中学物理科学方法教育的实验研究Word下载.docx

1、科学方法教育、物理教学、探究能力、素质教育AbstractThis article combines the teaching of physics in high schools. It discusses the relationship of knowledge, methods and ability, makes a research in some usual scientific ways of thinking mode and operating process, and point out the special effect on raising the students

2、，level of cognition and forming the scientific world view. According to the present situation of physics teaching in high schools in our country and the needs of the reform of courses, it stresses that in scientific education, we must emphasize the process of getting knowledge, and knowledge should

3、be combined with skill, procedure with methods and sensibility attitude with views of value. It tries putting forward systematic model of scientific ways when we teach the students knowledge. It establishes a scientific ways of classifying. It also brings forward the experience expressions of the an

4、alysis of methods factors.According to the test for the level of mastering of scientific methods and the ability of using the methods, we base a plan for experiments on the result of the test, establish a teaching model and choose some usual important methods, with which we carry out our teaching in

5、 different teaching steps. In fact, it has already proved effective. It shows that in the teaching of physics of high school, the education of scientific methods combined with the teaching of knowledge works well. It can help the formation of the students, good thinking quality, and the development

6、of the students, ability of creation.Key words: education about science method Physical teaching Ability to make a thorough inquiry Quality education中文摘要英文摘要前言 10.1课题研究的背景意义 10.2课题研究的方法与成果 2第一章 物理科学方法概述 1.1方法 341.2科学方法 31.3物理科学方法1.4物理科学方法体系 41.5物理科学方法的存在形式 51.6物理科学方法教育与知识教学能力培养之间的关系 71.7物理科学方法教育的意义

7、8第二章 高中学生物理科学方法知识与应用能力的调查与分析 2.1调查的目的 92.2调查设计的思想和方法 92.3调查对象 92.4调查内容 92.5调查结果分析 11第三章 高中物理科学方法的教学实践 3.1 中学物理科学方法教育的目标 3.2中学物理科学方法教育的原则 143.3中学物理科学方法教育的实施方式和途径 153.4中学物理科学方法教育教学案例 17第四章 总结评价与存在问题 4.1定量评价 394.2定性评价 404.3本课题研究的局限性 43主要参考文献 致谢 前 言战国时期田忌和齐威王赛马，分上、中、下三等一一对应比赛，由于田忌的马力不如齐威王的，因而连负三局。此时孙膑向田

8、忌献策：以其下等对其上等，宁负一局，然后以上对其中，以中对其下，连胜两局。这样最终以21获胜。又如，对前100个自然数求和，有如下三种方法： 方法一：1+2+3+4+98991005050 方法二：100+50+49（1+99）=5050 方法三：（1+100）2100=5050由上述两例可以看出：从事任何一项工作都要讲究方法，有了好的方法，可以提高工作效率，甚至可以出奇制胜。相反，如果不注意方式方法，就会导致解决问题的失败。例如：如图前1所示是一块很大的均匀薄钢板（无法悬挂），试求其重心的位置。由于事先没有向学生介绍分割法，学生束手无策。由此可见，对学生进行科学方法教育势在必行，刻不容缓。这

9、就是选题的缘由。0.1 课题研究的背景、意义1.进行科学方法教育是时代的要求 21世纪是以知识的创新和应用为重要特征的知识经济时代，科学技术迅猛发展，国际竞争日趋激烈，知识和技术的更新加快，客观形势对教育所培养的各级各类人才的全面素质提出更高的要求，在科学文化素质方面，不但要求有现代化的科学文化知识，而且要有良好的科学态度，了解和掌握正确的科学方法。早在1992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，进行了首次“中国公众对科学技术的态度成年人抽样调查”，并依照当前国际上流行的有关公众科学素养衡量标准的指标体系对中国公众的总体科学素养作了考察，同时与美国作了对比。具备理解科学

