王宇航

(北京市育英學(xué)校 北京 100036)

王志茜

(北京市西城外國語學(xué)校 北京 100044)

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初中物理教學(xué)中科學(xué)方法顯性教育方式的探索

王宇航

(北京市育英學(xué)校 北京 100036)

王志茜

(北京市西城外國語學(xué)校 北京 100044)

在教學(xué)實(shí)踐之中，我們發(fā)現(xiàn)，科學(xué)方法顯性教育方式竟然轉(zhuǎn)化為“貼標(biāo)簽”式的知識(shí)記憶．這樣的做法不僅會(huì)失去科學(xué)方法顯性教育方式的意義，更會(huì)讓教學(xué)實(shí)踐走入誤區(qū).針對這樣的教學(xué)現(xiàn)狀，我們提出8種科學(xué)方法顯性教育的方式，即：實(shí)驗(yàn)探究重演科學(xué)方法、問題導(dǎo)引聚焦科學(xué)方法、教材閱讀感受科學(xué)方法、習(xí)題反饋感悟科學(xué)方法、知識(shí)應(yīng)用體會(huì)科學(xué)方法、合作解難理解科學(xué)方法、教師展示明確科學(xué)方法、創(chuàng)設(shè)情境遷移科學(xué)方法，并且在每一種方式后面都給出具體案例以作說明．

物理教學(xué) 科學(xué)方法 顯性教育方式 方式

1 科學(xué)方法顯性教育方式的現(xiàn)狀分析

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》明確提出，通過義務(wù)教育物理課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生主要在以下3個(gè)方面得到發(fā)展[1]：知識(shí)與技能；過程與方法；情感態(tài)度與價(jià)值觀．關(guān)于過程與方法，又有如下論述[1]：“通過學(xué)習(xí)物理知識(shí)，提高分析問題與解決問題的能力，養(yǎng)成自學(xué)能力，學(xué)習(xí)物理學(xué)家在科學(xué)探索中的研究方法，并能在解決問題中嘗試應(yīng)用科學(xué)研究方法”．

關(guān)于科學(xué)方法的教育方式問題，文獻(xiàn)[2]從理論上對顯性教育方式問題作了論述，從而得出結(jié)論：物理科學(xué)方法教育應(yīng)該采用顯性教育方式！

但在教學(xué)實(shí)踐之中，我們卻發(fā)現(xiàn)，科學(xué)方法顯性教育方式竟然轉(zhuǎn)化為“貼標(biāo)簽”式的知識(shí)記憶．以控制變量法為例，文獻(xiàn)[3]認(rèn)為“所謂單因子實(shí)驗(yàn)方法就是在決定事物規(guī)律的多個(gè)因素中，先固定一些因素不變，只改變其中的一個(gè)因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如此多次反復(fù)，然后再綜合出多個(gè)因素之間的關(guān)系．此法也叫做控制變量實(shí)驗(yàn)法”． 在常規(guī)教學(xué)中，不少學(xué)生記住了這個(gè)名稱，但并沒有認(rèn)識(shí)到控制變量法的實(shí)質(zhì)是用實(shí)驗(yàn)過程的公正和公平來保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠．我們還看到，有些考試題里面出現(xiàn)了“等效替代法”與“轉(zhuǎn)換法”的區(qū)別選擇，但師生們卻在糾結(jié)于這兩種方法的字面含義與情景的關(guān)聯(lián)．

這樣的教學(xué)現(xiàn)狀促使我們思考：在教學(xué)實(shí)踐之中，我們對科學(xué)方法顯性教育方式的理解是不是太表面化和淺層化了？如果我們把科學(xué)方法顯性教育方式僅僅理解為讓學(xué)生知道一些科學(xué)方法的名稱而忽視了方法本身的內(nèi)涵，我們就會(huì)失去科學(xué)方法顯性教育方式的意義，更會(huì)讓我們的教學(xué)實(shí)踐走入誤區(qū)！

