从物理学知能结构图看科学方法的实施

从物理学知能结构图看科学方法的实施

现在，科学方法的教育越来越受物理教育工作者的影响。科学方法的教育价值、教育目标、教育内容的研究都包括在内。科学方法的实施存在许多问题。针对这个问题,一种双线并行的科学方法教学模式被提出。一、基于科学方法的并行教学模式的教学设计所谓双线并行教学模式,是指在物理教学过程中,以教材中的知识发展过程和伴随知识的发展过程所蕴含的科学方法为基础,将知识的发展过程及其所运用的科学方法整理出线索,使知识线和方法线在教学过程中同时展开、并行前进的一种教学模式。双线并行教学模式的操作结构如图1所示:双线并行教学模式分为3个阶段,准备阶段、教学阶段和运用阶段。在准备阶段,教师要做好分析因素、理出双线和教学设计3项工作。在该阶段,教师需要找出相邻知识点之间的科学方法,按照知识点的发展顺序,排列成“知识线”,根据前后知识点之间的各个衔接中的科学方法进行一一排列,理出“方法线”,而后依据“方法线”进行教学设计。在教学阶段和运用阶段,教师根据不同教学内容、教学方式、教学课型和学生实际,开展丰富多彩的科学方法教育形式。在课堂教学内,教师的重点是把握科学方法这条主线。我们认为,双线并行教学模式为科学方法实施提出了比较中肯的方案,但正如笔者所指出的,其中仍有尚待完善之处。依据教学模式的创始人乔伊斯和韦尔的理论,“每一个模式都有一个内在的理论基础”,显然,双线并行教学模式缺乏真实的理论基础。因此,双线并行教学模式并不是实施科学方法教育的唯一模式,这就需要建构新的科学方法教育教学模式。二、明确科学方法教学的途径教学理论是教学模式得以建立的基础和依据,它对其他要素起着导向作用。依据这一思想,我们选择物理学知能结构作为科学方法教学模式的理论基础(如图2所示)。图2表明,物理学知能结构图主要包括5个部分:实验事实、物理知识、科学方法、数学以及延伸与应用。科学方法处于结构图的中心,分别与其他4个部分相联系。图中的箭头表示了不同部分之间的相互关系,不同部分之间也会发生联系,但这种联系须经科学方法才能实现,科学方法起到桥梁和纽带的作用。从物理教学的实践来看,物理教学过程主要体现在物理学知能结构图的两个教学途径上。(1)在物理教学中,从实验事实出发,必须经过科学方法的介入才能获得物理知识,科学方法是实验事实通达物理知识的必经之路,既不可或缺,也无法逾越。这一教学途径反映了物理知识的获得过程,可以表示为:实验事实→科学方法→数学→物理知识。这就是说,科学方法是获取物理知识的重要手段,学生只有掌握了科学方法,才能更快捷地获取物理知识。教学中只有借助于科学方法,才能使教学活动顺利进行。比如牛顿第二定律的建立,就需要应用实验法、控制变量法、图像法、曲线改直法、比例系数法等科学方法。显然,科学方法与物理知识形成了“因”与“果”的关系。(2)科学方法还是物理知识应用的重要手段,是实现物理知识智力价值的桥梁。进一步说,从物理知识出发,必须通过科学方法的中介才能解决实际问题。这一教学途径反映了物理知识的应用过程,可以表示为:物理知识→科学方法→数学→延伸与应用。仍以牛顿第二定律为例,在应用该定律解决实际问题时,就需要用到整体法、隔离法、正交分解法、图像法等科学方法。需要说明的是,这里前后两个“物理方法”的内涵不尽相同,第一个“物理方法”是物理知识获得过程中的物理方法,第二个“物理方法”是物理知识运用过程中的物理方法,两者有部分的交集,却不完全相同。根据物理学知能结构图,我们提出了方法中心教学模式。与双线并行教学模式不同的是,方法中心教学模式不是把科学方法与物理知识看成地位相等的,而是看成主次不同的。科学方法为主,物理知识为辅,是科学方法作为主线,引领了物理知识的获得和应用。因此,在科学方法教学思想上,方法中心教学模式与双线并行教学模式具有本质的差异。教学模式都是指向一定的教学目标,为达到特定的教学目标而设计的。科学方法中心教学模式的教学目标正是通过科学方法教育促使学生掌握物理知识,完善物理认知结构,最终提高物理能力。三、物理知识在知识掌握过程中的运用进一步,我们分别阐述方法中心教学模式的操作程序。第一,介绍物理知识获得过程中实施科学方法中心教学模式的操作程序。(1)从实验事实(包括观察、历史资料、实践经验等)出发,联系旧知识,设置问题情境。(2)联系已有的知识,运用思维方法分析实验事实,这一过程可能需要运用多种思维方法,包括分析、综合、抽象、概括、判断、推理等思维方法。(3)借助于获得物理知识的物理方法形成对知识的建构,这一过程可能包含运用多个物理方法。(4)借助于数学(物理量与数学公式)表达物理知识(物理概念、规律等)。从以上分析不难看出,知识获得过程中实施科学方法中心教学模式的操作程序其实既包括了思维方法的运用,也包括了物理方法的运用,而且思维方法贯穿了知识获得的全过程。第二,介绍物理知识运用过程中实施科学方法中心教学模式的操作程序。(1)确定解决问题需要的物理知识(物理概念、规律等)。(2)运用思维方法分析问题,这一过程可能需要运用多种思维方法,包括分析、综合、抽象、概括、判断、推理等思维方法。(3)借助于运用物理知识的物理方法形成对问题的解决,这一过程可能包含运用多个物理方法。(4)运用数学知识(物理量与数学公式)求解问题。同样,知识应用过程中实施科学方法中心教学模式的操作程序既包括了思维方法的运用,也包括了物理方法的运用,而且思维方法贯穿了知识获得的全过程。需要说明的是,获得知识和运用知识过程中的科学方法有一定的交集,通过两个过程的先后教学,从而共同促进学生掌握科学方法。以上是我们建构的科学方法中心教学模式,不难看出,科学方法中心教学模式是在深入研究“