（课程与教学论专业论文）新课程理念下的物理科学方法教育.pdf

中文摘要 教育要面向现代化、面向世界、ih i 向未来。整休教育界达成了一个 共识:教育要以提高国民索质为宗旨，为学生的终身发展需要服务。中 华人民共和国教育部于2 0 0 1 年 卜 发了 普通高中物理课程标准 ， 对物 理学科的教学要求做了很大的调整，就过程与方法提出了具体的要求。 众所周知，国民的科学素养是关系一个国家、民族能否在激烈的国际竞 争中生存的重要因素。而国际上普遍认为，具有科学素养的主要内涵之 一就是要对 “ 利 一 学力 一 法”达到基本的了解程度。 本文运用逻辑思维方法、 文献法等理论研究方法，围绕在物理教学 中进 行有效的科学方法教 学进行较为深 入的探讨。首 先， 在国内 外关于 “ 科学方法” 论述已经趋于成熟、 比较成型的基础 卜 ， 结合认知心理学、 发展心理学及物理教育教学的特点为教育工作者提供 一 个更加具有针 对性的 “ 科学方法” 教育分类法;其次，对科学方法在人头脑中生长 的各个阶段加以分析，并着重分析了如何认识科学方法创新，提出了科 学方法创新的三个条件:第三，探讨了科学方法教学策略的微观模式， 并对其评价方式进行 了简述。 关键词 :物理教学二维定位法 科学方法创新教学策略 a b s t r a c t l d u c a t i o n s h o u l d f a c e t h e m o d e r n i z a t i o n 、f a c e t h e w o r l d a n d f a c e t h e f u t u r e . t h e c i r c l e o f e d u c a t i o n r e a c h a n a g r e e m e n t : ed u c ati o n s h o ul d s e r v e f o r t h e n e e d s o f s t u d e n t s a n d ai m a t i m p r o v i n g t h e q u a l i t y o f t h e n a t i o n . t h e r n o r m a l s t a n d a r d o f g e n e r a l s e n i o r s c h o o l p h y s i c s c u r r i c u i u m ) i s s u e d b y t h e n a t i o n a l e d u c a t i o n d e p a r t m e n t w h i c h i s t s s p e c i f i c i n 2 0 0 1 m a k e s a s i g n i f i c a n t a d j u s t m e n t， i n ai m s . a s w el l k n o w n.t h e n at i o n a l q u a l i t y m a t t e r s t h e e x i s t e n c e o f a c o u n t r y、 t h e f i e r c e i n t e r n a t i o n a l c o m p e t e n c e . a t t h e a n at i o n s ci e nt i fi c w h e n f a c i n g s a m e t i m e , t h e w o r l d r e g a r d s t h e b a s i c g r a s p o f s c i e n t i f i c m e t h o d a s o n e i m p o r t a n t f a c t o r . i n t h i s t h e s i s， t h e a u t h o r f o c u s e s o n t h e e f f e c t i v e n e s s o f s c i e n t i f i c m e t h o d t e a c h i n g a n d m a k e s a d e e p e r d i s c u s s i o n b y m e a n s o r c o n s u l t i n g l o g i c t h i n k i n g a s w e l l a s d o c u m e n t s. f i r s t o f a l l , b a s i n g o n t h e e x i s t e d、m a t u r e e x p l a n a t i o n a n d f i x e d m o d e l ， i p r o p o s e a n e d u c a t i o n - o r i e n t e d c o g n i t i v e c l a s s i f i c a t i o n w h i c h c o n c e r n e d t h e c o g n i t i v e p s y c h o l o