1物理学方法论概述

所谓方法，就是为了解决某一具体问题，在实践或理论上所采用的一般思维手段和操作步骤的总和．方法论是关于认识和改造现实方法的学说和理论，它可以有许多不同的分类名称，按照分析的不同层次或普遍性程度的高低，方法论分为三个层次，即哲学方法论、自然科学方法论以及各门学科中一些具体方法，物理学方法论属于自然科学方法论的一个分支¨．物理学方法论是以唯物辩证法为指导，探讨物理学一般研究方法的理论_2]．它主要探讨物理科学认识的逻辑结构和研究程序，揭示物理科学研究过程中的各个阶段和每一个环节的作用、特点及其所遵循的一般原则；总结物理科学研究中的一般方法，并将它们分类；揭示各方法的含义、特点、适用范围、运用的原则和注意事项，以及物理学史上的论证，并尽可能地给出使用模式，以便使用、借鉴和移植；研究物理学史上的重大突破和有代表性的事例，揭示著名物理学家的研究方法；研究新兴科学、新兴技术对物理学研究的重大影响，并探讨其方法论意义．物理学方法论的形成有其漫长的历史，而且随着物理学的发展还将不断地丰富、更新和发展，它是由系列物理科学方法构成，物理科学方法就是研究与描述物理现象、实施物理实验、总结与检验物理规律时所应用的各种手段和操作l_2]．从广义上看，物理学方法应该包括物理学知识的发现与研究方法、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．其常规的研究方法一般包括观察实验法、逻辑思维方法和数学方法．物理学方法论教育，就是运用现代教育思想和教育手段，有目的、有意识、有步骤地传授和渗透物理学研究的方法，使学生受到科学方法的熏陶和训练，逐步地掌握最基本的、最主要的物理科学方法，达到促进知识学习、增强实践能力和培养创新精神，进而提高全体学生科学素养的目的[1]．当前，随着我国经济社会的飞速发展，创新性国家建设对人才的需要不断增大，物理基础课程的教学被赋予了更高的要求．因此，广大物理教师都在积极地探索着物理教学的高效性问题，在课程设置、教材编写以及相关研究论著上越来越关注方法论教育的问题，研究物理学方法论教育课堂教学模式也成为越来越多的物理教师关注的热点．

2研究物理学方法论教育课堂教学模式的价值

2．1模式与教学模式

模式是表明任何结构或过程的主要组成部分以及这些部分之间的关系，是对客观存在的事物的内在机制以及事物间的本质联系所进行的简化、直观的描述形式，它的明显特征是：模式是现实的再现，即现实的抽象概括，它来源于现实，但终归于指导现实；模式是理论的形式，模式是一种理论，而非工艺性方法、计划；模式是简化的形式，是经过理性高度抽象概括后，以简单明了的形式表达出来的形式口]．教学模式是教学过程中各种因素相互作用时表现出的某些方式，以及这些方式所具有的稳定程序，是在一定教学思想或理论指导下，为设计和组织教学而在实践中建立起来的各种类型教学活动的基本结构．物理学方法论教育的课堂教学模式，就是在总结各种渗透了物理学方法论教育课堂教学过程的基础上，经过抽象概括，提出的便于大家操作的、简化的课堂教学的基本步骤与程序．

2．2进行物理学方法论教育的意义

众所周知，物理学之所以被人们公认为一门重要的学科，不仅仅在于它对客观世界的规律作了深刻的揭示，更因为它在形成、发展的过程中，形成了一整套独特而卓有成效的物理学方法论体系．物理学思想方法不仅对物理学本身有价值，而且对整个自然科学乃至社会科学的发展都有重要的意义和贡献．因此，作为自然科学的一门基础学科，物理教育应该在讲授物理学知识内容的过程中，从更广的视角展现物理学方法理论，积极引导学生认识物理学的基本思想、观点和方法，学会探索和解决物理问题的方法和途径，这将对培养学生的逻辑思维能力、科学探究能力及其科学素养都有极大的促进作用，使他们在后续的学习和今后的工作中触类旁通、灵活运用，且终生受益．

