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第五章 掌握科学方法的心理基础 我国的物理教材在知识结构上，整体框架比较偏重物理学科的知识结构，基本上以力、热、光、电、原的序列体系编排。在思维逻辑结构上，我国物理教材通常对知识点的逻辑关系采用显处理，而对物理知识的内在联系和处理方法，特别是对物理方法，采用隐处理，即不在课文中写明，而是让学生在学习过程中自己去领悟。正是这种隐处理的方式导致了我国中学物理教学科学方法教育的薄弱与不足。在国内物理教育界，目前在理论研究层次上，人们已经开始注意并重视这个问题。 第一节 科学方法在物理学习中的价值与作用 科学方法是人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的正确的思维方式和行为方式，是人们认识自然和改造自然的有效工具。物理学发展的历史表明，物理学上任何重大的进展，都是在正确的方法论指导下，运用科学方法解决的。作出创造性贡献的物理学家除了具有博大精深的理论知识外，还掌握了先进的科学方法。 比如，伽利略发现落体运动规律和惯性定律，是运用了实验方法和数学方法；牛顿总结出物体运动三定律和万有引力定律是应用了数学方法和逻辑方法；麦克斯韦电磁理论的建立是采用了模型方法和数学方法。通过上述物理规律的发现过程，我们就不难深刻理解科学方法教育的重要意义。 应当明确的是，我国的物理教育一直存在着重视知识而忽视科学方法的倾向，而且，这种倾向由来已久。 一、物理教学中科学方法的分类 科学方法本身是一个完整的体系，这个体系按其性质和应用范围可以分为相互联系的三个层次。，即哲学方法、自然科学的一般研究方法和各个学科的具体研究方法。具体到物理教学中科学方法的分类，一般认为可以划分为以下三个层次： 第一个层次叫做具体方法。在中学物理范畴内，科学方法的具体方法是很多的，比如测定物体重心的方法，就有悬挂法、搁置法。再如实验中的作图法，其中又包含有许多具体的科学方法，如曲线改直、内插、外推等。这些都是具体的科学方法，教材中往往没有明确提出来，容易为学生所忽视。 第二个层次是逻辑方法。在上述具体方法基础上，进行物理思维活动，就是运用逻辑的方法进行思考。逻辑方法主要是指抽象、概括、判断、推理、比较、鉴别、分析、综合等思维方法。在中学物理教学中，尤其要重视归纳推理和演绎推理两种科学方法。 第三个层次是分析问题、解决问题的方法。在前两个层次的基础上，加上处理问题的若干方法，就构成了一套分析、解决问题的方法。这是科学方法教育的最高层次。在这个层次中，应当包括等效方法、近似处理方法、模型方法等。 用这些方法具体解决某些问题，这是次要的，关键是训练方法。掌握了知识技能方法，就为提高能力奠定了基础。 二、科学方法在学生学习物理中的作用① 科学方法在物理学习中的作用是什么？这既是一个理论问题，也是一个实践问题。从理论和实践上研究清楚这个问题，对于物理教学有着举足轻重的作用。 科学方法在学生学习物理中的作用有以下几个方面。 （1）科学方法是学生学习物理知识的重要手段，学生掌握了科学方法，就能透彻地理解物理知识。 高中物理教材在欧姆定律一节的编写上，采用了先做实验（实验方法为变量法）、得出实验数据，然后画出伏安特性图线（U-I图线）。最后教材指出：德国物理学家欧姆（1787—1854）最先用实验研究了电流跟电压、电阻的关系，得出结论，导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比，这就是欧姆定律。用I表示通过导体的电流，U表示导体两端的电压，R表示导体的电阻，欧姆定律可以写成如下的公式： 我们认为，高中物理教材在欧姆定律一节的编写中，存在明显的缺陷。其具体表现为：高中物理欧姆定律一节缺少定律表达式的得出过程。这样，教材中的实验数据、图像与欧姆定律的得出之间就缺乏因果关系，没有逻辑上的必然联系，结学生造成一种欧姆定律是欧姆得出的，而不是通过本节实验及图像得出的印象。 事实上，欧姆定律的表达式完全可以从本节课的实验数据和图像上得出来，而且这一过程非常简单。 在直角坐标系中，用纵坐标表示电压U，用横坐标表示电流I，作出伏安特性图像（U-I图像），从图像上来看，电阻正是图像中直线的斜率k，所以，U-I图像中的直线就表示了一段通电导体的电压（纵坐标值）、电流（横坐标值)和电阻（斜率）三者之间的关系。既然U-I图像中的直线可以表不U、I、R三者之间的关系，那么U-I图像中斜率为R的直线方程的表达式就是欧姆定律的表达式。 根据初等数学知识，在平面直角坐标系中过原点的直线方程为y=kx，因此，欧姆定律的表达式就可以写成 由于现行物理教材的编写对科学方法采用隐处理，这就使得许多初、高中物理教师难以准确把握欧姆定律的教学。实际教学中往往是“照猫画虎”，使学生在学习了欧姆定律一节后，处于一种“知其然而不知所以然”的境地，从而影响了教学效果。 如果能对初、高中物理教学中欧姆定律得出过程中所运用的科