科學(xué)方法教育在教科版高中物理教材中的體現(xiàn)與實(shí)施研究

PAGEPAGE4《科學(xué)方法教育在教科版高中物理教材中的體現(xiàn)與實(shí)施研究》課題研究方案一、課題背景（一）、20世紀(jì)世界科學(xué)教育中教學(xué)方法教育理念的凸顯綜觀20世紀(jì)科學(xué)教育的歷程，可以粗略地把它劃分為三個(gè)階段，即知識(shí)本位、方法本位和人本位階段。在知識(shí)本位階段，科學(xué)教育的重心在科學(xué)知識(shí)本身。教師們信奉斯賓塞的名言——“科學(xué)知識(shí)最有價(jià)值”。美國學(xué)者卡爾·羅杰斯在考察了澳大利亞一個(gè)土著居民部落以后闡明了傳授知識(shí)對(duì)人的生存價(jià)值：“怎樣找水源、怎樣追蹤獵物、怎樣在荒無人跡的沙漠中不迷失方向……在一種敵意的和相對(duì)無變化的環(huán)境中，教授知識(shí)，為它提供了生存之路?！保ㄗⅲ恨D(zhuǎn)引自方展畫：《羅杰斯“學(xué)生為中心”教學(xué)理論述評(píng)》，教育科學(xué)出版社1990年版，第73—74頁。）科學(xué)教育局限于科學(xué)知識(shí)的教育情況在20世紀(jì)60年代初受到了挑戰(zhàn)。人們發(fā)現(xiàn)，社會(huì)在科學(xué)技術(shù)的影響下變化加速起來，一個(gè)人終身享用在校習(xí)得的知識(shí)已不再可能?！皩?duì)現(xiàn)代人來說，如果只有一個(gè)真理的話，那么，這就是他生活在一個(gè)不斷變化的環(huán)境中……現(xiàn)在教給學(xué)生的物理學(xué)，10年之后將會(huì)過時(shí)……化學(xué)、生物學(xué)、遺傳學(xué)、社會(huì)學(xué)都處于這種不斷變化之中，以至今天作出的定論，到人有時(shí)間和精力應(yīng)用這些知識(shí)的時(shí)候，幾乎必定被更改了?！保ㄗⅲ恨D(zhuǎn)引自方展畫：《羅杰斯“學(xué)生為中心”教學(xué)理論述評(píng)》，教育科學(xué)出版社1990年版，第73—74頁。）社會(huì)變化加速的現(xiàn)實(shí)，促使教育家思考在科學(xué)方法和科學(xué)知識(shí)之間誰的價(jià)值更深遠(yuǎn)，結(jié)論多傾向于前者。許多科學(xué)家、教育家反思科學(xué)教育中存在的重知識(shí)、輕方法問題。物理學(xué)家奧斯特瓦爾特(Ostwarla)指出：“雖然用現(xiàn)在的教授方法很成功地講授了在其現(xiàn)今發(fā)展?fàn)顟B(tài)中的科學(xué)知識(shí)，但是，杰出的和有遠(yuǎn)見卓識(shí)的人不得不一而再地指出時(shí)常出現(xiàn)在當(dāng)前我們的青年科學(xué)教育中的一個(gè)缺點(diǎn)，這就是缺乏歷史感和缺少關(guān)于作為科學(xué)大廈基礎(chǔ)的一些重大研究的知識(shí)?！保ㄗⅲ恨D(zhuǎn)引自趙玉林：《困惑與出路——現(xiàn)代科學(xué)方法導(dǎo)引》“引言”，湖北教育出版社1989年版。）更有學(xué)者直截了當(dāng)?shù)卣f：“我們必須很快地改變我們對(duì)教育的概念，今天所教的80%—90%都應(yīng)放在科學(xué)方法、教育方法、學(xué)習(xí)方法、推理方法、搜集資料的方法、從事實(shí)中做結(jié)論的方法以及分析事實(shí)和綜合事實(shí)的能力上?！保ㄗⅲ恨D(zhuǎn)引自趙玉林：《困惑與出路——現(xiàn)代科學(xué)方法導(dǎo)引》“引言”，湖北教育出版社1989年版。）“科學(xué)知識(shí)最有價(jià)值”的科學(xué)教育理念讓位于“方法比知識(shí)更重要”，科學(xué)教育從以科學(xué)知識(shí)為重心轉(zhuǎn)向以科學(xué)方法為重心。美國60年代科學(xué)課程改革明顯地反映出這一特征?？茖W(xué)教育中“人本位”觀念的興起，是教育家對(duì)本世紀(jì)70年代中期以后科學(xué)技術(shù)雙刃劍帶來的社會(huì)問題反思的結(jié)果，科學(xué)教育中的倫理道德、價(jià)值觀教育被提到重要議事日程。