g y , d e v e l o p i n g p s y c h o l o g y a n d p h y s i c s t e a c h i n g f e a t u r e . s e c o n d l y , m a k i n g d i f f e r e n t a n a l y s i s o n s c i e n t i f i c m e t h o d t o e v e r y s t a g e , i nw h i c he m p h a s i z e s o n i t s i n n o v a t i o n . i n t h e r o t l o w i n g p a r t , t h e a u t h o r s t u d i e s i t s t e a c h i n gs t r a t e g ya 门 d m i c r o - m o d e l a n d t h e e v a l u a t i o n i s a l s o i n c l u d e d . k e y w o r d s :p h y s i c s t e a c h i n g , t h r e e - d i m e n s i o n o r i e n t e d s c i e n t i fi c m et h o d i n n ov at i o n t e a c h i n g s t r a t e g y 独创性声明 木人声明所 i-1 1, 交的学位论文是木人在导师指导 卜 进行的研究 作及取 得的研究成果。 据我所知， 除 了文中特别加以标u 牙i l 致谢的地方外，沦义中 小包含i i: 他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得东 il 帅范人学 或其他教育 机构的学位或证 i w (ij 使川 过的 材料。 与我一同 ! 作的同 志对本 研 究所做的4 叶11 贡献均已在论文中作了明确的说明井表5 1c 谢怠 学 位 论 文 作 者 签 名 准 r,/ -j - 丸 .二，期 :-,a v i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东二 比 师范大学有关保留、使川学位 沦文的规定，即:东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机 构送交学位论文的交印件和磁盘，允许 沦文被查阅和借阅。木人 授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据川 进行检索，. ij 以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位沦文作者签名 i 1 ! j 1 越 亥 : 渔 华石 二 / 指导教师签名 f l期妙 学位沦文们 _ 作单位: 通 讯1 t ! 1 1 l : . i l 邮编:吞 乙 不 新课程理念下的物理科学方法教育 引言 适值新一轮课程改革， 整个教育体系都在朝着面向学生、 发 展学生的方向转变。但是如何最大限度地发展学生，使之能够禁 得住社会之考验，撑得起中华之脊梁，是摆在我们每位教育工作 者面前的紧迫任务。 综观物理学的教育功能，物理科学作为自然科学的重要分支， 小仅对物质文明的进步起到了重要的推动作用，而目在深化对自 然界的认识以及人类思维的发展方面也产生了深远的影响。从亚 里士多德时代的 自 然哲学，到牛顿时代的经典力学，直至现代物 理中的相对论和量子力学， 都是人类科学探索、科学精神以及科 学方法的有形体现。广泛使用的各种科学方法和频繁应用的抽象 思维，使它在培养人的素质、使人具备受益终身的科学方法方面 具有独特的学科优势。查阅教育教学的有关书籍 ，就科学方法方 ifr i 的文章一直倍受关注，而能够将其成功地移植到教育领域，并 得到切实操作的案例却少之甚少。究其原因，一是就科学方法的 分类而言，大多停留在哲学层面，或者着眼于其普遍性上，与教 育教学有一段距离;二是在教学中，教师对学生这方ib i 的关注不 够了解不足;再一个原因就是日前科学方法的教学策略缺乏系 统的阐述 。 鉴于此，综合教育心理学、认知心理学以及现代教育理论， 在吸取前人宝贵研究经验的基础上，提出个人的一点教育主张和 见解，试图为教育同行在科学方法教育教学方面提供一点对策。 力求这项丁作能够丰富现代教育理论，并能够在解决科学方法的 教学效率低下，甚至是停步不前的状况方面贡献一点微薄之力。 衷心希望依此能真正促进学生的发展，达到提高青少年科学素养 的最 终 日的。 科 学 方 法 的 实 施 怠 义 一、科学方法的实施意义 “ 方法”一词起源于希腊词 “ u 0 a 6 a u e ” ，它本来 的导 二 而意思是沿着 ( 正确的)道路运动。通俗解释为:为了解决某一 问题，从实践或者理论上所采取的各种手段或者方式的总和。 物理科学方法就是研究、描述物理现象、实施物理实验、总结、 检验物理规律时所应用的各种手段与方法。