10、技术水平的中国公众的比例与美国的比例差不多（分别为30.1%和35.7%），具备理解科学过程水平的中国公众的比例为美国的1/5（分别为2.6% 与13.6%），理解科技对社会的影响的中国公众的比例为美国公众的同项的1/14（为1.9%与26.4%），同时满足上述三项被认为是具备科学素养的公众，则中国的比例仅为美国公众同项比例的1/23（分别为0.3%与6.9%），中国公众对科学知识的了解情况调查结果显示：对外部世界的了解要比对物质世界的内部了解多一些，对近代和现代科学知识的了解要比对传统科学的了解薄弱得多。调查认为，公众对科学研究方法的内在规律的了解与否是具备科学思想、科学素养的一个标志。研究

11、公众对科学方法及科学过程的理解程度能够在更深层次上揭示公众理解科学的态度。因此鉴于我国现状，调查强调：应将重点放在使公众更多地了解科学研究的方法和过程，以及科学技术对社会和我们生活的影响。调查说明在当今社会了解和掌握科学方法不仅是少数专业科研人员的要求而且是对一般公民的要求。今天的学生就是明天的公民，时代要求物理教学要在全面提高学生素质方面发挥更深刻、更广泛的教育功能，达到更全面、更高层次的教育目标，强调物理教学将学科的基本结构和科学探索过程的组合，认为“知识和科学过程两大领域结合起来形成物理教育的核心”（所谓科学过程，主要是指探索物理知识的科学方法），认为“提高科学文化素质，不仅是使学生掌握

12、物理知识和了解它们的应用，更重要的是使学生掌握科学方法”2.目前中学教学的现状由于面临“升学率”的巨大压力，在高考“指挥棒”的指挥下，目前仍有为数不少的学校轰轰烈烈喊“素质教育”，扎扎实实抓“应试教育”。抢时间，拼消耗，大搞“题海战术”，“把学生的主要精力用到了消极地掌握知识上去，使原先以知识为核心的教学陷入了新的泥潭。”重知识轻方法、重结论轻过程、重分数轻能力，尽快地改变这一现状已成为广大教师的迫切愿望。3.学生的认知特点皮亚杰把认知发展分为以下四个阶段：1、感知运动阶段（从出生到两岁左右）；2、前运演阶段（27岁左右）；3、具体运演阶段（712岁）；4、形式运演阶段（12-）。儿童从12岁

13、左右开始，不再依靠具体事物来运演，而能对抽象和表征性的材料进行逻辑运演。即能对抽象的假设或命题进行逻辑转换，这一过程离不开从具体到抽象的过渡训练，而这种从具体事物或过程中抽取主要因素，忽略次要因素正是科学方法中的模型方法所特别强调的。同时每当学生面对实际问题时常常被纷繁的现象弄得晕头转向感到束手无策，其中一个重要原因就是缺乏分析和综合及解决问题的能力。4.课题研究的现状在我国中学物理教学中，科学方法教育的研究始于80年代，进入90年代渐成热点，特别是1995年中国教育学会物理教学专业委员会在西安召开了“全国首届物理科学方法教育学术研讨会”之后，众多的教师投入了探索者的行列，有关的研究成果不断涌

14、现。综观这些研究可以发现一个共同特点，就是在研究方向上，对于科学方法教育的价值、意义、作用研究较多，具体实施研究较少；在科学方法的教学建议上，原则性阐述多，结合物理教材的深入研究少；在科学方法的性质上，列举事例较多，系统分类少；在教学措施上，定性研究多，定量研究少。笔者认为，物理教学中的科学方法教育应当在理论研究的指导下，立足于教材，着眼于实践。离开了教材这个基本出发点，离开了实践这个根本环节，就会成为纸上谈兵。目前在科学方法教育中，亟待解决的问题有两个：一是对科学方法进行合理分类；二是结合物理教材把不同层次的科学方法落实到教学实践中去。5.课题研究的意义高中学生正处于形成世界观的关键时期，物

