物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中科學(xué)方法分類研究

孟梨雨

高中物理課程改革實(shí)踐多年，“過(guò)程與方法”目標(biāo)維度被明確提出，昭示著科學(xué)方法教育得到更多的重視與肯定。然而教學(xué)實(shí)踐表明，科學(xué)方法教育并沒(méi)有得到充分有效地開(kāi)展和落實(shí)。有研究[1]認(rèn)為，造成這一現(xiàn)象的根本原因在于：目前學(xué)科教育界始終沒(méi)有從理論上弄清楚科學(xué)方法的分類從而導(dǎo)致不能確定科學(xué)方法內(nèi)容。

一、科學(xué)方法分類的相關(guān)研究

目前，關(guān)于科學(xué)方法的分類形式有許多，然而大多缺乏合理的標(biāo)準(zhǔn)與嚴(yán)密的理論思考。在眾多分類方式中，我們認(rèn)為，以下兩種分別基于物理學(xué)意義的分類，與教學(xué)心理意義上的分類為實(shí)驗(yàn)方法的研究提供了重要的啟發(fā)。

（一）物理學(xué)意義上的分類

物理學(xué)的基本范疇一般認(rèn)為分為理論和實(shí)驗(yàn)，理論分析和實(shí)驗(yàn)探索的有機(jī)結(jié)合推動(dòng)著整個(gè)物理學(xué)的向前發(fā)展。有研究提出將物理教學(xué)中科學(xué)方法分為理論方法和實(shí)驗(yàn)方法，如圖1所示。

這種分類既符合物理學(xué)的特點(diǎn)，同時(shí)顧及了學(xué)生的認(rèn)知，也是本文研究物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的科學(xué)方法即實(shí)驗(yàn)方法的出發(fā)點(diǎn)。

（二）教學(xué)心理學(xué)意義上的分類

在邢紅軍教授提出的“智力—技能—認(rèn)知結(jié)構(gòu)”能力理論中，從能力因素的來(lái)源出發(fā)，區(qū)分了“硬能力”與“軟能力”。[2]從這種思想出發(fā)，邢紅軍教授進(jìn)而提出了能力的組成結(jié)構(gòu)，在“智力—技能—認(rèn)知結(jié)構(gòu)”理論的建構(gòu)中，為我們明確指出了兩點(diǎn)：第一，明確提出了科學(xué)方法是能力的組成部分，這在以往的能力理論中是未有的。第二，進(jìn)一步把思維方法和科學(xué)方法作了明確區(qū)分。邢紅軍教授提出把物理科學(xué)方法分為思維方法和物理方法。[3]這樣一種分類方式，來(lái)源清晰，使科學(xué)方法教育內(nèi)容的研究豁然開(kāi)朗。

在此分類基礎(chǔ)上，邢教授又將其中學(xué)科方法又分為獲得知識(shí)的學(xué)科方法和應(yīng)用知識(shí)的學(xué)科方法，思維方法分為邏輯和非邏輯思維方法，這種分類理論為科學(xué)方法的研究奠定了理論基礎(chǔ)。分類如圖2所示。

基于以上分類，邢紅軍等研究者展開(kāi)了系統(tǒng)的科學(xué)方法教育的理論與實(shí)踐研究，并在實(shí)踐中取得了相關(guān)的成果。以上研究都為物理實(shí)驗(yàn)中科學(xué)方法的分類提供了重要的啟示與研究基礎(chǔ)。

二、物理實(shí)驗(yàn)方法教育內(nèi)容分類框架的確立

在上述分類理論基礎(chǔ)上，如何明確實(shí)驗(yàn)方法的分類是本文要解決的重要問(wèn)題。事實(shí)上，物理學(xué)是一門(mén)測(cè)量科學(xué)，物理學(xué)家是通過(guò)對(duì)物理量的測(cè)量來(lái)描述物理現(xiàn)象的。在物理量的測(cè)量過(guò)程中我們要經(jīng)歷數(shù)據(jù)的獲得和處理兩個(gè)階段?；诖?，為了使整個(gè)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)方法顯化更明朗化，并研究以實(shí)驗(yàn)中方法使用的時(shí)空條件為標(biāo)準(zhǔn)，按時(shí)間的先后順序，提出將實(shí)驗(yàn)方法分為獲得數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)方法和處理數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)方法。