物理科学方法教育狭义地 理解是把各种物理学研究方法的名称、内容、 作用和用法传授给学生， 使学生能够逐步地掌握和运用;广义地理解是在物理教学中有意识地 渗透或者传授物理学的研究方法，使学生得到物理学研究方法的熏陶 和训练，最终能够做到不自觉地掌握和运用这些方法“ 少 。 ( 一) 历史背景 科学力 一 法教育思想是随着社会发展而产生的。科学技术革命要求 未来的劳动者具有一定的科学知识，而在学习科学知识的过程中，各 科 ， 科学方法的掌握开始引起了人们的注意。较早关注这一问题的是英 国 教育家 洛克( j . l o c k e , 1 6 3 2 1 7 0 4 ) 和法国 哲学家伏尔泰( v o l t a i r e , 1 6 9 4 -1 7 7 8 ) 。他们各自 从一定意义上阐明了 方法的实施途径和重要 j胜，具有 一 定的教育主张，可以看成是早期的科学方法教育思想的萌 芽。 第次较明确地提出科学方法教育思想的是 ! 8世纪法国教育家 狄德罗 ( d . d i d e r o t , 1 7 1 3 1 7 8 4 ) 。他受培根的唯物主义反映论和实 验论的影响， 认为“ 学习和研究科学知识， 必须要有正确的科学方法， ， 井较详细地沦述 了获得知识的三种方法: 第一种方法是 “ 观察” ，观察 自然事物、收集科学事实是获取科学知识的基础;第二种方法是 “ 思 考” ， “ 思考是把它们组合起来” ， 从个别上升到 一般， 使得认识深化 和 发展; 第三 种方法是 “ 实验” ， 概念只有经过 “ 一连串山 许多实验连成 张宪魁 欣 物理学习方法论i mi陕西人民出版社1 9 9 2 3 7 8负 新 课 程 理 念 下 的 物 理 科 学 方 法 教 育 的不断的 锁链” 的检验， 才可以证实其是 真是假， 是否可靠。由于当 时自 然科学课程正为进入学校并取得应有的地位而 与人文科学奋力进 行杭争，因此这一思想并未受到重 视，但是从理科教育发展史来看 却有着非常重要的意义。 _ 卜 l l_ 纪初，美国实用主义教育家杜威对于有效地实施科学方法 教学的问题进行了探讨。他对教与学的途径进行了卓有成效的理论研 究，并在实践中得到世界的广泛认可和推崇。杜威没有把科学知识摆 在科学教育的核心地位，他认识到， “ 知识决不是固定的、 永恒的、不 变的，作为探究过程的一部分，既作为这个过程的结果，同时又作为 另一 个探究 过程的 起点，它始终有待于再观察、再检验、 再证实” 气 而科学方法则不然，它具有永恒的教育价值，它反映或者代表的是儿 章的反省思维水平， 对于经验的发展和智力的提高是更为根本的东西。 因此，有理由 “ 系统地运用科学方法，把它当作对经验中潜在力量进 t 口 望 智开发与 探索的模式和理想” 。 从中， 我们能够深刻地体会到在 教育实践，一 “ ，杜威有着 自己明确的教育主张:课程的实施与教学过程 要格外重视科学方法的教育。 ( 二)科学方法的实施意义 科学素养是人的素质的一个重要方面， 国际 l 采用 “三个理解 ” 的指标来评估公众的科学素养，即对科学知识( 词汇和概念)的理解: 对利学研究过程和方法的理解;对科技的、社会影响的理解。三项指 标全达标， 刁 一 被认为具备科学素养。这“ 三个理解”指标，使得人们 认 识到科学方法教育是 现代科技教育不可缺少的要素之一，己 经成为 学校教学的一项主要任务。 英国教育和科学部在 1 9 8 6 年所作的一份 5 一1 6岁科学教育的政策性报告中甚至称 “ 科学教育的主要特征是向 学生 介绍科学方法” 。 戴本博 :七 编 凉 福克斯 4 月 泛 宁g g i 9 i 林i i 摘 v 卜 ic i 教w史 ml人民教育出版社 1 9 9 0 . 1 2 0贝 方良 译 约翰川 威一布普纳， d 扫 _ 威的学说比较教育研究 ! 9 8 曰 科 学文 化与 教育 1 m l苏 州人学学报 ( 哲f l 版)1 9 9 8 .2 一份英国教育和科学部关十科学教育的报告01课程 教材 教法 1 9 9 6 ( 1 ) 5 科学方法的实施.e z 义 科学方法教育是我们的教育工作中的重要内容。实际上，多年以 来在进行物理教学的过程中，我们教师都在自觉或者不自觉地进行着 某种物理学思想和物理学方法的教育。在物理教学中，物理科学方法 教育一直是一个重要的课题，无论从什么角度来看，做好物理科学方 法教学 i_ 作，都是刻不容缓的。然而，在今天格外提出来，是有其特 殊的时代意义的。 首先，物理学木身的发展，给人们提出了许多物理学方法论的新 课题 。 物理学的新进展使人们对世界的认识和感受发生了很人的变化， 同时也为人们对探索世界的方法提出了更新的要求。实践证明，t- - 次重大科学理论的诞生，常常伴随着新的科学方法的产生，物理学的 发展史，也是一部物理学方法论的发展史。爱因斯坦是现代物理学的 主要创始人和奠基人，与伽利略、牛顿等科学家一样，在创立其博大 精深的科学理沦体系的同时，他也以极大的热忱关心和探讨着科学方 法论。根据 2 0世纪物理学发展的特点，爱因斯坦明确地指出:“ 适用 于科学幼年时代 的以归纳法为主的方法 ，正在让位给探索性的演绎 法。 ”就物理概念与经验的关系， 他认为近代物理学的公理基础不是从 经验中得出来的，而是通过 “ 自由想象”创造出来的。正是基 于这样 个 “ 以推理为工具到以概念为工具的方法”的改变，爱因斯如提出 了他的概念方法沦。爱因斯坦洞悉了普朗克提出的 “ 能量子”这一个 概念假设的革命意义，于 1 9 0 5 年把它发展成 “ 光量子”的理论， 他指 出，如果接受了普朗克的 “ 光量子”假说，那么将会很白然地解释当 时电磁理沦所无法解释的光电效应现象。由此，爱因斯坦开创了现代 物理学的新纪元，使人们以一种新的眼光来审视和探索我们这个物质 世界。 其次，学生的个人发展，对科学方法教育提出了紧迫的要求。 在中学物理教育中，学生的发展进步，主要体现在发展学生多方 面的能力上，在诸多能力中，创造能力是核心，而创造能力的培养关 键是“ 物理科学方法教育” ，也就是在传授知识的同时，渗透物理科 学方法的学习。在个人长远发展进程中，科学方法扮演着一个不可代 新 课程 理 念 卜 的 物 理 科 7方 法 教 a 科的角色。知识含量的剧增使得人们认识到， 要使学生真正学好知识， 还必须会运用这些知识去探究新的知识， 去解决实际的问题， 要做到这 一点，就要掌握方法。纯粹的知识是客观存在的、不变的，无法满足 人终身发展和终身学习的客观要求。物理教育工作者经过长期的探讨 和研究得到一个共识:无 沦大、中、小学的什么学科，首先要学习这 门学科的基本方法。学科知识和科学方法是构成任何一门学科的两个 关键因素，而月 _ 后者的价值并不小于前者;许多远见卓识的教育家都 认可这样 一 个结论:通过科学方法的教学所得到的利益远远超过对科 学知识本身的教学研究。通过进行科学方法的教育，使学生逐步掌握 科学的方法，养成 了 科学的作风，就可使科学的思想逐步扎根在学 l . 的头脑之中，为学 1 =. 的长远发展奠定良好的基础。 第三、物理课程标准要求我们将物理学方法论渗透到新课程和新 教材中去 信 息时代的学/ 可以从多种渠道获取知识和信息，他们的所知、 所感很可能超过教师，如此看来，以往过分强调知识传承的倾句 ，会 落后于时代的步伐，阴碍着学生的发展。为了适应未来社会的发展， 中学生必须在学习科学技术知识的同时，掌握能够终身受益的科学方 法。在我国新一轮的课程改革中，所提倡的探究式教学就是一种融科 学知识、科学方法于一身，鼓励并促进学生积极提出问题和探索解决 力案的一种教育方式。 物理课程标准 对物理学科的侧重点做 了 很大 的调整，其重要理念就是要格外关注人的发展，重视人终身发展的需 求。在高中课程标准中特别列出了过程与科学方法的教育 日标，凸显 利学方法的重要地位。例如，共同必修模块一物理 1 、物理 2中提出 “ 初步了解物理学的特性和研究方法，体会物理学在生产和生活 中 的应用以 及对社会发展的 影响， ” : 在选修系列中， 同样有不 同程度的提及，例如选修系列之选修 3 一1 、选修 3 -2 ,选修 3 一3 , 选修 3 -4 、选修 3 -5中 “ 本系列课程模块侧重让学生较为全而地学 习物理学的基本内容，进一步了解物理学的思想和方法，转为深入f lh . ， 中华人们共和国教育部制定 物理课程标准 ( 实验) 人民教育出版社2 0 0 3 .4 5贝 5 科学方法的实施意义 认识物理学在技术中的应用以 及对经济、 社会的影响毋 ， 。 科学技术在 当代社会经济发展中已成为一种决定性因素， “ 科教兴国” 于 是反映了 现代科技发展和社会发展的需要。 物理学是现代科学技术的基础科学， 作为基础学科教育的物理教育对于培养年轻一代只各基本的科学思想 和科学素养起着十分突出的作用。物理学方法沦是介于一般哲学方法 和物理学本身的学科研究方法之间的中间层次方法，对于从整体土提 高人的科学素质具有不可并代的作用，因此在新课程改革中加人科学 方法教育的比重，对于培养和提高全体学生的科学素养，使之能够应 对现代社会和未来发展的挑战，为学生的终身发展服务，具有深远的 意义 。 大量事实证明，只有科学方法才能有效保证人们取得创造活动的 积极成果，不断地深化人们对客观规律的真理性 认识。例如，摩擦沪 三 火，样夜交替，这些都是人们在很早以前就己经知道的感性知识。但 这些感性知识只能告诉人们一些事实的外部联系，而不能揭示内在的 规律。要解决这 一问题，必须有效运用科学方法，经过大量的科学观 察和科学实验，刁 能揭示物质燃烧过程和规律、能量守衡和转化的规 律、地球自转和绕 日公转的规律，从而促进人们 自觉地运用这些规律 进行创造 活动。 ( 三)我国物理科学方法的教育现状 在本世纪三十年代，科学学的创始人英国科学家 j .。贝尔纳强 调:教育要重视科学发现过程。他认为科学发现的目的有 二:提供己 经从 自 然界获得的系统知识基础，并且有效地传授过去和将来用来探 索知识的方法。如果学生不了解知识是怎样获得的，如果学生不能够 以某种方式亲身参加科学发现的过程，就绝对无法使他充分了解现有 的科学知识的全貌，现在科学教育的失误正是在后一力 一 而显得尤为明 显。 我国 从 9 0年代初开 始了每两年一次的 连续跟踪调查。