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1物理學(xué)方法論概述

所謂方法，就是為了解決某一具體問(wèn)題，在實(shí)踐或理論上所采用的一般思維手段和操作步驟的總和．方法論是關(guān)于認(rèn)識(shí)和改造現(xiàn)實(shí)方法的學(xué)說(shuō)和理論，它可以有許多不同的分類名稱，按照分析的不同層次或普遍性程度的高低，方法論分為三個(gè)層次，即哲學(xué)方法論、自然科學(xué)方法論以及各門(mén)學(xué)科中一些具體方法，物理學(xué)方法論屬于自然科學(xué)方法論的一個(gè)分支¨．物理學(xué)方法論是以唯物辯證法為指導(dǎo)，探討物理學(xué)一般研究方法的理論_2]．它主要探討物理科學(xué)認(rèn)識(shí)的邏輯結(jié)構(gòu)和研究程序，揭示物理科學(xué)研究過(guò)程中的各個(gè)階段和每一個(gè)環(huán)節(jié)的作用、特點(diǎn)及其所遵循的一般原則；總結(jié)物理科學(xué)研究中的一般方法，并將它們分類；揭示各方法的含義、特點(diǎn)、適用范圍、運(yùn)用的原則和注意事項(xiàng)，以及物理學(xué)史上的論證，并盡可能地給出使用模式，以便使用、借鑒和移植；研究物理學(xué)史上的重大突破和有代表性的事例，揭示著名物理學(xué)家的研究方法；研究新興科學(xué)、新興技術(shù)對(duì)物理學(xué)研究的重大影響，并探討其方法論意義．物理學(xué)方法論的形成有其漫長(zhǎng)的歷史，而且隨著物理學(xué)的發(fā)展還將不斷地豐富、更新和發(fā)展，它是由系列物理科學(xué)方法構(gòu)成，物理科學(xué)方法就是研究與描述物理現(xiàn)象、實(shí)施物理實(shí)驗(yàn)、總結(jié)與檢驗(yàn)物理規(guī)律時(shí)所應(yīng)用的各種手段和操作l_2]．從廣義上看，物理學(xué)方法應(yīng)該包括物理學(xué)知識(shí)的發(fā)現(xiàn)與研究方法、物理學(xué)理論體系的建立方法，以及物理學(xué)理論的學(xué)習(xí)與傳播方法．其常規(guī)的研究方法一般包括觀察實(shí)驗(yàn)法、邏輯思維方法和數(shù)學(xué)方法．物理學(xué)方法論教育，就是運(yùn)用現(xiàn)代教育思想和教育手段，有目的、有意識(shí)、有步驟地傳授和滲透物理學(xué)研究的方法，使學(xué)生受到科學(xué)方法的熏陶和訓(xùn)練，逐步地掌握最基本的、最主要的物理科學(xué)方法，達(dá)到促進(jìn)知識(shí)學(xué)習(xí)、增強(qiáng)實(shí)踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新精神，進(jìn)而提高全體學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的[1]．當(dāng)前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，創(chuàng)新性國(guó)家建設(shè)對(duì)人才的需要不斷增大，物理基礎(chǔ)課程的教學(xué)被賦予了更高的要求．因此，廣大物理教師都在積極地探索著物理教學(xué)的高效性問(wèn)題，在課程設(shè)置、教材編寫(xiě)以及相關(guān)研究論著上越來(lái)越關(guān)注方法論教育的問(wèn)題，研究物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)模式也成為越來(lái)越多的物理教師關(guān)注的熱點(diǎn)．