進(jìn)一步，結(jié)合科學(xué)方法的教學(xué)心理學(xué)意義上的分類，將獲得數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)方法分為獲得數(shù)據(jù)的學(xué)科方法和獲得數(shù)據(jù)的思維方法，將處理數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)方法分為處理數(shù)據(jù)的學(xué)科方法和處理數(shù)據(jù)的思維方法。如此分類使方法顯化過(guò)程更清晰、框架更充實(shí)豐滿，既良好體現(xiàn)了物理學(xué)的學(xué)科特征，又富于教學(xué)心理學(xué)的科學(xué)性與可操作性。具體分類如圖2。

在以上分類獲得的四種實(shí)驗(yàn)科學(xué)方法中，“獲得數(shù)據(jù)過(guò)程中的學(xué)科方法”是物理實(shí)驗(yàn)的思想方法，而不是指具體的測(cè)量過(guò)程中儀器的使用方法，如“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中的控制變量法、等效替代法等。

“獲得數(shù)據(jù)的思維方法”中，最常使用的是分析與綜合，我們的感覺(jué)表象對(duì)客觀事物的反映雖然是整體的，但是是膚淺的，要深刻地認(rèn)識(shí)事物，必須把對(duì)象在思維中分解為各個(gè)部分、要素、方面加以分別地考察，透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，思維活動(dòng)是從分析開(kāi)始的，而分析與綜合又是不可分開(kāi)的，分析與綜合是思維活動(dòng)最基本的要素，它是其他思維方法的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。

“處理數(shù)據(jù)過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)方法”，是在獲得要測(cè)量的數(shù)據(jù)之后對(duì)原始數(shù)據(jù)加以分析、判斷、推導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論過(guò)程中所應(yīng)用的方法。

“處理數(shù)據(jù)的思維方法”主要有抽象與概括。概括性是思維乃至智力的最顯著特征。思維之所以能揭示事物的本質(zhì)和內(nèi)在規(guī)律性的關(guān)系，主要來(lái)自抽象和概括的過(guò)程，即思維是一種概括的現(xiàn)象，概括在思維乃至智力的發(fā)展及其訓(xùn)練中的意義是十分必要的，概括是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重要方法。

三、實(shí)驗(yàn)方法教育內(nèi)容分類框架的教育啟示

（一）物理課程標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)把物理實(shí)驗(yàn)方法作為課程內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)方法作為科學(xué)方法的重要組成部分，具有重要意義。要使實(shí)驗(yàn)方法教育在實(shí)際教學(xué)中有據(jù)可依，真正落到實(shí)處，就要從根本上進(jìn)行規(guī)范，就必須將實(shí)驗(yàn)方法教育納入課程標(biāo)準(zhǔn)，在課標(biāo)中明確地提出實(shí)驗(yàn)方法的教學(xué)內(nèi)容。

（二）物理教材編寫(xiě)應(yīng)納入物理實(shí)驗(yàn)方法內(nèi)容

教科書(shū)編寫(xiě)是科學(xué)方法教育異常重要的層面?；诒疚牡难芯?，建議將實(shí)驗(yàn)方法融入教材編寫(xiě)。教材編寫(xiě)顯化科學(xué)方法，并非脫開(kāi)具體的知識(shí)而只講方法，而是說(shuō)應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)、突出科學(xué)方法，按照科學(xué)方法所展示的邏輯去編寫(xiě)教材。這樣容易使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中建立良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并形成有序的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

（三）物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)按照實(shí)驗(yàn)方法的邏輯組織教學(xué)

受課標(biāo)和教材編寫(xiě)的影響，目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中往往以掌握知識(shí)為“第一要?jiǎng)?wù)”，教師通常從傳授知識(shí)的角度來(lái)組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這樣使得科學(xué)方法教育大打折扣。如果按照科學(xué)方法呈現(xiàn)的邏輯組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)將會(huì)是另一番景象。