15、理科学方法充满着丰富的辩证唯物主义教育因素，物理学方法教育与物理学史相结合能够向学生渗透科学真理的绝对性与相对性的对立统一的观点，这就非常有利于学生形成科学的世界观，确立正确的人生观。结合科学知识教育渗透科学方法教育符合认知规律，适应学生的认知特点，是还科学认识过程的本来面目，有利于降低学生学习知识的难度，有利于完善学生的认知结构，构建合理的知识网络体系，有利于发展学生获取信息和信息加工的能力，发展学生终身学习能力，符合素质教育的要求。0.2课题研究的方法与成果本课题的研究分三个阶段进行：首先，用文献法研究“中学物理科学方法教育”的理论问题；其次，运用调查法对高中学生掌握物理科学方法知识和应用

16、物理科学方法（解决问题）能力现状进行了调查和分析；最后，在对调查结果的分析研究的基础上设计实验方案，构建教学模式，进行了一系列的教学实践活动。本研究尝试将中学物理教材中所涉及的科学方法作一较为系统的分类；构建中学物理科学方法教育的课堂教学模式；结合物理教学把高中物理常用的重要的科学方法落实到教学实践中去。第一章物理科学方法概述1.1方法方法是一个抽象的高位概念，古、今、中、外对方法有着多种多样的表述和定义。中国古代用“道”与“法”，“方”与“术”，“矩”与“器”来表达方法的概念。古希腊则把方法一词表达式为“沿着”或“循由”、“道路”与“途径”，因此有人把方法定义为“研究或认识的途径”。如黑格尔

17、认为：“在探索的认识中，方法就是工具，是主观方面的某个手段，主观方面通过这个手段和客体发生联系。”苏联大百科全书第五版第16册中，将方法定义为“从实践上或从理论上把握现实的，为解决具体课题而采取的手段或操作的总和。”方法学原理（山东人民出版社1989年版）将方法作了如下定义：“方法是人类认识世界、适应世界和改造世界，并获得自身发展与进步的功能活动的手段，包括精神手段与物质手段。方法的作用在于实现人和世界在发展中的统一，它是人类不断取得自由的武器（这是目前较为全面的关于方法的定义）。”方法是主体和客体相互作用的中介，反映着人与自然，人与社会，人与人及人与自身的关系。总之方法反映了人与客观世界的关

18、系。可用图1-1表示。1.2科学方法：1.什么是科学方法呢？从广义来说，它是相对于不具有科学性、不能达到预期目的的方法而言的。凡是解决认识主体和客体，人和自然矛盾的方法，一般称之为科学方法。狭义来说科学方法是指科学研究中所采用的方法。科学方法含有以下两方面的含义：一是科学研究或应用的方法；二是某一方法的科学性或哲理性。科学离不开方法，方法植根于科学，但方法一旦形成，又具有远远超出某种科学范畴的普遍意义，成为理智可以广泛应用的重要工具。“比起任何特殊的科学理论来，对人类价值观影响最大的恐怕还是科学的方法论。” 2.科学方法的显著特点首先它依靠理性的论证而不诉诸个人情感，它要求在不同观点中进行抉择

19、时，必须尊重经验的证明；其次它总要导致新现象的发现，新理论的建立，从而不断放大人类的知识体系。3.科学方法的层次理论科学方法是前人从科学研究过程中总结出来的规则、规律，它与科学认识一样，经历了一系列的由低级到高级、由简单到复杂、由个别到一般、由经验到理论的向前发展的过程。依据科学方法的适用范围和概括程度的不同，可把科学方法区分为相互联系的三个层次：第一层次最高层次。这个层次是在自然科学、社会科学和思维科学领域里普遍适用的科学方法，也就是辩证唯物主义的认识论和方法论唯物辩证法；第二层次中间层次。这外层次是指包括若干学科在内的一类科学方法，如包括物理、化学、生物和地理科学四科在内的自然科学方法论等

20、；第三层次基础层次。这个层次是指某一学科及其所属部分学术领域的科学方法，因其适用范围比较狭窄，概括程度也比较低，所以也叫基础层次。如把科学方法的层次理论应用到物理教学论，则与其有关的各门科学方法还可更具体地区分为如下三个层次：（）最高层次。其中包括马克思主义认识论以及适用范围和概括程度虽略低一些，但仍属于本层次的逻辑学、系统论、控制论和信息论等的科学方法；（）中间层次。因为物理教学论是由物理科学和教育科学为主构成的边缘科学，所以应包括如下的科学方法：物理方面包括自然科学方法论、自然辩证法；教育科学方面包括教育学、心理学等方面有关的科学方法，以及综合性的理科教学论等方面的科学方法。（）基础层次。

