实施科学方法教育提高科学素养

1问题的提出

在科学技术成为第一生产力的当今世界，不论是发达国家还是发展中国家，推进教育现代化的普遍举措就是加强和更新基础教育学校的科学课程.各国科学课程改革的共同特点是：科学教育的内容在更新，课程的结构在调整，教学的方式在转变，科学方法教育已经引起高度的关注.

美国提出物理课程改革既要传授科学基础知识，又要培养科学探索精神和科学的价值观，掌握科学方法，具备科学素养；英国提倡物理教育应重视观察、量度、描述、探究、预测、实验和解释等科学过程和方法；日本要求物理课程在重视科学基本概念的同时培养科学的观点和思维方法；法国特别突出强调使学生获得有关科学活动的方法以及与之相对应的素养.各国课程的改革除了强调基础教育必须培养学生科学知识、能力和价值外，最为突出的特点是把科学方法教育作为一个独特的领域融入课程，科学方法教育已经成为世界性教育改革的共同趋向.

我们国家的近代科学教育起源于西方，虽然近百年来我们一直在向西方学习，但科学方法教育的内容陈旧和教学方式方法不当的问题始终没有解决.不但科学方法教育落后已经成为我们科学教育的明显弱势和弊端，而且国民科学素养差（据中国科协的一项调查，我国具有基本科学素质的公民比例不到3%）和科技人才缺乏也是一个基本事实，更为令人担心的是迄今为止，我们仍然缺乏对少年儿童进行科学教育的迫切需要和良好环境.中新网报道，某市场策划公司对某市中学生抽样调查的结果显示， 59.3%的中学生把影视歌星作为自己的偶像，22.2%的中学生选择了体育明星，崇拜科学家的与崇拜卡通明星的一样都占18.5%，与上一代人相比，科学家在青少年心目中的地位下降了许多；《中国青年报》报道，某市少年宫设有文艺类、体育类、外语类和科技类等各种兴趣班，五六年中每年有8000多人上课，参加科技班的学生只有10几个人；近30年来，我国各地修建的公园、庙宇和游乐场处处皆是，但却很少新建科技馆，即使是经济文化比较发达繁荣的大中城市科技馆也很少，科技馆很少有人问津.而据《科技日报》报道，在美国动手型的科技馆就有300多家，每年参观的观众多达1.35亿人次，比观看各种体育比赛的观众总数还要多.就我国科学教育的现状看，加强公民科学方法教育迫在眉睫.

本世纪初，我国颁布了《科学技术普及法》，其中明确地提出了科学普及的内容是“普及科学技术知识、倡导科学方法、传播科学思想、弘扬科学精神”.为了实施科普法，中国科协还制订了全民科学素养行动的“2049计划”.现在实施的《义务教育物理课程标准》也把科学方法教育列为物理课程改革的三维目标之一，《义务教育物理课程标准》还就科学方法教育的要求作了十分清晰准确的论述：“让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养其探索精神、实践能力以及创新意识”；“义务教育阶段物理课程的总目标是提高学生的科学素养，让学生学习终身发展必需的物理基础知识和方法，养成良好的思维习惯，在分析问题、解决问题或作决定时，能尝试运用科学知识和科学研究方法”；“学习物理学家在科学探索中的研究方法，并能在解决问题中尝试应用科学研究方法”.在义务教育物理课程中强调科学方法教育，旨在加强对学生科学方法的教育，提高学生的科学素养.

2概念的界定及其教育目标

纵观物理学研究和发展，其成果主要表现在如下三个方面：科学理论成果、技术方法成果、思想方法成果.相应的物理学主要有三个社会功能：认识世界功能、改变世界功能和科学育人功能.19世纪以前，人们只发现了物理学在认识世界方面的功能.19世纪后，人们开始逐渐认识到物理学具有改变世界的功能，这是因为物理学推动了两次工业革命.20世纪以来，人类社会发生了电子技术、核能技术、半导体技术、激光技术、信息技术、生物技术、纳米技术等一系列重大革命.而其中每一项重大科技革命都是现代物理学的理论和方法的应用.现在人们普遍认识到，物理学在培养科学素养和方法方面具有强大功能，是其他学科不可替代的.

