科学方法是指人们在探索自然、发现规律、获取知识的过程中所采取的各种途径、步骤与手段。科学的任务就是揭示事物发展的客观规律, 探求真理, 作为人们进一步认识世界、改造世界的指南。
教师要善于结合具体的教学内容, 适时地进行科学方法教育。使学生在学习中不仅学到知识和技能, 还能从中学习到一些基本的科学方法。而方法问题才是最基本的、能起长远作用的东西, 这是科学的本质和精髓。让学生学到一些基本的科学方法, 应成为物理教学的重要组成部分。这对帮助学生继续学习, 以及对将来从事社会实际工作, 都有普遍意义。下面就教学中如何开展科学方法教育, 谈几点认识。
1 科学方法与分类
在物理教学中, 科学方法就是指在研究物理问题的过程中所建立与提炼出的一些方法、步骤和手段。物理学的发展史表明, 物理学是伴随着科学方法的而发展起来的。物理学的研究认为, 物理学中的基本科学方法可以包括三个层次, 即具体方法;逻辑思维方法;分析与综合、解决实际问题的方法。
1.1 具体方法
第一层次的具体方法, 是指人们在研究和解决某些具体问题中所建立和采用的一些比较直接的方法。例如, 求物体重心时所采用的悬挂法;求圆周率时用圆内接正多边形周长代替圆周长的方法;测量曲线长度时所采用的以直代曲的方法;研究透镜成像的几何作图法;以及利用扭秤测定微小力的方法等, 均属此类方法。
1.2 逻辑思维方法
第二层次的逻辑思维方法, 简称逻辑方法。它是指人们在认识物理现象的过程中借助于概念、判断、推理等思维形式, 能动地反映客观现实的思维方法。只有经过逻辑思维, 人们才能达到对具体事物本质的把握, 进而认识客观世界和发现客观规律。
逻辑思维的基本形式是概念、判断、推理。逻辑思维方法主要有归纳和演绎、分析和综合等。逻辑思维是人的认识的高级阶段, 即理性认识阶段。与形象思维不同, 它以抽象为特征, 通过对感性材料的分析思考, 撇开事物的具体形象和个别属性, 揭示客观物质的本质特征, 形成概念并运用概念进行判断和推理, 进而来概括地反映客观世界。例如, 伽利略的理想斜面方法就是这种逻辑思维方法的典范。
1.3 分析与综合、解决实际问题的方法
第三层次的分析与综合、解决实际问题的方法, 也属于辩证逻辑方法之一。分析是把事物分解为各个部分加以考察的方法, 综合是把事物的各个部分联结成一个整体加以考察的方法。辩证逻辑把分析与综合看作是认识过程中相互联系着的两个方面, 并把它们作为一种统一的思维方法。人们就是借助于这一方法来揭示事物的本质和内在联系, 以获得关于事物既具多样性, 又有统一性的知识体系。
人们认识事物从现象到本质、从不太深刻的本质到更为深刻的本质, 就表现为分析-综合-再分析-再综合这样相互转化运动的过程。分析与综合的这种辩证关系既是辩证思维的特点, 也是辩证逻辑方法的主要表现形式。对分析与综合的辩证统一的认识, 是人类思维长期发展的结果。
2 实施科学方法教育的几种途径
在物理教学中开展科学方法教育, 使学生从中领悟和掌握一些最基本的科学方法是培养和提高学生科学素质的重要方面。
2.1 利用物理学史进行方法教育
例如, 在历史上, 人们都普遍地认为“静止”是物体的自然状态, 要使物体保持运动必须对物体施力;如果撤去力, 物体就会自然地停下来。但这个经验是错误的。伽利略对此提出了不同的看法。伽利略通过对理想斜面实验的分析, 认为当一个物体在光滑斜面上运动时, 物体由于受到重力作用而作加速运动;如果减小斜面的倾角, 物体的加速度将变小;如果斜面的倾角减小到零而变成水平面时, 重力对物体的运动将不再产生作用, 物体则保持其匀速直线运动状态不变。伽利略的理想斜面实验, 是建立在可靠的事实基础之上的, 是令人信服的。这是经验与思维的结晶。伽利略的这一研究为牛顿第一定律的发现奠定了基础。在物理教学中, 与此类似的史例还有很多。教师要善于把握时机, 对学生适时地开展科学方法教育。
2.2 充分发挥教科书的作用
在学习质点概念时, 指出质点就是建立在物体都有质量, 都占有空间位置这两个主要特性上的理想模型, 而忽略了具体物体的大小、形状以及内部结构等次要因素, 因而使问题的研究得以简化。质点是对实际物体抽象而得出的理想模型, 它既反映了客观事物的本质特征, 又简化了研究问题的手续和过程, 从而有力地促进了力学的研究和发展。理想模型方法是科学研究的基本方法。理想模型来源于实践又高于实践。建立理想模型的目的, 就是要抓事物的主要矛盾。在探索客观规律的进程中, 科学家们会不断地提出新的理想模型, 并依此来创立新的科学理论, 进一步揭示大自然的奥秘。
还如, 在学习合力与分力、力的合成与力的分解时, 就用到了分析、综合、等效方法。力的合成就是用一个力替代几个力, 从而使物体的受力个数减少, 达到使问题简化的目的。力的分解则是利用几个力替代一个力, 这时力的个数虽然增多了, 但原来的那个力可能是不容易分析和求解的, 而替代后的分力则是便于分析和求解的, 从而也能使物体的受力分析变得容易, 或是使问题的实质更加清晰。应指出, 合力和分力并不是物体实际受到的力, 它是对力的作用效果所作的一种等效替代方法。这种方法在自然科学的许多领域都有较为广泛的运用。
2.3 为学生创造学习科学方法的机会
物理学与生活、生产和科学技术都有非常广泛的联系。物理学的研究对象决定了这是一门具有广泛应用性的科学。在教学中, 教师要结合具体教学内容, 善于从中挖掘素材, 积极地为学生创造适当的学习与探索科学方法的机会。
例如, 在学习单摆时, 就可让学生通过自己动手, 带着问题去思考、去探索, 使学生在学习和解决问题的过程中, 训练思维、掌握方法、提高能力。可让学生每3~5人结合为一个小组, 每组准备一块手表、一个直尺、一把小锁和一根1米多长的细线, 并自制成单摆。测量和记录当摆长分别为1m、0.75m、.05m时, 摆动50次所用的时间。再根据实验测量所得的数据, 计算出不同摆长1次全振动所用时间 (即周期) , 并从中找出周期与摆长的关系T=2πl/g。在这样的学习中, 学生通过自己动手, 提高了实验能力;通过记录和计算, 提高了计算能力;通过思考、分析和总结, 提高了思维能力, 掌握了解决实际问题的科学方法。
以上几种方法在实践运用中并不是孤立的, 而是相互促进、不断发展变化的。教师要善于采用灵活多样的教学方法, 为学生在课内或课外创造一些能够学习科学方法的条件。通过教师的创造性劳动, 通过不同形式的重视科学方法教育的教学活动, 课本中的知识、技能和方法就会在学生的心中活起来, 学生的知识构成也将因此而显得更加丰富。
通过丰富多彩的教学活动, 怎样让学生从中学习和掌握一些基本的科学方法, 应成为教育改革和科教创新的重要研究内容。
摘要：本文讨论了物理教学中几种常见的科学方法与分类, 实施科学方法教育的几种途径, 以及怎样为学生创造学习科学方法的机会。
关键词：科学方法教育,教育研究