物理学科方法的层次性及其显性化的途径
物理学科方法的层次性及其显性化的途径 “物理学科方法”指物理学习和研究中，用到的具有物 理学科特征的科学思维方法.尽管当前，科学方法教育已受 到相当重视，但如何在教学过程中渗透这种方法，仍受到某 些方面的制约，往往使方法被“泛化”，使学生对“方法” 产生恐俱心理，直接影响学生对物理学习的兴趣.必须认识 到“物理学科方法”是具有隐性知识特点，具有情景性，与 受所处 “物理情景”的约束，具有难以规范化的特点，只 有使“方法”的显性化，才能使物理教学彰显其学科的特征， 呈现它的魄力与价值. 1 物理学科方法层次性的结构分析 物理科学是整个自然科学的组成部分，但物理学习有其 自身的规律和特征.就方法本身来讲，从不同角度来讲，都 离不开具体的情景和需要解决的问题. 本例的典型之处，是用弹力存在条件难以直接判断.弹 力的存在的条件是：一是接触；二是物体发生形变.分析的 难点是题目并没有告诉物体之间是否有形变（或挤压）.因 此，直接用条件判断存在思维的障碍，分析方法的突破就是 解题的关键.我们通常用“撤力法”或“加力法”去分析， 本类型题的分析一般程序是（图2）：以受力分析的方法为例，可能会运用到一般的科学思维 方法如：“假定法”、“极端分析法”，物理学科方法如“理 想实验”，而对应具体物理知识内容方法如“撤力法”或“加 力法”等.在不同层次去分析，有不同的诠释. 在教学上，我们讲的“物体受力分析”有两重意义，首 先是指考点（或者说知识点），某次指的就是指“方法”本 身.就“方法”而言是存在一定的层次，第一层次的一般科 学的方法，这是各个学科学习都会用到的方法，是人类知识 和思维的一种集成；
[TP1GW73.TIF，Y#]第二层次是物理学 科的方法，是物理学科特有的，具有很强的学科特征.在物 理学史上，伽利略的理想实验为经典力学的建立奠定了基础， 标志着物理学的真正的开端；
第三层次是物理学科相关内容 的处理问题的方法.“物体受力分析方法”本身没有指明是 哪种方法，而是具有情景性的.因此，教学中物理学科方法 显性表达出来，才有利于培养学生掌握科学方法，促进学生 创新思维. 2 物理学科方法显性化的途径 2.1 合理运用科学方法的“因素判定原理”，把物理学 科方法显性表达出来我国科学方法教育著名研究者张宪魁教授曾提出“科学 方法因素判定原理”，他认为“在物理学知识点的建立、引 申和扩展中，知识点以及知识点与知识点之间的连结处（可 以把它叫做”键“）一定存在物理科学方法因素”. 这一“因 素判定原理”是概念和规律教学中挖掘物理学科方法的极好 工具.这一判定方法，若换成其它学科仍然适用，但对于物 理学科本身来讲，是有其特殊的意义. 这一例子是“因素判定原理”典型应用.张教授认为“在 速度-平均速度-瞬时速度概念建立过程中，在知识点以及知 识点与知识点之间的连结处，在概念建立和发展中分别应用 了近似、极限、微分等方法”.不过，如果单从物理学科方 法角度去理解，速度到平均速度概念是用物理量“比值定义” 的方法，而瞬时速度用的“极限法”实际蕴含着物理学科中 “化曲为直”思想，或可称为“化曲为直”的物理学科方法， 这在认识上是一个重要的思维飞跃.据说历史上莱布尼茨和 牛顿各自独立发现微积分，也许在学科认识上两者是有一定 差异的. 案例3 功的计算.初中阶段功的计算公式W=Fs，到高中 阶段功的计算公式W=Fscosθ，还涉及到，恒力或变力做功 问题，功的计算公式形式每一变化，都呈现物理学科方法的运用，也体现学科方法的特点（如图4）. 物理规律的运用，往往与特定的情景相联系.而这种情 景对应于不同的物理模型.图4表明，在功的计算过程中，在 每一种计算公式的演变，都对应不同物理方法的应用. 在教学过程中，要把物理的这种学科方法显性地表达出 来，对提高学生理解和掌握物理规律有重要的意义. 2.2 在课堂教学设计环节中合理呈现物理学科方法，显 性表达物理学科方法 案例3 2009年全国中学物理“名师赛”特等奖的《磁场 与磁现象》.王老师设计制作教学器材-风力线的模拟.极好 地处理了风力线的描述到磁场线的过渡.王老师的示教板设 计用风的吹动布条，让学生思考如何去描述“风力”.以下 是一段师生对话：