物理科学方法就是研究物理现象、描述物理现象、建立物理概念、实施物理实验、总结物理规律、检验物理规律时所用的各种手段与方法.中学物理中涉及到的科学方法有很多，概括起来可分为三类，即物理方法、逻辑方法、非逻辑方法.物理方法包括：观察法、实验法、模型法、理想化法、等效法、“问题――猜想――实验――理论”科学探究法等.逻辑方法包括：比较、分类、类比、分析、综合、抽象、概括、归纳、演绎等方法.非逻辑方法的理性思维如直觉、想象的研究方法.在物理课堂教学中实施物理科学方法教育，就是让学生在观察物理现象、形成物理概念、掌握物理规律、进行物理实验的过程中能够再认识或回忆起科学方法名称或其应用实例.学生能够说明学过的物理科学方法的基本含义，以及应用这种方法的基本步骤.学生能够根据提供的新情景，运用所学的物理科学方法进行分析与研究后得出结论，或者运用所学的物理科学方法解决问题，从而达到培养学生思维能力和科学素养的目的.

3实施科学方法教育的原则和策略

3.1挖掘教材中蕴含的科学方法，实现科学内容和科学方法教育的无缝链接

毫无疑问，物理现象的观察、物理概念的形成、物理规律的得出，是构成物理教材的主体，而科学内容和科学方法又是十分紧密的联系在一起的，科学方法常隐含在物理学知识点的建立、扩展与引申中，知识点以及知识点之间的链接处一定存在方法论的因素.从这个意义上说，科学内容应该包含科学方法，但由于科学方法教育还处在启蒙阶段，教材对科学方法的表述还没有显性化，所以把科学方法单独从科学内容中抽列出来，分析教材中的方法论因素，以物理学史资料为线索，对比物理学发展中的研究方法，分析、挖掘教材中是用什么方法描述物理现象、研究物理现象的，研究如何建立物理概念，探讨、总结并检验物理规律.这对我们实施科学方法教育具有很大的积极意义，也是进行科学方法教育的第一要务，只有梳理挖掘出教材中的科学方法，科学方法教育才有针对性.充分挖掘出教材中蕴含的科学方法，结合科学内容的学习、实施科学方法教育是最基本的也是最行之有效的方法策略.

例如，进行“速度”教学时，教材虽然没有明确提出“比值定义法”.但速度的陈述“物体运动的路程和通过这段路程所用时间的比值”却隐含了“比值定义法”.教学时，应该在认识描叙物体运动快慢的两种方法（相同时间比较路程或相同路程比较时间）后，不失时机地提出“比值定义法”，这样学生理解科学方法就贴切顺畅，如果脱离教材而空谈方法，为方法教育而进行方法教育就会成为“无源之水”.

3.2在科学探究中强化科学方法教育

科学探究既是学生的学习目标，又是重要的学习方式.更是进行科学方法教育的重要途径.《义务教育物理课程标准》将科学探究列入“内容标准”，把科学探究和科学内容放在同等地位，旨在让学生经历与科学工作者进行相似的探究过程，主动获取物理知识与技能，领悟科学探究方法，发展科学探究能力，体验科学探究的乐趣，培养实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神. 科学探究的形式是多种多样的，其7个要素为：提出问题、猜想与假设、设计实验与制订计划、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、表达与交流.科学探究的这些要素涵盖了众多的逻辑和非逻辑的科学方法，进行科学探究的过程，就是实施科学方法教育的过程.科学探究“是一个更加难以捉摸和费心、费力的过程，而不是一个质朴的概念，需做大量细致的观察，然后进行整理，它比课标中作为‘科学的方法’所介绍的教条性的要素灵活得多；它不仅仅是‘做做实验’，不仅限于实验室，在科学探索中实施科学方法教育比许多人能认识到的要多得多”.科学方法教育必须突出科学探究，强调做中学，让学生亲自操作实验、动手动脑，主动参与学习，体验和感悟科学探究的过程和方法，实现学习方式的转变，逐步养成敢于质疑、善于交流，乐于合作，勇于实践的科学习惯和态度.