2 科學(xué)方法顯性教育方式的深入認(rèn)識(shí)

文獻(xiàn)[4]選取“熱傳導(dǎo)”、“自由落體運(yùn)動(dòng)”、“熵”以及“慣性”等4個(gè)物理學(xué)概念，比較了中學(xué)生學(xué)習(xí)這4個(gè)物理學(xué)概念的過程與此4個(gè)物理學(xué)概念形成的歷史過程的相似度或關(guān)聯(lián)度，他的研究證明：中學(xué)生與物理學(xué)家共同體的4個(gè)概念形成過程有著驚人的類似，達(dá)到84%以上的相似度．文獻(xiàn)[5]以能量守恒定律為例，梳理了定律的建立過程， 然后進(jìn)一步考察中學(xué)生學(xué)習(xí)該定律過程中的困難，他們發(fā)現(xiàn)：學(xué)生的認(rèn)知?dú)v程與科學(xué)發(fā)展的實(shí)際有著非常大的相似性．這些研究啟發(fā)我們，能否在教學(xué)實(shí)踐之中關(guān)注科學(xué)概念的起源和發(fā)展，進(jìn)而創(chuàng)設(shè)條件使學(xué)生經(jīng)歷類似物理學(xué)家在科學(xué)探索中的過程呢？在這樣的過程中，學(xué)生們一定能深刻體會(huì)物理學(xué)家的研究方法．

文獻(xiàn)[6]在總結(jié)大量事實(shí)基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了物理學(xué)方法存在的3種基本形式：

(1)對于同一事務(wù)來說，沿著縱向或橫向發(fā)展過程中的轉(zhuǎn)折過渡處一定存在著方法；

(2)不同事務(wù)之間(包括人與事務(wù)之間)建立聯(lián)系或者發(fā)生關(guān)系時(shí)，一定存在方法；

(3)當(dāng)理論應(yīng)用于實(shí)踐，用來解決實(shí)際問題時(shí)，理論本身就具有了方法的意義．

該文獻(xiàn)的研究啟發(fā)我們，科學(xué)方法顯性教育方式不應(yīng)該是那種“貼標(biāo)簽式” 的名稱教育，而應(yīng)該是貫穿學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的始終，與科學(xué)知識(shí)的建構(gòu)同步建立起來．

3 科學(xué)方法顯性教育方式的實(shí)踐

怎樣實(shí)現(xiàn)科學(xué)方法顯性教育呢？從教學(xué)實(shí)踐來看，我們首先更要高度重視物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)．

(1)物理實(shí)驗(yàn)本身就是有目的、有計(jì)劃地運(yùn)用儀器、設(shè)備，在人為控制的條件下，使物理現(xiàn)象反復(fù)再現(xiàn)，從而進(jìn)行觀測，并獲取資料的一種科學(xué)研究方法；

(2)許多科學(xué)方法也是在物理實(shí)驗(yàn)中形成的，如控制變量法、圖像法、歸納法等；

(3)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過讓學(xué)生經(jīng)歷觀察、思考、合理測量、處理數(shù)據(jù)、分析與論證等過程，切身體會(huì)實(shí)驗(yàn)科學(xué)的研究過程和研究方法[7]．再者，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，探索學(xué)生獲取知識(shí)過程之中的科學(xué)方法因素；其次，深入挖掘教學(xué)內(nèi)容之中的科學(xué)方法因素，創(chuàng)設(shè)情境和條件使學(xué)生感悟科學(xué)方法的過程與知識(shí)學(xué)習(xí)的過程統(tǒng)一起來．

在教學(xué)實(shí)踐之中，我們探索出如下8種科學(xué)方法顯性教育的方式，以供借鑒.