2．3研究物理学方法论教育课堂教学模式的价值

研究物理学方法论教育的课堂教学模式，有利于在教学理论与物理教学实践之间搭起一座桥梁，一方面，为教学理论不断充实和发展提供各种素材，是个别的特殊经验转化为一般理论的中间环节；另一方面，可以供物理教师在设计和组织各种物理教学活动中作参考，从而指导物理教学实践，促进教学质量的提高．再次，研究物理学方法论的课堂教学模式，还可以从整体上去综合探讨物理教学过程中各种因素之间的相互作用及其多样化表现形态，有利于从动态上把握物理学方法论教育教学过程的本质和规律，为建立教学理论与物理教学实践之间的畅通渠道提供物理学方法论的启示．

3进行物理学方法论教育课堂教学模式构建的基本程序

3．1分析教材中的物理学方法论因素

在教学过程中开展物理学方法论教育，首先必须结合教材进行．但是，教材一般是以知识的内在联系为线索而展开的，不会或很少会提到所应用的物理科学方法，因此，在进行物理学方法教育的过程中，必须分析、挖掘教材中的科学方法因素，即分析、挖掘教材中用以描述物理现象、研究物理现象的方法；思考教材是怎样设计物理实验，建立物理概念的；是如何探讨、总结并检验物理规律的，找到进行方法论教育的素材，以利于教学的实施．例如：大学物理教材中关于“牛顿运动定律及其应用”一节内容，其蕴含的物理学方法论因素有如下几点．(1)关于惯性概念的给出，提到伽利略的惯性运动的理想实验，体现了伽利略的理想化实验方法；(2)牛顿第一定律的提出，其研究的是物体为什么会做这样的运动问题，即物体的运动状态为什么会发生这样变化的问题，体现了物理学上的“因果观“思想；(3)牛顿三大定律的核心又是体现了“绝对空间”和“绝对时间”的时空观思想；(4)介绍牛顿的生平事迹，也就包含着牛顿科学思想方法，即牛顿应用微积分的数学工具把实验方法和数学演绎方法相结合，发展和超越了伽利略的实验方法论，并发展了数学演绎的公理方法，创造性地用了分析综合方法创建了一个完整的经典力学系统；(5)牛顿定律解题的基本步骤实际上体现了对物理问题建立数学模型的过程，在建模过程中，实际上是对物体和运动理想化(如把物体视为质点)，即建立理想化模型；(6)关于牛顿运动定律的应用，用隔离法解题，实际上就是用“分离变量法”对被分离的物体进行受力分析；(7)要求学生熟练地掌握运用牛顿定律以及运动学基本公式解题的步骤，其实就是希望通过解题分析，体会渗透在题目中的因果观物理思想和归纳推理、演绎推理等物理学方法等．可见，该节课所蕴含的物理学方法因素是相当丰富的．

3．2制定物理学方法论教育的具体目标

物理学方法论教育是在教学过程中有意识地渗透进行的，因此，教师在深入钻研教材，确定知识教学目标的时候，应该同时制定物理学方法论教育的目标要求及达标方法，明确不同阶段物理学方法论教育的重点，制定具体的、与教学内容相配合、适应学生特点的、有可操作性的目标，使方法论的教育更具有针对性、计划性，以克服随意性和盲目性．要根据课程标准、物理教材、物理学发展史资料以及学生的生理、心理特征制定合理的教学目标，根据“感受、领悟、应用、评价”等不同的水平层次分类制定，使课程目标具体化，从而更好地把握教育的深度和广度，最大限度地发挥教材的作用．例如，在上述“牛顿运动定律及其应用”一节的教学中，分析了蕴含的物理学方法论因素以后，其物理学方法论教育的教学目标。

3．3确定物理学方法论教育的重点内容

从广义上看，物理学方法论教育包括弘扬科学精神、掌握科学方法、树立科学态度，它们都是通过课堂教学及课外系列活动进行的．但是，物理学的研究方法很多，包括观察、实验、分析、综合、归纳、演绎、比较、分类等系列方法，不可能每一节课都进行撒网式的灌输，而应该是具体的方法论教育的内容有所不同、有所侧重，应该按计划每一节课突出一二个重要的研究方法，根据对教材中科学方法因素的分析，根据学生的认知特点和学习规律，根据物理学科的教学规律，确定每节课具体的物理学方法论教育的重点内容．例如，还是关于“牛顿运动定律及其应用”一节的教学，归纳其中蕴含的物理学方法教育的因素，主要包括实验方法、归纳推理方法、演绎推理方法、分离变量法、理想化方法、数学方法(微积分)以及物理学上的因果观、时空观等物理学思想，把这些物理学思想方法因素挖掘出来后，在教学中，除了要求学生掌握牛顿运动定律及其适用条件，能熟练地建立和求解牛顿运动定律的微分方程外，还必须结合发现、总结定律的历史背景，适时介绍这些物理学方法，使学生能领悟其中的物理学思想；要通过具体实例分析牛顿运动定律应用的两大类问题，把归纳和演绎方法渗透教学之中，其中重点详细介绍分离变量法解物理问题的思路，使学生在解题过程中逐步掌握这种物理学方法以达到灵活应用．又如，关于“电磁感应定律”的教学，分析其物理学方法因素，它包含逆向思维法、类比、观察、求同法、求异法、归纳法、设疑等物理学研究方法，还包含法拉第的力线方法和场的思想．但是在实际教学中，可以通过显性的方法突出传授逆向思维法、力线的方法和场的思想，而其他的科学方法因素可以在知识讲解时隐性传授，这样可以有目的地使学生在系统地掌握重点的方法论内容的同时，又能感受其他的物理学科学方法．