21、该层次是指与物理教育有关的，如物理学方法论、物理教学论以及其中某一学术领域的，如物理分析方法、光谱分析以及演示实验、学生实验、边讲边实验等的科学方法。显然物理科学方法属于基础层次。1.3 物理科学方法物理科学方法是研究物理现象、描述物理现象、实施物理实验、总结物理规律、检验物理规律时所应用的多种手段与方法。是指在严格的科学条件下，通过严密的观察实验（观察和实验的方法）和严格的逻辑推理（理性思维的方法），去伪存真，去粗取精，由此及彼，由表及里，找到事物内部各部分之间及事物与外部环境的相互关系和相互作用，确定由相互作用产生的结构、运动变化和因果关系，形成规律性的认识的过程中所使用的方法。物理学的本

22、质，就是要尽可能用简单的术语来解释自然，也就是把我们所观察到和想象到的一切都归纳简化成基本原理。这种在思维上力求经济的做法就是物理科学方法。它包括常规方法：感性思维方法观察和实验，理性思维方法归纳和演绎、分析和综合等逻辑思维的方法；非常规方法：直觉、灵感、想象、猜测、和顿悟。另外物理美学、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。本研究的重点是常规物理科学方法和数学方法中的部分经典方法。1.4 物理科学方法的结构体系广义地讲物理科学方法应该包括物理学的研究方法、物理学理论体系的建立方法，以及物理学理论的学习与传播方法。现将物理方法体系放在层次理论的大背景下用框图表

23、示如图12所示。1.5物理科学方法的存在形式开展物理科学方法教育，必须结合教材进行，而教材一般是以知识的内在联系为线索展开的往往很少直接点明用了什么科学方法，这就要求教师去分析、挖掘教材中的科学方法因素。怎样分析教材中科学方法因素呢？我通过研究发现：在知识点的建立、引申和扩展过程中，知识点与知识点之间建立联系时一定存在科学方法因素。在匀速运动中，我们用S/来描述物体运动的快慢，这里就应用了比值法（比较的方法），而匀速运动本身就是一个理想化模型，运动形式引申为变速运动时，我们用（平均速度）来粗略地描述物体的运动，这里就用到了近似的方法，而速度要进一步引申到瞬时速度，则又用到了极限的方法，到普通物

24、理人们又用微分的方法来定义速度了。又如物体从受一个力作用时的加速度与力、质量的关系扩展到受几个力作用时物体的加速度、力、质量之间关系时，要用等效的方法加以过渡；从部分电路欧姆定律出发研究全电路欧姆定律时，用到了实验归纳法和理论演绎法。再如力要和加速度建立联系时，就要用到控制变量法，实验归纳法，综合法等等。另外当运用知识解决问题时，知识本身就具有方法的含义了，众所周知的阿基米德确定皇冠中是否掺有铜时，用的就是比较密度的方法，这里密度知识就具有方法的含义了。其实知识本身是一种客观实在，它们无方法可言，但人们去研究问题探索知识时，必须借助于一定的工具（如仪器），一定的手段（包括人的思维），通过一定的

25、操作去观察、去发现，这就体现为方法了。下面结合教材的具体特点，对照各种科学方法的主要特征，将各类教材中科学方法的存在方式作一粗略的探讨。1.概念性教材物理概念性教材，有概念的引入、建立、应用、发展等各种内容。下面重点介绍概念建立的一般方法：1以观察实验为基础，运用分析、比较、综合、抽象、概括等思维方法建立概念。2以物理事实为基础，运用科学抽象的思维方法，建立理想化的实体模型或过程模型。这些模型也属于物理概念，如质点、理想气体、匀速直线运动、等温过程等。3以已有的知识为基础，以物理客体为对象，运用逻辑的和数学的方法进行分析、综合、推理，建立起物理概念。在这种模式中观察和实验仍有一定作用，但重点是