3.1 實(shí)驗(yàn)探究——重演科學(xué)方法

課堂教學(xué)之中的實(shí)驗(yàn)與科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)有許多共同之處．但我們注意到，實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中的很多儀器都是配套器材．這些配套器材給教學(xué)帶來快捷和方便的同時(shí)也帶來了一些弊端．其中最大的弊端就是給學(xué)生們明確完整展示了使用的器材，所以實(shí)際教學(xué)的時(shí)候?qū)W生們在實(shí)驗(yàn)之中往往把自己的注意力集中在學(xué)習(xí)新器材的使用而忽視了解決問題的思維過程．在這樣的背景下，很多具有探究性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)就變成了驗(yàn)證性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)．怎樣讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究過程之中重現(xiàn)科學(xué)家研究過程的科學(xué)方法呢？

以“探究凸透鏡成像規(guī)律”的教學(xué)實(shí)踐為例．在改進(jìn)的教學(xué)實(shí)踐之中[8]，我們淡化了光具座的作用，借助人類科學(xué)發(fā)展早期所采用的視差法，使學(xué)生們經(jīng)歷了一個(gè)完整的科學(xué)探究過程．在這樣的科學(xué)探究過程之中，學(xué)生們重演了科學(xué)家們的解決問題的研究過程，在獲得知識(shí)的同時(shí)，他們自然領(lǐng)略到了科學(xué)方法的巨大魅力．

3.2 問題導(dǎo)引——聚焦科學(xué)方法

亞里士多德說：“不論現(xiàn)在，還是最初，人都是由于好奇而開始哲學(xué)思考．開始是對身邊所不懂的東西感到好奇，繼而逐步前進(jìn)，而對更重大的事情發(fā)生疑問，例如關(guān)于月相的變化，關(guān)于太陽和星辰的變化，以及關(guān)于萬物的生成．”讓科學(xué)家感到好奇的一定是隱藏在現(xiàn)象背后的問題．對學(xué)生來說，學(xué)習(xí)過程之中亦有這樣的問題．借助這樣的問題，可以導(dǎo)引學(xué)生進(jìn)行深入思考，在思考和解決問題的過程之中，聚焦于科學(xué)方法．

以“牛頓第一定律”的教學(xué)實(shí)踐為例． 在課堂學(xué)習(xí)伊始，我們首先給學(xué)生們展示了《物理學(xué)的進(jìn)化》一書之中的一段話[9]，然后展現(xiàn)以下幾個(gè)問題：

(1)在觀察現(xiàn)象基礎(chǔ)上，人類對現(xiàn)象的直覺解釋也很重要．直覺是人類認(rèn)識(shí)自然的一種方法，但人的直覺一定正確嗎？

(2)你贊同還是反對亞里士多德的觀點(diǎn)？請說出你的理由．

(3)請你利用身邊物品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明： 亞里士多德的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的．

(4)亞里士多德的這個(gè)錯(cuò)誤能讓你否定他對人類科學(xué)的貢獻(xiàn)嗎？借助這些問題導(dǎo)引，學(xué)生們初步感悟了人類科學(xué)發(fā)展的過程，他們解決問題的過程也是聚焦科學(xué)方法的過程．

3.3 教材閱讀——感受科學(xué)方法

物理教材是學(xué)生進(jìn)行物理學(xué)習(xí)的重要載體，我們認(rèn)為物理教材是物理課程標(biāo)準(zhǔn)的具體展現(xiàn)，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要依據(jù)．在新課程標(biāo)準(zhǔn)理念之下，物理教材普遍采用提出問題—觀察實(shí)驗(yàn)—分析總結(jié)—應(yīng)用練習(xí)—拓展閱讀的編寫模式．這種模式本身就蘊(yùn)含著科學(xué)方法的因素．

