃的蠟燭的像,比較物、像的大小;再將另一隻等大的蠟燭放於玻璃後,使它與點燃蠟燭的像的位置重合,再次比較物像的大小;透過標出玻璃以及玻璃前後蠟燭的位置,測出蠟燭和它的像到玻璃的距離,連線蠟燭和它的像的位置成直線,測出該直線與玻璃面夾角關係;改變蠟燭到玻璃間的距離重做上述實驗,從而總結出平面鏡成像的特點。這種透過實驗方法來探索物理規律的做法,既使學生學到了平面鏡成像特點的知識,同時也學到了由實驗研究問題的科學方法,培養了學生觀察能力和實驗能力。
在《歐姆定律》的教學中,我們先按教材的思路分別研究了電阻一定時電流與電壓的關係、電壓一定時電流與電阻的關係,在此基礎上初步歸納出電流與電壓和電阻的關係,並說明這種控制變數法是研究複雜問題的一種基本方法,同時也指明這種根據有限的事實概括出的結論的方法是由特殊到一般的方法,它是否正確還必須再由實驗加以檢驗。接著我們又做了同時改變電壓和電阻再測電流的實驗,驗證以上結論。透過這種方法進行《歐姆定律》的教學,既使學生學到了關於電流與電壓和電阻關係的有關知識,同時也學習了研究複雜問題的實驗方法和科學的思維方法。
在物理知識的教學中,注意發揮教學內容中科學方法教育因素的作用,做到方法教育和知識教學有機結合,是培養學生學習能力,提高學生科學素養的有效途徑。
⑵進行科學方法的教育也應遵循循序漸進的原則
循序漸進是教學的一個基本原則,結合物理規律教學進行科學方法的教育同樣也應遵循這一原則。物理知識中聯絡到的科學方法教育內容較多,物理知識有它的層次性,科學方法也有它的層次性。限於初中學生的知識水平和理解能力,我們不能把物理學知識形成過程中所涉及的各種方法都納入課堂教學內容之中,而應該根據教學時限、學生理解能力的層次、學生能力發展以及教學內容的需要,合理地選取方法教育的內容。使方法教育的內容既能與知識教學有機地結合,又能遵循循序漸進的教學原則,使學生在方法的學習中學有所獲。
如在《牛頓第一定律》的教學中,從定律建立所涉及到的方法來看,應介紹伽利略理想實驗的方法。但限於學生抽象思維能力水平,還是應根據教材的思路,進行真實實驗,幫助學生建立感性認識。在此基礎上,透過比較不同摩擦對小車運動距離的影響,再分析阻力越小的情況,實現從感性到理性的過渡,以發展學生的認知能力。至於理想實驗的方法還是在高中再學習為宜。
再如:焦耳定律的建立是在大量的定量實驗研究的基礎上總結出的。然而在初中焦耳定律教學中則不便於用實驗定量研究的方法。一方面是缺乏簡便可行的定量研究的儀器;另一方面實驗需要處理的資料較為複雜,涉及的變數較多,而且還有平方項。學生歸納整理資料的能力還不能達到這個層次。教學中透過改進實驗裝置來增強演示實驗效果, 在定性研究的基礎上,透過分析有關因素之後,再介紹焦耳定律, 最後再說明:考慮在電流做功全部用來產生熱量的情況下,用電功的計算公式結合歐姆定律可以匯出焦耳定律, 以勾通物理規律的相互聯絡。這種在定性實驗研究的基礎上進行相關分析的方法,它既避開了教學中因定量研究缺乏精良裝置的技術要求和分析處理資料的複雜過程,同時也不違背學習物理規律的認知規律。它一方面為學生理解焦耳定律提供了感性材料的支援,適應學生學習的心理水平;另一方面使科學方法的教育滲透於知識的學習之中,使學生在學習物理知識的同時學習了研究物理問題的方法。
二、科學方法的教育是國民素質教育的需要
九十年代初,在一項公眾科學素養的對比測試調查中,中國公眾在瞭解科學術語方面與美國相差無幾,但在瞭解科學方法方面卻相差甚遠。中國公眾具有科學素養人數的比例為千分之三,是美國的1/23 ③。這種較大的差距嚴重地阻礙了中國科技事業的進步和國民經濟的發展,提高全民族的科學素養急不可待。然而提高全民族的科學素養離不開教育。因此,在學校教育中加強科學方法的教育不僅是知識教學的需要,也是國民素質教育的需要。
由於物理學科知識層次的特殊性,物理學科中所涉及的科學方法較多,有物理方法、數學方法、邏輯方法、哲學方法等,使得物理學科對學生進行科學方法教育具有"得天獨厚"的條件。物理規律課教學在這方面尤其具有代表性。結合物理規律課教學對學生進行這些科學方法的教育是我們義不容辭的責任。
在初中階段,學生所學的物理規律是一些最基本的規律。雖然它對學生將來解決實際問題所起的作用較小,但是,學生在學習這些規律時所學的科學方法,不僅有利於他們掌握所學的知識,更重要的是透過學習這些科學的方法,使他們學會怎樣去分析和研究問題,培養他們的能力,提高他們的科學素養,有利於他們將來去分析和研究新的問題,去發現新的知識。可見科學方的教育將會使學生終身受益。
由於初中學段又是普及九年義務教育階段,該學段教育面的廣泛性,為在學科教學中透過滲透科學方法的教育來提高全民族的科學素養創造了條件。因此在初中物理教學中,就開始注意挖掘教學內容中科學方法的教育因素,並根據學生學習的心理水平合理選擇教學手段和教學方法, 做到方法教育與知識教學有機的結合,必將使物理學科教學在提高全民族的素質教育中發揮重要作用。