2研究物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)模式的價(jià)值

2．1模式與教學(xué)模式

模式是表明任何結(jié)構(gòu)或過(guò)程的主要組成部分以及這些部分之間的關(guān)系，是對(duì)客觀存在的事物的內(nèi)在機(jī)制以及事物間的本質(zhì)聯(lián)系所進(jìn)行的簡(jiǎn)化、直觀的描述形式，它的明顯特征是：模式是現(xiàn)實(shí)的再現(xiàn)，即現(xiàn)實(shí)的抽象概括，它來(lái)源于現(xiàn)實(shí)，但終歸于指導(dǎo)現(xiàn)實(shí)；模式是理論的形式，模式是一種理論，而非工藝性方法、計(jì)劃；模式是簡(jiǎn)化的形式，是經(jīng)過(guò)理性高度抽象概括后，以簡(jiǎn)單明了的形式表達(dá)出來(lái)的形式口]．教學(xué)模式是教學(xué)過(guò)程中各種因素相互作用時(shí)表現(xiàn)出的某些方式，以及這些方式所具有的穩(wěn)定程序，是在一定教學(xué)思想或理論指導(dǎo)下，為設(shè)計(jì)和組織教學(xué)而在實(shí)踐中建立起來(lái)的各種類型教學(xué)活動(dòng)的基本結(jié)構(gòu)．物理學(xué)方法論教育的課堂教學(xué)模式，就是在總結(jié)各種滲透了物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)過(guò)程的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)抽象概括，提出的便于大家操作的、簡(jiǎn)化的課堂教學(xué)的基本步驟與程序．

2．2進(jìn)行物理學(xué)方法論教育的意義

眾所周知，物理學(xué)之所以被人們公認(rèn)為一門(mén)重要的學(xué)科，不僅僅在于它對(duì)客觀世界的規(guī)律作了深刻的揭示，更因?yàn)樗谛纬?、發(fā)展的過(guò)程中，形成了一整套獨(dú)特而卓有成效的物理學(xué)方法論體系．物理學(xué)思想方法不僅對(duì)物理學(xué)本身有價(jià)值，而且對(duì)整個(gè)自然科學(xué)乃至社會(huì)科學(xué)的發(fā)展都有重要的意義和貢獻(xiàn)．因此，作為自然科學(xué)的一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科，物理教育應(yīng)該在講授物理學(xué)知識(shí)內(nèi)容的過(guò)程中，從更廣的視角展現(xiàn)物理學(xué)方法理論，積極引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)物理學(xué)的基本思想、觀點(diǎn)和方法，學(xué)會(huì)探索和解決物理問(wèn)題的方法和途徑，這將對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、科學(xué)探究能力及其科學(xué)素養(yǎng)都有極大的促進(jìn)作用，使他們?cè)诤罄m(xù)的學(xué)習(xí)和今后的工作中觸類旁通、靈活運(yùn)用，且終生受益．

2．3研究物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)模式的價(jià)值

研究物理學(xué)方法論教育的課堂教學(xué)模式，有利于在教學(xué)理論與物理教學(xué)實(shí)踐之間搭起一座橋梁，一方面，為教學(xué)理論不斷充實(shí)和發(fā)展提供各種素材，是個(gè)別的特殊經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為一般理論的中間環(huán)節(jié)；另一方面，可以供物理教師在設(shè)計(jì)和組織各種物理教學(xué)活動(dòng)中作參考，從而指導(dǎo)物理教學(xué)實(shí)踐，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高．再次，研究物理學(xué)方法論的課堂教學(xué)模式，還可以從整體上去綜合探討物理教學(xué)過(guò)程中各種因素之間的相互作用及其多樣化表現(xiàn)形態(tài)，有利于從動(dòng)態(tài)上把握物理學(xué)方法論教育教學(xué)過(guò)程的本質(zhì)和規(guī)律，為建立教學(xué)理論與物理教學(xué)實(shí)踐之間的暢通渠道提供物理學(xué)方法論的啟示．