以“液體內(nèi)部的壓強(qiáng)”教學(xué)實(shí)踐為例．不同版本的教材都涉及以下內(nèi)容：液體壓強(qiáng)的存在、液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)、液體壓強(qiáng)的計(jì)算、液體壓強(qiáng)的應(yīng)用．分析這些知識(shí)的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，可以看到這樣的編寫體系體現(xiàn)了人的認(rèn)知過程：對生活之中現(xiàn)象的觀察和提出問題、借助微小壓強(qiáng)計(jì)初步定量研究液體壓強(qiáng)特點(diǎn)、建構(gòu)模型定量研究液體壓強(qiáng)、結(jié)合實(shí)際應(yīng)用液體壓強(qiáng)．充分挖掘教材本身蘊(yùn)含的科學(xué)方法因素，讓學(xué)生們深入閱讀物理教材，他們必能感受到科學(xué)方法的巨大魅力，同時(shí)學(xué)生們也學(xué)會(huì)了科學(xué)閱讀．

3.4 習(xí)題反饋——感悟科學(xué)方法

物理習(xí)題是幫助學(xué)生鞏固概念、理解規(guī)律的必要環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學(xué)生靈活自主解決物理問題的主要途徑，在學(xué)生解決習(xí)題的過程中，學(xué)生也能感悟科學(xué)方法．

從學(xué)生解題的過程來看，學(xué)生剛學(xué)完物理概念、公式和規(guī)律時(shí)，對概念的內(nèi)涵和外延還沒有全面的理解，對公式還不能熟練應(yīng)用，對物理規(guī)律所表達(dá)的豐富內(nèi)容和適用條件還沒有深刻的體會(huì)．物理習(xí)題正是為學(xué)生提供一個(gè)具體的物理情境，創(chuàng)設(shè)一個(gè)個(gè)需要概念、公式和運(yùn)用物理規(guī)律才能解決的情境．學(xué)生在解答物理習(xí)題的過程中，經(jīng)歷從抽象的概念、規(guī)律到具體的物理習(xí)題的思考過程．

3.5 知識(shí)應(yīng)用——體會(huì)科學(xué)方法

在初中階段，很多習(xí)題往往是借助公式代入數(shù)字的運(yùn)算過程．對學(xué)生來說，這樣類型的習(xí)題缺乏思維深度和廣度，所以他們很難體會(huì)科學(xué)方法．怎樣創(chuàng)設(shè)更廣闊的背景來應(yīng)用知識(shí)體會(huì)科學(xué)方法呢？文獻(xiàn)[10]提出的原始問題教學(xué)給了我們很大啟發(fā)．

以“比熱容”的教學(xué)實(shí)踐為例．在學(xué)生學(xué)習(xí)完相關(guān)知識(shí)內(nèi)容之后，我們給學(xué)生提出如下問題[11]：請估算人一天“最少”吃多少飯．為了解決這樣一個(gè)原始問題，學(xué)生們深入思考、熱烈討論，提出了很多想法．在這樣的研討過程之中，他們不僅加深了對相關(guān)生物和物理知識(shí)的理解，更是在不斷體會(huì)科學(xué)方法．

3.6 合作解難——理解科學(xué)方法

隨著新課程改革的推進(jìn)，教育工作者越發(fā)認(rèn)識(shí)到來自學(xué)生們之間的同伴合作對學(xué)生發(fā)展的重要性．對初中生來說，他們往往有較強(qiáng)的合作欲望、樂于與同伴進(jìn)行交往互動(dòng)，更樂意與同學(xué)們進(jìn)行合作．在合作過程中，他們會(huì)掌握科學(xué)知識(shí)理解科學(xué)方法．

以“功”的教學(xué)實(shí)踐為例．筆者提出問題[12]：早期的科學(xué)家為什么用F和s的乘積來計(jì)算功的大??？在討論之中，學(xué)生們意識(shí)到： F和s是衡量蒸汽機(jī)干活多少的因素，它們之間的組合關(guān)系就決定了功的計(jì)算方法；無論從物理量的單位來看，還是從實(shí)際效果來看，F(xiàn)和s的乘積確實(shí)解決了當(dāng)時(shí)人們面臨的問題，而且還可以進(jìn)行定量比較．