师：能不能告诉我风是怎么吹的？ 生：是绕着圈吹的？ 师：能不能用动作告诉我？[TP1GW75.TIF，Y#]生1：手在空中比划，画了一个圈. 师：你能不能在黑板上画出？ 生1：在黑板画了一个圈. 师：有谁不同意？ 生2：还缺少方向. …… 教师画出分析比较（如图5），发现风对布条有力的作 用，布条飘动的方向，反映出该位置风力的方向.同样，置 于磁场中小磁针偏转反映出磁场的情况.学生再通过当堂实 验，发现不同点小磁针的N极方向不同，反映出条形磁铁不 同位置磁场方向不一致. “力线”是物理学中的描述“场”的一种重要方法.而 方法本身并不局限在某一知识点，因此，教师不厌其繁对“方 法”进行显性化的处理，有其教学本身的意义，也是让学生 掌握物理的本质.可以看出教师在设计教学过程中，整个教学环节把物理研究方法和教学内容有机结合起来，不是把磁 场与磁现象结论直接灌输给学生，是在创设教学情景中，把 物理的方法显性表达出来，这也和新课程的理念是一致的. 教学本身是教师再创造的过程，教学过程不仅仅是使学生对 物理知识内容本身的积累，更重要的是掌握物理学的方法与 物理思想. 2.3 针对问题解决教学对方法进行指引，显性表达物 理学科方法 案例4 如图6所示，竖直放置的轻弹簧一端固定在地面 上，另一端与斜面体P连接，P与固定挡板MN接触且P处于静 止状态.则斜面体P此时刻受到外力的个数有可能为 A.2个 B.3个 C.4个 D.5个 解这类题题目其实与案例1一样，学生往往还是凭“感 觉”去认为有几个力，判断会出问题.学生一般知道老师教 的受力分析方法，先确定研对象，分析顺序重力、弹力、摩 擦力，但到了具体的情景就一筹莫展了.关键是处理问题的 方法没有内化.本题关键是弹力和摩擦力有无，而弹力是摩 擦力产生的条件之一，对于选择题用排除法就可判定，要么 2个力，要么4个力.如果要去分析斜面有否压力的条件，只 要看弹簧弹力与P物体重[JP3]力的大小关系，让学生画出受力分析图就可一目了然（如图7）. 案例5 如图8所示，平行板电容器在充电后不切断电源， 此时板间有一带电尘粒恰能在电场中静止，当正对的平行板 左右错开一些时 A.带电尘粒将向上运动 B.带电尘粒将保持静止 C.通过电阻R的电流方向为A到B D.通过电阻R的电流方向为B到A 题目涉及到电容器的充放电.如何确定充放电方向是解 题的关键.假设法是很好的方法.可从不同角度去分析.方法 一：假设U不变.S↓→C↓→U不变→Q↓→电容器放电→电容 器的正极流向电源正极（A→B）.方法二：假设Q不变.实际 过程中电容器的C、Q、U都在变化，可先假设Q不变：S↓→C ↓→因Q不变→U↑→电容器放电→电容器的正极流向电源 正极（A→B）. 物理问题解决，是物理教学的一个重点内容.教学中要指导学生分析和解决问题的能力，就要在具体的问题情况中 把方法显性表达出来.如解题时要学生画图，不仅是习惯， 也是一种物理学科特有的一种方法，它有助于分析和解决问 [TP1GW78.TIF，Y#]题. 2.4 实验教学中展示物理学科方法，显性表达物理学科 方法 案例7 微小形变演示实验.如图9所示的实验装置，当用 力挤压装满水的玻璃瓶，会看到细玻璃管内的水面明显变化 （上升或下降）.这是利用细玻璃管内水面的变化来放大玻 璃瓶的微小形变.实验的设计过程包含有很多的方法：
微小放大的方法在很多实验都有用到，如将发声的音叉 靠近乒乓球通过乒乓球被弹开显示音叉在振动.如测量引力 常数和静电常数的“光杠杆”等. 3 有效教学策略再思考 历史上有个的关于爱迪生让高材生的助手做测量故事， 说是那位高材生套用各种公式，用各种工具来测量，结果忙 得焦头烂额半天还是算不出来.爱迪生走过来，惊奇地发现 他还没有算出来时.拿起灯泡，往里面注满水，然后把水倒进量筒，就这样，灯泡的体积就求出来了.其实，故事给我 们的启示，不仅仅是物理学中物体体积测量的方法，而是说 明了，好的方法往往事半功倍，甚至是几百倍.这就是方法 的力量.在新课程的改革中，新的理念渐渐被我们接受，但 往往是教师主要关注课堂教学的是形式改变，如课堂活动的 方式，多媒体的运用，往往忽视了物理的学科特征.任何改 革，都不能脱离学科本质.“过程与方法”在新课程改革要 得到强化，但必须思考促进物理学科方法的显性化的教学策 略，同时，对物理情景思考时，要注意任[JP3]何单一方法 的都是有局限性，还要使学生学会灵活地运用方法. 【广东省教育科学“十二五”规划2012年度项目《“拓 展式”课例研究范式与物理教师实践共同体建构的研究》 （立项批准号：2012ZQJK013）研究成果.】