科学方法教育的显性化尝试

周涵

【摘 要】科学方法是物理现象通达物理知识的必经之路，既不可或缺，也无法逾越，物理知识的应用是一个思维加工和信息处理的过程，问题的分析、知识的选择及其使用也都离不开科学方法的参与。教师要有意识地公开进行科学方法教育，学生通过有意识地学习科学方法，达到理解知识、掌握方法和形成科学态度的目的。

【关键词】科学方法；物理教育；显性教育；知能结构

一、显性教育是隐性教育的飞跃

科学方法教育有隐性和显性两种方式。隐性方式是指让学生的认识过程模拟科学探究过程，但组织教学过程中又不明确揭示其所采用的科学方法。这种方式重在使学生以“潜移默化”的方式受到科学方法的熏陶，感受科学方法，体会到科学研究的方法和策略；而显性教育，是指有意识地公开进行科学方法教育，学生通过有意识地学习科学方法，达到理解知识、掌握方法和形成科学态度的目的。在初中阶段，科学方法隐性教育占重要地位，但在高中和大学阶段，显性教育就显得比较重要，所以物理教学过程中，教师必须对典型的物理科学方法在恰当时机加以显化，才能更好地达到教育之目的。

二、显性教育的理论思路

物理学科的基本结构包括物理学的基本概念、原理、方法以及它们间的相互联系。物理概念和规律是物理知识教学的基础，其形成过程就是应用科学方法的过程，而科学方法作为物理认识活动的中介，是连接物理现象与物理知识的纽带，只有通过科学方法的参与，物理概念和规律才有可能上升为知识形态。物理理论的应用同样需要科学方法的参与。以科学方法为中心的物理学知能结构理论认为，以科学方法作为物理认识活动的中介， 可以展现出它们的相互关系，如图1所示。图中的箭头表明不同部分之间的相互关系。

科学方法处于物理学知能结构图的中心，分别与其他四个部分相连，发生着单向或双向作用。不同部分之间也会发生联系，但这种联系须经由科学方法才可以实现。

三、显性教育教学实践

从物理教学实践来看，科学方法教育主要体现在物理学知能结构的两条路径上。

（1）物理现象→科学方法→物理知识。

这一路径反映了物理知识的获得过程。杨振宁指出：“绝大部分物理学是从现象中来的，现象是物理学的根源。 ”然而，从物理现象出发并不能直接得到物理知识，人们必须经过科学方法的加工整理才能获得物理知识。

科学方法支配着知识的演化和发展，是隐藏在知识背后的一只无形的手，物理教学不仅要按照科学方法的逻辑组织教学，还应该将这种逻辑显现出来，使学生既能体会到逻辑的力量，又能掌握这种逻辑发生的条件和步骤。同时，科学方法具有知识加工、获取和建构等功能，“应将方法视为比知识更重要的东西，视为知识的脉络，按照科学方法所展示的路子，去织教材，安排教学进程”。进行科学方法教育需要与知识教学相结合。

物理实验是研究物理学的基础和基本方法。例如单就《实验探究加速度与力、质量的关系》的基本程序：实验原理如何设计，实验具体需要如何操作，实验数据如何处理，每一个过程都蕴含着丰富的科学方法教育因素。设计原理时需要运用控制变量法从而确定a跟F、M的定量关系；使用直接测量的方法还是用比较的方法来确定加速度；操作前，通过让小车在运动轨道上匀速下滑，以平衡摩擦力来减少误差，运用了等效替代与平衡的思想方法；当盘和砝码所受的总质量m远小于小车的质量M时，就可以让它们的重力当作小车受到的合外力用到了近似的方法；运用图象方法处理实验数据时，可以使这图线反映的物理规律更形象、更直观；横轴以l/M表示，这种将被测量量作某种更换，恰当选择横轴表示的物理量更科学和准确……牛顿第二定律的建立应用了实验法、控制变量法、图像法、化曲为直法以及比例系数法等科学方法，在教学中，还要教给学生形成规律的科学方法：提出问题、比较和分类、观察实验、归纳和演绎、得出物理规律……显然，物理教学应该分析和择取其中的科学方法教育因素、进行这些科学方法的显性教育。

在物理知识教学中必须进行科学方法显性教育，必须讲清楚科学方法，才能使学生掌握科学方法。通过物理科学方法的教育还能让学生体会科学精神的精髓，平时就养成认真严谨的态度，这样的态度对学习和以后的工作有帮助。

（2）物理知识→科学方法→延伸和应用。

这一路径反映了物理知识的应用过程。科学方法决定了知识的应用和发展，知识的应用和发展离不开科学方法，只有通过科学方法组织起来的知识才会形成清晰、严密和灵活的认知结构，才能不断地接收和包容新的知识，人们也只有熟练地掌握科学方法，才能迅速准确地解决实际问题，进行创造性的活动。在某种情况下，知识本身也是具有科学方法的意义。

物理概念和规律的引伸和扩展也要运用一些科学方法，教师要将解决物理问题中使用的科学方法显化出来，引导学生掌握这些方法。例如，由物体受一个力作用时物体的加速度与力、质量的关系扩展到几个力作用时物体的加速度与力、质量的关系时，要运用等效方法加以过渡和连结，这个“等效替代”就是科学方法教育因素。

在物理习题教学中也可以很好的融合物理科学教育的培养。比如图像法是用数学手段解决物理问题的方法，平时的教学中要选择适当的习题提高学生识图和作图的能力，如图像表示的是哪两个物理量的关系，它们之间的变化规律是什么，图像中的斜率、截距、图像下所围的阴影面积的意义、极点坐标和交点坐标的意义是否理解，图像中还隐含了哪些物理变化规律……

科学方法的学习有助于促进物理知识的掌握，更好地促进学生的认识结构呈网络化，有助于學生借助科学方法解决新的问题，促进迁移。明确了科学方法在物理学知能结构中的核心地位，物理教学中应该进行科学方法显性教育，帮助学生学习和理解科学方法。