3.7 教師展示——明確科學(xué)方法

在新課程標(biāo)準(zhǔn)理念指導(dǎo)下，教師的角色已經(jīng)從傳道、授業(yè)、解惑者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的組織者、合作者和促進(jìn)者．教師的教學(xué)行為也要相應(yīng)地從講授行為轉(zhuǎn)變?yōu)檎故拘袨楹鸵龑?dǎo)行為．在學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)方法顯性教育方式的過程中，教師的展示行為就要讓學(xué)生明確相關(guān)科學(xué)方法的名稱、含義．

以“密度”的教學(xué)實(shí)踐為例．當(dāng)學(xué)生們從實(shí)驗(yàn)之中驚奇發(fā)現(xiàn)：對水來說，不同水的質(zhì)量和體積比值竟然不變！教師適時(shí)指導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)測量不同銅塊的質(zhì)量和體積，學(xué)生們又驚奇發(fā)現(xiàn)：對銅塊來說，質(zhì)量和體積比值也不變，但這個(gè)比值和水的不一樣．隨著學(xué)生們概念建構(gòu)的過程，教師給學(xué)生們明確展示：這樣的方法是比值定義法，

3.8 創(chuàng)設(shè)情境——遷移科學(xué)方法

現(xiàn)代學(xué)習(xí)科學(xué)認(rèn)為[13]：所有的新學(xué)習(xí)包含了先前學(xué)習(xí)的遷移，這對設(shè)計(jì)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)有著重要的意義．基于這樣的認(rèn)識(shí)，我們堅(jiān)信在科學(xué)方法顯性教育方式的過程中，科學(xué)方法也可以遷移．

以“比熱容”的教學(xué)實(shí)踐為例．在建構(gòu)比熱容概念的過程之中，借助實(shí)驗(yàn)學(xué)生們認(rèn)識(shí)到對同一種物質(zhì)來說，吸收熱量的多少與物體的質(zhì)量和溫度變化的多少都有關(guān)系．但這3個(gè)物理量之間究竟是什么定量關(guān)系呢？囿于學(xué)生已有的知識(shí)水平，他們不好理解3個(gè)物理量之間的這種比值關(guān)系．借助于關(guān)于密度的比值定義法和功的多因子乘積法，教師引導(dǎo)同學(xué)們逐漸遷移到以下3個(gè)步驟來理解三者關(guān)系：

(1)對同一種物質(zhì)來說，在質(zhì)量一定的時(shí)候，吸收熱量多少和溫度變化的定量關(guān)系；

(2)對同一種物質(zhì)來說，在溫度變化一定的時(shí)候，吸收熱量多少和質(zhì)量的定量關(guān)系；

(3)對同一種物質(zhì)來說，在吸收熱量一定的時(shí)候，質(zhì)量和溫度變化的定量關(guān)系．

4 對科學(xué)方法顯性教育方式的實(shí)踐反思

在近兩年的教學(xué)中，我們一直嘗試實(shí)踐科學(xué)方法顯性教育方式的教學(xué)變革，我們也在探索怎樣讓學(xué)生們感悟科學(xué)方法的內(nèi)涵而不是貼標(biāo)簽式的知識(shí)記憶．

從教師層面來說，在這樣的過程之中，我們經(jīng)歷了對科學(xué)方法迷茫、困惑和一知半解到認(rèn)可、贊嘆、感悟和著迷的轉(zhuǎn)變；在這樣的過程中，我們也越發(fā)感受到物理學(xué)發(fā)展帶給人類的巨大力量；在這樣的過程中，我們也感受到做為物理教師的自豪；在這樣的過程中，我們也感覺到課堂教學(xué)品位的提升．