3．4进行物理学方法论教育的课堂教学设计

教学设计是根据教学对象和教学目标，确定合适的教学起点与终点，将教学诸要素有序、优化地安排，形成教学方案的过程．它是一门运用系统方法科学解决教学问题的学问，它以教学效果最优化为目的，以解决教学问题为宗旨．教学时必须进行教学设计，因此，在进行物理学方法论教育的课堂教学设计中，应该遵循一致性原则、系统性原则、阶段性原则、融合性原则，即进行的教学设计要与原来的课程设计相融合，并保持一致；在方法论教育的内容选择、时间安排、层次要求上要有系统性；要根据学生的认知水平、学习能力分阶段进行；要通过隐性渗透和显性提炼等方式将方法论教育融合到具体的物理知识传授中．

4物理学方法论教育课堂教学的基本模式

4．1物理学方法论教育课堂教学的宏观模式

一学习，二模仿，三创新．学习，就是教师在课堂教学中渗透物理学方法论教育，学生通过课堂教学学习教师介绍的物理学方法论的知识，或者通过课外学习有关物理学方法论的基本知识，这是最基础的工作；模仿，就是在教师的指导下，学生将学习过的物理学方法论知识迁移到学习新的知识中去，这个过程是模仿的层次；创新，就是学生将学习过的物理学研究方法独立地迁移到学习新的知识中去，或者应用于解决自己遇到的新问题中去¨．

4．2物理学方法论教育课堂教学的微观模式

物理学方法论教育课堂教学的微观模式就是指一堂课的教学模式在课堂教学中如何体现物理学方法论教育，理论研究与教学实践表明，应该做到以下几点．(1)根据学生的接受能力，在进行一定时问的物理学方法论的渗透性教学后，要适当提出有关物理学研究方法的名词．(2)除实验法外，每堂课可再突出一二种常用的物理学研究方法．(3)教学过程中，可以根据实际情况，采取隐性或者显性的教育，但是，在总结时一定要进行显性的物理学方法论教育，要明确提出本节课中，物理学方法论教育的具体内容与要求，包括物理学研究方法的简单内涵，应用这种方法的简单步骤等，也就是说，“过程可以隐性，总结一定要显性．”]以“概念型”内容课堂教学为例，其课堂教学模式一般是：概念引入一概念建立一概念定义一概念应用一物理学研究方法总结(显性)．其中，在概念引入之前，必须分析教材中的物理学方法因素，确定可以渗透的主要方法举例，通过“复习、引入，实验引人，生活实例引入，提出不足引入，演绎引入，历史上的争议等方法引入概念；通过概念同化、概念顺应的方法来建立概念；通过词语定义法、操作定义法、比值定义法、乘积定义法、文字表述、数学表达式、确定单位法等方式定义概念；应用方法论意义进行概念的应用讲解．最后，通过显性的方式，明确说明本节课突出的物理学研究方法，进一步加深学生的理解和掌握．

总之，在物理教学中融入物理学方法论教育，有利于学生对物理学知识体系的整体了解和对物理知识的理解；有利于学生对物理学方法论的全面认识．物理学方法论教育课堂教学模式很多，只要物理教师对物理学方法论应用自如，并长期不懈地坚持在教学中对学生进行物理学方法论教育，充分地发挥教材优势，挖掘教材中蕴含的物理学研究方法，不断地改革课堂教学模式并进行总结，以供物理教师在设计和组织各种物理教学活动中作参考，从而指导物理教学实践，促进教学质量的提高，实现物理学课程教育的价值．