例如，进行“牛顿第一定律”教学时，教材介绍了亚里士多德的观点，介绍了伽利略的理想实验和理想实验的思维方法，教师应放手让学生自主探究，领略它的思维和方法，使学生对研究物理学的“实验事实――提出假说――实验检验”这一基本方法有初步的了解，通过分析、概括、推理，使学生逐步认识到：物理学的发展是以观察、实验为基础，提出假说，经过科学抽象，运用数学工具，概括总结出规律，形成理论，再经过实验的检验，循环往复，使之不断丰富、深入和完善.

3.3隐性教育与显性教育相结合的原则

针对初中学生的年龄特点、认知水平和科学内容中蕴含的科学方法的不同，在确定物理方法教学目标时，必须考虑学生的实际水平.初中生刚学习物理，一般只要知道物理知识和物理方法之间的简单对应关系，将知识和方法联系起来，将物理方法穿插到物理知识中，潜移默化地实施科学方法，对于科学方法教育起步阶段是一个不错的策略，切不可片面地追求物理方法教育，把各种科学思维方法传授给学生.但是强调让学生在学习的过程中受到科学方法潜移默化的熏陶，绝不是否定科学方法的显性化处理.根据学生的可接收程度，明确地提出科学方法，显性教育与隐性教育相结合，也是我们必须重视的一个教学策略.

例如，讲“摩擦力”一节时用到控制变量的思想方法.控制变量的思想方法在后续的科学内容的学习时要经常用到.这里教师完全可以明确提出控制变量的方法，并详细介绍控制变量思想方法的含义，为学生的后续学习提供必要的方法支撑.

3.4重视评价导向功能，引领科学方法教育

由于众所周知的原因，考试在现行评价制度上还将长期存在，其“指挥棒”的作用对教育教学的引领作用还是巨大的.从近几年各地的实践经验看，加强考试命题改革，注重科学方法的考查，无疑是推进科学方法教育最为有力的手段.但科学方法的命题要“软着陆”，要积极稳妥，循序渐进，不能急于求成.

例1一个瓶子里有不多的水，乌鸦喝不到水.聪明的乌鸦就衔了很多的小石子填到瓶子里，水面上升了，乌鸦喝到了水.请你想一想，在你学习过的物理演示实验和学生实验里，实验的操作过程中运用了类似于乌鸦喝水的方法？

此题是一道填空题，试题的本意是考查“等效转化”，但试题本身对“等效转化”却没有涉及，但很好了完成了“等效转化”的考查.

改革是时代赋予我们的责任，但改革不能像睡觉翻身一样简单，一会向上，一会向下，大起大落.试题要体现“稳中求变，变中求新”的原则.“稳”在试题上体现的是：采用教师和学生比较熟悉的经典题型，不过分追求“与众不同”，坚持以传统的题型考查科学方法 .但改革还要坚持一个“变”字，稳是基础，变是策略，要本着“不打棍子，不扣帽子”的原则，大胆尝试积极探索直接考查科学方法的命题思路，试题内容变知识立意为方法能力立意，把考查的重点落实在方法和能力上.

例2“曹冲称象”的故事是大家所熟悉的，故事里蕴含着丰富的物理思想方法，其中就有“等效”的思想方法.在你所学过的物理概念或规律中，运用了这种思想方法？

这个例题对比例1，同样是考查“等效转化”，但例题2对科学方法教育的引领作用要大于例题1.“变”是策略，而不是目的，要在“变”中体现“新”.创新是永恒的追求，没有创新就没有发展，只有不断的创新，才能引领教师和学生改变教学方式和学习方式，推进科学方法教育.

在当今的社会环境下，可以说，科学方法教育与其它教育相比，学校必须承担更多更重的任务和责任，科学方法教育既要在课程内容中加大比重，又要深化教学方式、评价方式环节上的改革，否则，我们的义务教育就不可能完成所承担的提高公民科学素养的任务.