26、逻辑的和数学的方法。如功的一般概念（能量转化的量度）、电场强度、电势等的概念。2.规律性教材总结物理规律的方法和建立物理概念的方法总体上相似，但不完全相同。大体来说，总结物理规律的方法主要有以下几种：1实验归纳法：从实验观察入手，对所得材料用逻辑的方法和数学的方法进行分析归纳，得出物理规律。这是高中物理教材中用得最多的方法，在此不一一列举。2演绎推理法：以已知的概念和规律为基础，对物理现象或过程进行逻辑的和数学的演绎，得出新的物理规律。如动量守恒定律，机械能守恒定律等。这类教材往往后面还安排了进一步的实验检验或通过应用进行检验。3假说方法：假说方法是物理学史上使用最多的方法，它常常与实验归纳法

27、、演绎推理法紧密结合使用。在中学物理教材中，为了节省篇幅和时间，假说的方法用得很少。物理学史上的正确假说，教材中一般称之为学说或理论，如分子运动论、电磁场理论、光的本性学说、原子结构学说等。4理想实验的方法：即在思想中进行理想化的实验和论证推理，得出某些物理规律，然后再通过实践检验或理论证明。如牛顿第一定律、理想弹簧振子振动规律、理想变压器工作原理等。还有一些概念和规律在中学物理教学中难以讲清它们的来源，只得先给出定义、结论或公式，把教学重点放在对其物理意义的解释上，或让学生在以后的学习中慢慢地理解消化。这类教材不是方法教育的重点，在此不再赘述。3.实验性教材除学生实验外，大多数实验教材分散在

28、概念教材和规律教材中。实验教材中的实验方法，主要包括根据实验目的进行设计构思的方法、实验操作的方法、整理归纳实验结果的方法。对于实验设计构思主要有以下一些特征：1明确实验的性质和目的，分清是定性实验还是定量实验，测量性实验或是探索、验证性实验。亦即测量什么？探索什么？验证什么？2先整体构思，后局部构思。先设计出实验方案的轮廓，然后根据这个轮廓具体设计实验的装置和步骤，并考虑细节性问题，以保证实验的可靠性，提高实验的精确性。3无论是整体构思还是局部构思，都要围绕实验的三个组成部分来考虑：a.实验对象的选取。b.实验条件的控制。包括有目的地使某些条件得以发生、产生变化或保持不变，使得某些干扰因素得

29、以排除的物质手段和操作手段。c.实验效果的显示手段。包括直接显示、间接显示、比较显示、积累显示、放大显示的方法和相应的仪器装置等。4.应用性教材在应用概念、规律解决问题的过程中，一般要运用分析和综合的方法、想象、理想化方法以及分析解决具体问题的方法，比较多的是演绎法。1.6方法教育与知识教学能力培养的关系1.知识和方法是血肉相连的一个整体学生在校学习物理应该学些什么？。布鲁纳在教育过程中指出：“无论大中小学的什么学科，首先要学生学习这门学科的基本结构。”这里的结构指一门学科的要领、原理、方法及其相互联系形成的整体，从中可以看出方法是知识结构中不可或缺的一部分，而且从某种意义上讲方法则是更灵活的富有创造性的。伽利略已去世300多年，他所发现的自由落体定律，在物理知识长河中所占的比例越来越小，他所创造出的科学实验数学演绎的方法表明从已知的现象可以证明从来没有被观察到的事情，获得超越某一实验本身条件的知识，并预见一些可以进一步用实验进行验证的后果。创造了比自由落体规律价值高出千百倍的财富。现代认知心理学根据知识的不同表征方式和作用，将知识分为陈述知识、程序性知识和策略性知识。陈述性知识又叫描述性知识，主要说明事物“是什么”，以用于区别、辨别事物。程序性知识即操作性知识，是指“怎样做”的知识，是关于解决问题的思维操作过程的知识，即关于如何学习和如何思维的知识，即关于如何使用陈述性知识和程