土 9 9 2年， 中国科协 “ 中国公众科学技术素养调查”课题组在全国范围内进行了 中华人们共和国教育部制定 物理课程标准 ( 实验) 人民教育出版社2 0 0 3 .4 6 4 a 新 课 程 理 念 下 的 物 理 科 学 方 法 教 育 首次的中国公众对 一 科学技术态度的成年人抽样调查。 调查表明， 具备理 解科学知识水平的中国公众的比例与美国公众的比例相差并不太多 向对利学方法的理解及对一 科学技术的理解却落后 f 美ij l , 特别是对一 科 学方法的理解。 9 0 年代初，我国召开了首届物理科学方法教育研讨会，对利学方 法教育的现状进行了总结，肯定了在物理教学实践中，) 一 大物理教育 工作者为 祖国的现代化建设输送了 一批批的 优秀人才，同时也 为科学 方法教育的理沦和实践探讨做出了重要贡献。从此，在各种教育科研 杂志以及教学管理的改革论坛上，关于科学方法教育的分析与探讨也 从未停止过，涌现出诸多优秀的教学案例和突出的教学事迹，物理科 学方法教育的地位和作用受到了一定程度的重视。 然而，反思我们过去的教育，仍存在着许多不令人满意的状况: 教学过程中没有令人产生震撼感觉的突发奇想:没有刘知识的演进进 行提示性的剖析:对某此前人曾有的谬误也只字不提;在学校实验课 堂中，所做的实验不过就是去证实那些业已摆到面前的、且早知如此 的实验;学生对于兴趣和方法所进行的探讨也难以得到应有的鼓励。 “ 物理科学方法教育” 的理论和实证研究存在着诸多不同的途径。 鉴于 每个人对科学方法的认识不同，导致了实施起来的差异性。 “ 物理 科学方法教育”的研究由来己久，1 9 8 8 年初，国际教育成就评价1办 会 发表了关于 s 工 s s( 第二次国际科学教育研究)的研究报告。这个报告 对各国学生的科学方法的教育状况进行了测量和对比，对我国的科学 方法教育的进展是一个极大的触动，折射出我国科学教育最主要的失 误是:没有正确和全面地理解科学教育，把科学教育认为是传授浓缩 了的科学知识。具体说来，存在以下几个特点: ( 1 )重结果而轻过程。教师把现成的结论灌输给学生， 很少去顾 及学习科学方法的重要意义，认为只要得到了结论的正确，就算是成 功地完成了教学任务，在教学中忽略了方法的渗透。对这种现象，贝 尔纳评认为: “ 科学司 一 以让小孩子了解科学发现的成果， 从而得到 一 点 关于他们所在宁宙的知识，同时通过学习方法，教他们学会用逻辑方 科学方法的实施怠义 法和归纳方法思维，他们在第一个目标上取得了某些有限的成就，但 是在第二个目标上却一事无成。 ” 学会生存也明确指出: “ 掌握科 学思想和科学语 台，像掌握其它思想与表达思想的手段一样，对于一 般人来说，己经成为不可缺少的了。但是我们不能把这 一 点理解为积 累一堆知识，而应该理解为掌握基木的科学方法。 ” ( 2 )不能有效地教授科学方法。教学中，许多教师常常存在这样 个问题:对科学方法缺乏系统的教学思路和完整的想法，导致实施 起来的随意性和或然性，由此造成的科学方法教育效率低 卜 的状况。 ( 3 ) 缺乏合理的评价方式。由于没有合理的科学方法评价观和评 价体系，学生学习科学方法的热情无法得到鼓励和发展。lc ! v 1 的应试 教育指导下，缺乏对科学方法教育进行合理评价的机制，使得科学方 法的教育 目 标难以得到体现和落实。 以上描述了我们在物理教育中的弊端、指出了工作中的不足。为 此，我们的教育工作应该针对这些问题进行适当、适时的改善。 新课程理念下的物理科学方法教育 二、科学方法的分类浅析 ( 一)己有的科学方法分类简介 通常，我们按照以下两种方式对科学方法的类别进行划分: 1 、根据 方法论本身是否具有较为 成熟的 模式， 而把物理学的研究 方法分为两大类。 一类是具有一定规律和程式的常规方法。如观察实验方法、逻辑 思维方法、数学方法等三种，而每一种方法中又包含一些具体的方法; 另一类是非常规方法。这类方法的产生常带有或然性，它的运用有些 “ 变幻莫测” ，其特征与艺术的表现方法有些相似，有时还会夹带一些 戏剧性事件，诸如直觉、灵感、猜测等方法。另外，我们物理美学、 物理学家的失误 以及物理学悖论在物理学的发展中，也具有方法论的 作用和意义，所以常常也把它们归于非常规的方法中加以探讨和研究。 2 、按照普遍性的程度，而把科学方法大体分为三个层次。 第一个层次就是在解决个别问 题的时候使用的一 些特殊方法。 如 隔离分析、等效变换、叠加法、对称法、极端分析法及近似处理法等; 第二个层次就是解决各种问 题中使用的一般科学方法。 如观察、 实验、 科学抽象、数学方法、 科学 假说以 及理想化方法。 这些方法是从特殊方法中 概括和发展而来的， 又对特殊科学方法 起着指导作用;第三个层次就是一般哲学方法。如比较、概括、分析、 综合 、演绎、归纳等。它适合于人类的各种科学文化活动，是最具普 遍性的科学方法，是前两个层次方法的结晶。大多数的物理科学方法 属于这个分类中的第二类。这些方法分类的层次清晰，易于从整体上 进行把握。然而在具体的教育实践中，其实际的教学价值很少能够得 以体现，并且从某种意义上说，存在着浓厚的机械决定论的色彩，因 其较少考虑学生的个人因素，致使科学方法教育在教学过程中显得力 不从心。为了在物理教学中 提高科学方法的教育教学效率，真正把科 学方法的教育落到实处，我们有必要重新审视科学方法的分类定位方 7 ) 。