3進(jìn)行物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)模式構(gòu)建的基本程序

3．1分析教材中的物理學(xué)方法論因素

在教學(xué)過(guò)程中開(kāi)展物理學(xué)方法論教育，首先必須結(jié)合教材進(jìn)行．但是，教材一般是以知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系為線索而展開(kāi)的，不會(huì)或很少會(huì)提到所應(yīng)用的物理科學(xué)方法，因此，在進(jìn)行物理學(xué)方法教育的過(guò)程中，必須分析、挖掘教材中的科學(xué)方法因素，即分析、挖掘教材中用以描述物理現(xiàn)象、研究物理現(xiàn)象的方法；思考教材是怎樣設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)，建立物理概念的；是如何探討、總結(jié)并檢驗(yàn)物理規(guī)律的，找到進(jìn)行方法論教育的素材，以利于教學(xué)的實(shí)施．例如：大學(xué)物理教材中關(guān)于“牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用”一節(jié)內(nèi)容，其蘊(yùn)含的物理學(xué)方法論因素有如下幾點(diǎn)．(1)關(guān)于慣性概念的給出，提到伽利略的慣性運(yùn)動(dòng)的理想實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)了伽利略的理想化實(shí)驗(yàn)方法；(2)牛頓第一定律的提出，其研究的是物體為什么會(huì)做這樣的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，即物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為什么會(huì)發(fā)生這樣變化的問(wèn)題，體現(xiàn)了物理學(xué)上的“因果觀“思想；(3)牛頓三大定律的核心又是體現(xiàn)了“絕對(duì)空間”和“絕對(duì)時(shí)間”的時(shí)空觀思想；(4)介紹牛頓的生平事跡，也就包含著牛頓科學(xué)思想方法，即牛頓應(yīng)用微積分的數(shù)學(xué)工具把實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)學(xué)演繹方法相結(jié)合，發(fā)展和超越了伽利略的實(shí)驗(yàn)方法論，并發(fā)展了數(shù)學(xué)演繹的公理方法，創(chuàng)造性地用了分析綜合方法創(chuàng)建了一個(gè)完整的經(jīng)典力學(xué)系統(tǒng)；(5)牛頓定律解題的基本步驟實(shí)際上體現(xiàn)了對(duì)物理問(wèn)題建立數(shù)學(xué)模型的過(guò)程，在建模過(guò)程中，實(shí)際上是對(duì)物體和運(yùn)動(dòng)理想化(如把物體視為質(zhì)點(diǎn))，即建立理想化模型；(6)關(guān)于牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用，用隔離法解題，實(shí)際上就是用“分離變量法”對(duì)被分離的物體進(jìn)行受力分析；(7)要求學(xué)生熟練地掌握運(yùn)用牛頓定律以及運(yùn)動(dòng)學(xué)基本公式解題的步驟，其實(shí)就是希望通過(guò)解題分析，體會(huì)滲透在題目中的因果觀物理思想和歸納推理、演繹推理等物理學(xué)方法等．可見(jiàn)，該節(jié)課所蘊(yùn)含的物理學(xué)方法因素是相當(dāng)豐富的．

3．2制定物理學(xué)方法論教育的具體目標(biāo)

物理學(xué)方法論教育是在教學(xué)過(guò)程中有意識(shí)地滲透進(jìn)行的，因此，教師在深入鉆研教材，確定知識(shí)教學(xué)目標(biāo)的時(shí)候，應(yīng)該同時(shí)制定物理學(xué)方法論教育的目標(biāo)要求及達(dá)標(biāo)方法，明確不同階段物理學(xué)方法論教育的重點(diǎn)，制定具體的、與教學(xué)內(nèi)容相配合、適應(yīng)學(xué)生特點(diǎn)的、有可操作性的目標(biāo)，使方法論的教育更具有針對(duì)性、計(jì)劃性，以克服隨意性和盲目性．要根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、物理教材、物理學(xué)發(fā)展史資料以及學(xué)生的生理、心理特征制定合理的教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)“感受、領(lǐng)悟、應(yīng)用、評(píng)價(jià)”等不同的水平層次分類制定，使課程目標(biāo)具體化，從而更好地把握教育的深度和廣度，最大限度地發(fā)揮教材的作用．例如，在上述“牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用”一節(jié)的教學(xué)中，分析了蘊(yùn)含的物理學(xué)方法論因素以后，其物理學(xué)方法論教育的教學(xué)目標(biāo)。