從對學(xué)生的訪談來看，學(xué)生們經(jīng)歷了對現(xiàn)象的好奇、對知識(shí)的了解和對方法的贊嘆這樣一個(gè)漸進(jìn)轉(zhuǎn)變的過程．在這樣的轉(zhuǎn)變過程中，學(xué)生們學(xué)習(xí)物理的興趣始終不減；他們對物理甚至科學(xué)的喜愛也日益強(qiáng)烈；他們的理性思維逐漸加強(qiáng)；他們對待各個(gè)學(xué)科的跨界和融合思維也更加明顯．

雖然我們和自己的學(xué)生們都認(rèn)可科學(xué)方法顯性教育方式的實(shí)踐嘗試，但在教學(xué)實(shí)踐之中我們也有如下思考：

其一，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，只有緊跟著時(shí)代發(fā)展的脈絡(luò)來發(fā)展我們對科學(xué)方法的認(rèn)識(shí)，我們才能領(lǐng)會(huì)與時(shí)俱進(jìn)的科學(xué)方法；

其二，怎樣定量測量學(xué)生們學(xué)習(xí)科學(xué)方法顯性教育方式的教學(xué)效果？除了訪談之外，我們還沒有行之有效的檢測方法．

1 中華人民共和國教育部制定.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)，北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.6～7

2 李正福，李春密，邢紅軍. 從隱性到顯性：物理科學(xué)方法教育方式的重要變革． 課程·教材·教法， 2010(12) ： 71～74

3 張憲魁 著. 物理科學(xué)方法教育.青島：中國海洋大學(xué)出版社，2015.121

4 母小勇，馬娜.學(xué)生與物理學(xué)家共同體概念形成過程的相似性．課程·教材·教法，2015(03)：73～78

5 高嵩，廖伯琴. 科學(xué)理論的歷史演進(jìn)對科學(xué)教學(xué)的啟示——以能量守恒定律為例．物理教學(xué)，2015(04)：74～78

6 張憲魁，李曉林，陰瑞華.物理學(xué)方法論.杭州：浙江教育出版社，2007.11

7 閻金鐸，郭玉英.中學(xué)物理新課程教學(xué)概論.北京：北京師范大學(xué)出版社，2008.75～76

8 王宇航，王志茜.用視差法探究凸透鏡成像規(guī)律的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐．物理通報(bào)，2015(05)：67～70

9 艾·愛因斯坦，利·英費(fèi)爾德，著.物理學(xué)的進(jìn)化.周肇威譯.長沙：湖南教育出版社，2010.4

10 邢紅軍．原始問題教學(xué)：物理教育改革的新視域．課程·教材·教法，2007(05)：51～57

11 王春鳳,管靖．人吃飯過程的物理分析與估算．物理通報(bào)，2015(04)：95～97

12 王宇航,王志茜. 關(guān)于功的一種新的教學(xué)思路—— 從概念起源和科學(xué)方法的角度學(xué)習(xí)．物理通報(bào)，2015(01)：5～8

13 約翰·D·布蘭思特，等編著.人是如何學(xué)習(xí)的：大腦、心理、經(jīng)驗(yàn)及學(xué)校.程可拉，孫亞玲，王旭卿譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2013.48

*北京市“十二五”教育規(guī)劃重點(diǎn)課題“北京市義務(wù)教育階段基于證據(jù)的課堂教學(xué)改進(jìn)研究”子課題階段性研究成果之一；課題編號(hào)：ABA14014.海淀區(qū)2015年度教育科學(xué)規(guī)劃課題“促進(jìn)初中生閱讀物理教材的實(shí)踐研究” 研究成果之一;課題編號(hào)：HDGH2015150

王宇航(1979- )，男，碩士，中學(xué)一級(jí),研究方向?yàn)橹袑W(xué)物理教學(xué)．

王志茜(1981- )，女，碩士,中學(xué)一級(jí),研究方向?yàn)橹袑W(xué)物理教學(xué)．

2015-11-23)