羊国著粼的认知派教育心理学家奥苏伯尔在他的著作 教育心理 科 学 方 法 的 分 类 浅 析 学: 一 种 认知观( e d u c a t i o n a l p s y c h o l o g y : a c o g n i t i v e v i e w ) ( 1 9 7 8 年) 中，把教材作为学习中的认知因素而对教材的展开顺序进行了详尽的 探讨。他认为教学的组织不能只考虑学科知识的逻辑休系，也要考虑 学生的生理特点和心理发展特点;这就要求科学方法的教育要兼顾学 科知识和学生的学习心理及思维特点，以此为基础来开展教学，使科 学方法教育与学生实际状况相吻合。因此，鉴于不同年龄阶段学生的 认知发展情况不同，心理素质的成熟状况不一的实际，应该分阶段、 各有侧重地对他们的科学方法的培养提出要求。正是从这个意义出发， 我们对科学方法进行一次试探性的分类，以期为教育工作者提供一个 可遵循、便于探讨的科学方法分类体系。 ( 二) 青少 年思维特点 现状调查分析 受发展心理学的影响，课程与教学论专家几乎都形成了一个共识: 课程与教学应当建立在学生的认知基础上，要考虑并且符合学生的认 知 特征 。 通过己 有的 调查问 卷， 针对中学生的抽象思维和形象思维分 析，研究者得出了以下两个结论 ( 胡卫平 1 9 9 9 年) : 1 、中学生抽象思维发展分析 高中生已经开始具备物理抽象思维能力，但只是初步的，还未 成熟，与应该能达到的水平有一定的差距; 在物理抽象思维的方法方面，逻辑推理较成熟分析综合较差， 抽象概括最差; 在物理抽象思维的品质方面，灵活性优于深刻性; 高三学生的物理抽象思维能力优于高二学生，且有显著性差异; 男、女生的物理抽象思维能力存在差异，总体说来，男生优于 女生，但不显著; 物理抽象思维能力对物理学习的影响是显著的; 结论:为有效地培养中学生的物理抽象思维能力，需要更新观念， 改进教学方法。 陈旭远课程与教学论东北师范大学出版社 2 0 0 2年5 8页 胡卫平高中生物理抽象思维能力发展研究 心理发展与教育 1 9 9 9 年 第二期 新课程理念下的物理科学方法教育 2 、中学生形象思维发展分析 中学生科学形象思维能力的发展是中学生科学思维能力发展的一 个重要方面，同时，它还是创造性思维能力的基础。在参考有关资料 的基础上，针对中学生科学思维能力的指标，并对来 自不同学校的初 中、 高中 共2 0 0 名学生进行了 测量和评价， 得出以下结论 ( 林 崇 德2 0 0 1 年)叭 中学生科学形象思维能力发展可分为三级水平，即从初步形成 图形、图景和基本空间关系表象的能力，到唤起图形、图景和空间关 系并对其进行变换的能力，到独立想象新的图形、图景和空间关系的 能力。半数以上达到这三级水平的分别是高一、高二学生，说明高一、 高二学生分别具备了对 i 、i i i i i i 级水平的科学形象思维能力。 中学生科学形象思维能力随着年龄递增不断发展，并 且 这种发 展具有阶段性。初三年级到高一年级是中学生科学形象思维能力和方 法迅速发展的时期，一方面是由于几何课的学习促进了学生空间想象 力的发展，为科学形象思维能力的发展打下了基础;另一方面，由于 从初二就开设了物理、化学等科 目，使得学生有更多机会接触实物、 模型、图形，构想空间关系，抽象理想模型，想象模型的图景从而 推动着科学形象思维能力的加速发展。到高二年级，中学生科学形象 思维能力的发展趋于成熟。 中学男、女生科学形象思维能力的发展过程存在着差异。初一、 初二接近，但到了初三，男生的发展速度明显超过女生，造成在高一 年级阶段，男女生之间产生显著的区别。男生科学形象思维能力的发 展在高一阶段基本趋于成熟，但女生要到高二才基本具备科学形象思 维的能力。 这些调查和研究说明:青少年的心理发展是呈现递进性和可塑性 的，而且进一步的研究表明特定的科目 ( 诸如:物理、 几何) 针对某 种科学方法具有显著的作用。考虑到中学生的认知心理发展的渐进性， 林崇德中学科学教学心理学 北京出版社 北京教育出版社2 0 0 1 年1 7 8贞 科 学 方 法 的 分 类 浅 析 在教育角度有必要对科学方法进行准确的 目 标定位和教育分类，以此 来加强科学方法的操作性和研究性， 并且希望对科学方法进行这样的 分类会更有实际意义。 ( 三) 一 种新的科学方法教育分类方法三维定位法 学生、教师和广义的知识 ( 含方法)是一个密不可分的教与学的 有机整体，并且综合各种因素，认为可以提出:三维定位模型。模型 如图所示: x a f 学 i ll ) / 了 : 华生 蔗棋 (注: y 轴上各个科学方法因子离开原点的距离不代表方法的档次， 只代表 自身的发展程度。 ) 该模型尽可能地明确表达出对科学方法进行有效教学的各种因 素。三维定位原则，说明如下: ( 1 )三个维度: 一个维度 ( x )代表教师的综合品质:这种综合品质由以下五种子 新课程理念下的物理科学方法教育 品质综合决定， 即教学时机的 及时 性( t i m e l y ) 、 知识的 准确性( a c c u r a t e ) , 教学方式的 灵活性( fl e x i b l e ) 、 批判性( c r i t i c i z i n g ) 和独创性( i n n o v a t i v e ) ; 把这五个子品质以 1 0 分制的标准来定量说明， 由公式x = 可以把教师综合品质划分为 以下四个等级: 所有这些品质反映了教师的素质，同时也要注意到这些品质在教 学过程中的“ 教学相长” 。 