3．3確定物理學(xué)方法論教育的重點(diǎn)內(nèi)容

從廣義上看，物理學(xué)方法論教育包括弘揚(yáng)科學(xué)精神、掌握科學(xué)方法、樹(shù)立科學(xué)態(tài)度，它們都是通過(guò)課堂教學(xué)及課外系列活動(dòng)進(jìn)行的．但是，物理學(xué)的研究方法很多，包括觀察、實(shí)驗(yàn)、分析、綜合、歸納、演繹、比較、分類等系列方法，不可能每一節(jié)課都進(jìn)行撒網(wǎng)式的灌輸，而應(yīng)該是具體的方法論教育的內(nèi)容有所不同、有所側(cè)重，應(yīng)該按計(jì)劃每一節(jié)課突出一二個(gè)重要的研究方法，根據(jù)對(duì)教材中科學(xué)方法因素的分析，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和學(xué)習(xí)規(guī)律，根據(jù)物理學(xué)科的教學(xué)規(guī)律，確定每節(jié)課具體的物理學(xué)方法論教育的重點(diǎn)內(nèi)容．例如，還是關(guān)于“牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用”一節(jié)的教學(xué)，歸納其中蘊(yùn)含的物理學(xué)方法教育的因素，主要包括實(shí)驗(yàn)方法、歸納推理方法、演繹推理方法、分離變量法、理想化方法、數(shù)學(xué)方法(微積分)以及物理學(xué)上的因果觀、時(shí)空觀等物理學(xué)思想，把這些物理學(xué)思想方法因素挖掘出來(lái)后，在教學(xué)中，除了要求學(xué)生掌握牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其適用條件，能熟練地建立和求解牛頓運(yùn)動(dòng)定律的微分方程外，還必須結(jié)合發(fā)現(xiàn)、總結(jié)定律的歷史背景，適時(shí)介紹這些物理學(xué)方法，使學(xué)生能領(lǐng)悟其中的物理學(xué)思想；要通過(guò)具體實(shí)例分析牛頓運(yùn)動(dòng)定律應(yīng)用的兩大類問(wèn)題，把歸納和演繹方法滲透教學(xué)之中，其中重點(diǎn)詳細(xì)介紹分離變量法解物理問(wèn)題的思路，使學(xué)生在解題過(guò)程中逐步掌握這種物理學(xué)方法以達(dá)到靈活應(yīng)用．又如，關(guān)于“電磁感應(yīng)定律”的教學(xué)，分析其物理學(xué)方法因素，它包含逆向思維法、類比、觀察、求同法、求異法、歸納法、設(shè)疑等物理學(xué)研究方法，還包含法拉第的力線方法和場(chǎng)的思想．但是在實(shí)際教學(xué)中，可以通過(guò)顯性的方法突出傳授逆向思維法、力線的方法和場(chǎng)的思想，而其他的科學(xué)方法因素可以在知識(shí)講解時(shí)隱性傳授，這樣可以有目的地使學(xué)生在系統(tǒng)地掌握重點(diǎn)的方法論內(nèi)容的同時(shí)，又能感受其他的物理學(xué)科學(xué)方法．

3．4進(jìn)行物理學(xué)方法論教育的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)設(shè)計(jì)是根據(jù)教學(xué)對(duì)象和教學(xué)目標(biāo)，確定合適的教學(xué)起點(diǎn)與終點(diǎn)，將教學(xué)諸要素有序、優(yōu)化地安排，形成教學(xué)方案的過(guò)程．它是一門(mén)運(yùn)用系統(tǒng)方法科學(xué)解決教學(xué)問(wèn)題的學(xué)問(wèn)，它以教學(xué)效果最優(yōu)化為目的，以解決教學(xué)問(wèn)題為宗旨．教學(xué)時(shí)必須進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，因此，在進(jìn)行物理學(xué)方法論教育的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該遵循一致性原則、系統(tǒng)性原則、階段性原則、融合性原則，即進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計(jì)要與原來(lái)的課程設(shè)計(jì)相融合，并保持一致；在方法論教育的內(nèi)容選擇、時(shí)間安排、層次要求上要有系統(tǒng)性；要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)能力分階段進(jìn)行；要通過(guò)隱性滲透和顯性提煉等方式將方法論教育融合到具體的物理知識(shí)傳授中．

4物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)的基本模式

4．1物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)的宏觀模式

一學(xué)習(xí)，二模仿，三創(chuàng)新．學(xué)習(xí)，就是教師在課堂教學(xué)中滲透物理學(xué)方法論教育，學(xué)生通過(guò)課堂教學(xué)學(xué)習(xí)教師介紹的物理學(xué)方法論的知識(shí)，或者通過(guò)課外學(xué)習(xí)有關(guān)物理學(xué)方法論的基本知識(shí)，這是最基礎(chǔ)的工作；模仿，就是在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生將學(xué)習(xí)過(guò)的物理學(xué)方法論知識(shí)遷移到學(xué)習(xí)新的知識(shí)中去，這個(gè)過(guò)程是模仿的層次；創(chuàng)新，就是學(xué)生將學(xué)習(xí)過(guò)的物理學(xué)研究方法獨(dú)立地遷移到學(xué)習(xí)新的知識(shí)中去，或者應(yīng)用于解決自己遇到的新問(wèn)題中去¨．

4．2物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)的微觀模式

物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)的微觀模式就是指一堂課的教學(xué)模式在課堂教學(xué)中如何體現(xiàn)物理學(xué)方法論教育，理論研究與教學(xué)實(shí)踐表明，應(yīng)該做到以下幾點(diǎn)．(1)根據(jù)學(xué)生的接受能力，在進(jìn)行一定時(shí)問(wèn)的物理學(xué)方法論的滲透性教學(xué)后，要適當(dāng)提出有關(guān)物理學(xué)研究方法的名詞．(2)除實(shí)驗(yàn)法外，每堂課可再突出一二種常用的物理學(xué)研究方法．(3)教學(xué)過(guò)程中，可以根據(jù)實(shí)際情況，采取隱性或者顯性的教育，但是，在總結(jié)時(shí)一定要進(jìn)行顯性的物理學(xué)方法論教育，要明確提出本節(jié)課中，物理學(xué)方法論教育的具體內(nèi)容與要求，包括物理學(xué)研究方法的簡(jiǎn)單內(nèi)涵，應(yīng)用這種方法的簡(jiǎn)單步驟等，也就是說(shuō)，“過(guò)程可以隱性，總結(jié)一定要顯性．”]以“概念型”內(nèi)容課堂教學(xué)為例，其課堂教學(xué)模式一般是：概念引入一概念建立一概念定義一概念應(yīng)用一物理學(xué)研究方法總結(jié)(顯性)．其中，在概念引入之前，必須分析教材中的物理學(xué)方法因素，確定可以滲透的主要方法舉例，通過(guò)“復(fù)習(xí)、引入，實(shí)驗(yàn)引人，生活實(shí)例引入，提出不足引入，演繹引入，歷史上的爭(zhēng)議等方法引入概念；通過(guò)概念同化、概念順應(yīng)的方法來(lái)建立概念；通過(guò)詞語(yǔ)定義法、操作定義法、比值定義法、乘積定義法、文字表述、數(shù)學(xué)表達(dá)式、確定單位法等方式定義概念；應(yīng)用方法論意義進(jìn)行概念的應(yīng)用講解．最后，通過(guò)顯性的方式，明確說(shuō)明本節(jié)課突出的物理學(xué)研究方法，進(jìn)一步加深學(xué)生的理解和掌握．

總之，在物理教學(xué)中融入物理學(xué)方法論教育，有利于學(xué)生對(duì)物理學(xué)知識(shí)體系的整體了解和對(duì)物理知識(shí)的理解；有利于學(xué)生對(duì)物理學(xué)方法論的全面認(rèn)識(shí)．物理學(xué)方法論教育課堂教學(xué)模式很多，只要物理教師對(duì)物理學(xué)方法論應(yīng)用自如，并長(zhǎng)期不懈地堅(jiān)持在教學(xué)中對(duì)學(xué)生進(jìn)行物理學(xué)方法論教育，充分地發(fā)揮教材優(yōu)勢(shì)，挖掘教材中蘊(yùn)含的物理學(xué)研究方法，不斷地改革課堂教學(xué)模式并進(jìn)行總結(jié)，以供物理教師在設(shè)計(jì)和組織各種物理教學(xué)活動(dòng)中作參考，從而指導(dǎo)物理教學(xué)實(shí)踐，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高，實(shí)現(xiàn)物理學(xué)課程教育的價(jià)值．