表现在教师对学生的了解程度;教学设计时， 能够审时度势，统观整个教学时机，针对本单元 ( 节)提出具体的科 学方法目标，并能够抓住进行科学方法教学的最佳时机; 一个维度 ( y ) 是科学方 法维度，包括分析与综合、比 较与分 类、 抽象与概括、观察与实验、科学推理、臻美等方法; 一个维度 ( z )是学生学习内容维度，包括学生在学习和解决科学 问题、科学规律、科学概念和科学现象等过程中所关系到的认知结构 以及有关知识内容和科学方法基础的准备程度等。表现在学生已有的 科学方法的基础 ( m e t h o d ) ，相关基础知识的 储备( k n o w l e d g e ) ，心理 素质的 成熟状况 ( p s y c h o l o g y ) 。 类似地， 把这几方面进行量化的 话， 应 用 公 式 一m z + k z + p 3 ， 同 样 可 以 按 照 科 学 方 法 的 “ m r ;u 分 为准备适时 ( x 6 . 0 )与不适时 ( x 6 . 0 ) o 其中，如果考虑到学习环境因素 ( 包括教材、教学设备和教学环 境) ，那么它们相对而言是静态和稳定的;而模型中三个维度 ( 尤其是 教学品质和学生学习内容和科学方法的基础)在不断发展、它们的结 合情况也在不断地发生变化。 ( 2 )、 一二 平而.教师品质与学生维度所构成的平面， 表示师生在 科 学 方 法 的分 类 浅 析 教学过程中的 结合 程度， 既有教 师积 极地教， 也有学生主动地学。 这两 个维度的结合点，便是科学方法教育切实产生功效的重要条件。三个 维度的结合程度决定着科学方法教育的实施效率，从而也决定着对同 一种科学方法进行不同的教育分类。 如果山教师品质维度和学生维度的交叉点的量化值比较小的话 仕z 4 5 ) ，那么这种科学方法可以 定之为: 侧重加强类。 这里的 “ 渐”并非是单纯地随着时间的推移的 “ 渐” ，乃是依学生 的知识基础的发展、心理成熟状况演进的 “ 渐” 。例如:以观察法为例， 观察法是物理教学中出现频率极高的一种科学方法，物理教师很关心 在物理教学中发展学生的观察能力， 我们知道，科学的观察法至少有 两个条件 : i要与 “ 思”结合，只观察不思考只能叫做 “ 看” n 要以 “ 量”定论，反复观察才能防止以点盖面。此时的观察有 “ 观测”的要义。 鉴于这两个条件，致使我们对各种观察法 ( 长期观察法、精细观 察法、归纳法、对比法等方法)进行不同的分类定位。在低年级 例 如初中阶段) ，物理教师针对学生的知识含量较低及心理状态不成熟的 实际情况，要把教学重点落在 “ 仪器和简单现象的观察”的层次;而 续佩军 物理能力测量研究i ml 广西教育出版社 1 9 9 9 1 4 8 页 新 课 程 理 念 下 的 物 理 科 学 方 法 教 育 在高中阶段及日后继续的学习和深造中，应该把 “ 随时间和空间而展 开的观察和在观察中进行的正确质疑”的层次作为重点的教学内容加 以训练。 又如常见的概括方法。鉴于学习内容的维度，在不同时期 ( 时机) 可分为:低水平概括和理性概括。 1 低水平概括，即无需经过深入的思维加工，仅凭直观的观察进 行的概括。如钟摆的摆动、水上浮标的浮动、蒸气机活塞的往复运动 等可以概括为振动现象; n 理性概括则是一种高级水平的概括， 它的形成要经过学生的 积 极思维和对有关内 容的 深刻了解，方能 对事物的本质进行深层次的概 括。如圆锥摆、飞车走壁、火车转弯、飞机水平盘旋虽然这几种情 景大不相同，但是经过基于自身知识积累和认真分析，学生就有可能 利用理性思维，在较高层次上，把它们整理概括为具有相同特性:均 受到相同效果力的作用，合力 ( 向心力)均指向圆心。这里的科学方 法教学更需要综合考虑学生的认知特点、知识水平，在适当的时机进 行理解和深化。 ( 3 )本模型具有三个特点: 第一，整体性。即该模型指出科学思维方法结构是由内容、方法、 品质有规则地构成的。把三者结合起来构成一个相互依赖、相互促进、 共同发展的科学方法教学整体。 第二，动态性。在某一阶段，科学方法的教学构成是相对稳定的， 整体的结构形式保持不变，但是随着知识的丰富、品质的提高，方法 的结构却在不断完善。 第三，自调性。即各个成分会在教学过程中依靠其内部规律来自 我调节从而达到平衡，最终给科学方法以准确的 目标定位。从三维定 位法则的 意义上说， 无论是具体的科学方法， 例如观察法、实验法， 还是普遍意义上的哲学等科学方法，都会因为教学时机的不同，教学 内容等的差异，被定位在不同的分类体系中。 为此，将从这儿个维度分别进行探讨，研究科学方法的生长，并 对其教学策略加以 阐述。 物理科学方法的教育策略 三、物理科学方法的教育策略 为了有效地实施物理科学方法教育，我们将分别从构成科学方法 教学模型的整体出发，对科学方法的形成过程以及有效的策略进行分 析。 ( 一)知识结构分析教师素质分析和学生的认知分析 1 、施教者一教师的素质分析 李岚清副总理在全国教育工作会议上的报告中指出:实施素质教 育的 关键在于教师，必须要有高质量的教师。 经过广泛的论证和研究， 国内外的研究者得出这样一个结论:教师的能力是影响教育教学效果 的决定性因素 。 教师的工作是传播文明， 对于学生来说是启智、 育德、 健体、益能的实践活动。教者除了要具备堪为人师的思想政治素质和 较强的责任心外，更要拥有完整的知识结构和完善的素质结构，这是 一名好教师应具备的一个基本条件。只有物理教师具有了完整的物理 知识结构，具有了扎实而宽广的物理学科知识，在教学中，才不会照 本宣科，在讲授教学 内容时才会有观点、有思想、有体会。只有在教 学中突出了思想、观点，所讲授的内容刁 能显得简单明了;只有讲出 自己的体会，才能使静态的知识达到动态、发展的境界，才能 “ 活” 起来。随着科学技术 日新月异的发展，学科间相互渗透、交叉互动愈 益明显，教学工作面临着挑战，2 1 世纪的物理教师更应不断更新知识。 教师只有具备完善的知识和素质结构，才能为专业理论知识的教授奠 定雄厚的根基，使自己的教学内容达到深 度与广度的统一，具体说 来 包括以下四个方面。 一是物理学科方面的知识: ( 1 ) 普 通物理知识( 含实 验技能) 要精， 中学物理知识( 含实验技能 ) 要熟。对于具体基础知识来 说，要明确该知识在整个物理体系中的地 位，它的发生、发展过程( 含所采用的观点、思想、 方法) ， 理 解物理知 识内涵和外延( 含数学表述) ，明确该知识在生活和社会中的实际应用。 ( 2 )现代物理知识以及物理学前沿动态的知识、观点、思想、方 罗树华 李洪珍 主编教师能力概论 山东教育出版社 2 0 0 1 年6月第 1 版 1 页 新 课 程 理 念 下 的 物 理 科 学 方 法 教 育 法要明。 一般来看，教科书只能录入最基本的内容，经典力学是近 3 0 0 年前的，经典电磁学是 1 0 0多年前的，近代的相对论、量子力学，也 是六七十年前建立起来的。近几十年来，物理学的研究所取得了长足 的进步， 对微观的 研究己 经深入到 1 0 - 1 6 m以 下，宇观的 视野己 经扩展 到 1 5 0光年以外，并且衍生出生物物理、化学物理、天体物理、高能 物理等分支学科。教师应该及时更新知识，对这些领域的科学研究方 法的最新进展要有一定的了解，以便在适当的时候向学生介绍。 3 ) 精读物理学史知识。 旧唐书里的 魏征传，里面有唐太宗 李世民对魏征的一句评价:“ 以铜为镜，可以正衣冠;以史为镜，可以 知兴替;以人为镜，可以知得失。 ”可见，“ 史”对于个人乃至人类发 展的重要性。在物理学史中，发掘科学方法，可以利用 “ 史”来促进 科学方法的形成及知识的巩固。例如，动量和动能，同为描写机械运 动的物理量，都与且仅与质量、速度有关，教学中必须讲清何以分为 两个物理量、何时用动能何时用动量。历史上关于运动两种量度的争 论始于 1 7 世纪， 直到相对论创立之后， 人们才认识到两种量度的统一。 教师准确了解这方面的史实，并适当的补充和介绍给学生，会促使学 生更深刻的认识这两个物理量。再有，在气体定律的教学过程中，许 多教师常常误认为玻意耳定律是一触即发的定律 ，而不知道这个定律 的建立之初是有着缺陷的，即玻意耳没有考虑到应该只有把温度作为 一个不变量看待的时候，才有体积和压强的乘积是个常数 ， 人们认识 到这个 问题是在很久之后。这个重要事实，是对学生进行物理定律建 立方法的有利时机，使得学生掌握变量常量的关系，认识和接触控制 变量法。 二是相关教育理论方面的知识。包括课程知识、教学法知识和对 学习者认识的知识，这些知识对于有效地组织课堂教学，提高物理教 学效率与质量是至关重要的。课程和教学法方面的知识 ( 包括一般教 学法知识和物理学科教学法知识)对于受过师范教育训练的教师来说 在必修课中业已接触。另外，教师要了解学习者的年龄特点和学习某 一具体内容时可能表现的特征 ，这需要从两个方面加以考虑，一是了 13周昌忠 科学研究的方法 福建人民出版社 1 9 8 3 年1 1 页 物 理 科 学 方 法 的 教 育 策 略 解儿童心理的一般特点，如儿童的注意、记忆、思维、想象、能力和 性格等方面的一般特点;二是了解学生学习物理的特点，以及掌握学 习某一部分内容时表现的特征。 三是教学实践知识。教学实践也是教师完整知识结构的一个重要 组成部分。有关新教师和有经验教师的对比研究表明，有经验的教师 在头脑中有许多现成的教学模式，他们在教学计划和课堂教学中， j 以 迅速地运用这些模式。这可以帮助他们提高教学效率，把更多的注意 力集中于主要问题的解决上。教师应当在平时的教学中，以及与有经 验教师的交流中不断丰富自己的实践知识，使 自己逐步成为有经验的 专家。 四是要具备物理学方法论的知识。有人总结，物理学家在科学研 究中采用的方法，可以归纳为 8类，即实验法、理想化方法、比较和 分类、归纳和演绎、分析和综合、类比方法、假说方法和数学方法。 其中许多具体的举例就不再一一细说，但是无论有几类方法，名称是 什么，这些都不是主要的，关键在于物理学的知识是怎样通过物理学