面對(duì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展給人類帶來的負(fù)面影響，教育家們幡然醒悟：科學(xué)教育不能僅僅是“頸部以上”的教育，它應(yīng)該包括更完整的人的教育。至此，科學(xué)教育從單一科學(xué)知識(shí)教育演變?yōu)榘茖W(xué)知識(shí)、科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神、科學(xué)價(jià)值觀、科學(xué)史等復(fù)合的科學(xué)素養(yǎng)教育。值得一提的是，科學(xué)方法的教育不再是僅對(duì)精英而言，而成為對(duì)所有學(xué)生的普遍要求，因?yàn)闆]有科學(xué)的思維習(xí)慣，“公民就很容易成為教條主義和胡言亂語的騙子們的犧牲品，用簡(jiǎn)單方法解決復(fù)雜問題”。（注：美國《2061計(jì)劃》。）（二）、世界各國科學(xué)方法教育的現(xiàn)狀綜觀世界各國的科學(xué)教育，不難發(fā)現(xiàn)，科學(xué)方法的教育明顯加強(qiáng)了，這表現(xiàn)在以下諸方面：1、在課程目標(biāo)上很多國家和地區(qū)在考慮制定科學(xué)課程的目標(biāo)時(shí)，都將科學(xué)方法列為目標(biāo)之一。例如，日本近期公布的理科改善的基本方針之一為“通過有目的、有意識(shí)的觀察、實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)科學(xué)的調(diào)查研究能力和態(tài)度，同時(shí)養(yǎng)成科學(xué)的見解和思考方法”。美國近期頒布的國家科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)則將作為探索過程的科學(xué)列為科學(xué)教育的八大內(nèi)容之一，專門制定了作為探索過程的科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)了要培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探索的能力和對(duì)科學(xué)探索的理解力。標(biāo)準(zhǔn)指出：“各個(gè)學(xué)科、所有年級(jí)的學(xué)生都應(yīng)該有機(jī)會(huì)進(jìn)行科學(xué)探索并且培養(yǎng)進(jìn)行探索性思維和探索性活動(dòng)的能力，包括提出問題、制定調(diào)查研究計(jì)劃并付諸實(shí)驗(yàn)、利用有關(guān)工具和技術(shù)收集數(shù)據(jù)、對(duì)證據(jù)與解釋之間的關(guān)系進(jìn)行批判性的邏輯思考、構(gòu)造和分析其他解釋方法以及科學(xué)論點(diǎn)的交流等。”（注：《美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》。）為了將培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)方法意識(shí)和運(yùn)用科學(xué)方法的能力落到實(shí)處，很多國家還針對(duì)不同年段的學(xué)生提出不同的要求。如英國國家科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，從設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)程序、獲得證據(jù)、分析證據(jù)并得出結(jié)論、評(píng)價(jià)證據(jù)等4個(gè)方面規(guī)定了每一年級(jí)的學(xué)生應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)的層次?？茖W(xué)方法目標(biāo)的具體化、層次化為科學(xué)課程的實(shí)施提供了便利，它使科學(xué)方法的教育不再停留在口號(hào)上。課程目標(biāo)上的這些變化和半個(gè)世紀(jì)前的科學(xué)教育課程目標(biāo)相比，的確有了很大變化。2、在教材的編寫上科學(xué)方法以各種形式嵌入在教科書中：（1）.在不改變以科學(xué)知識(shí)為教材邏輯主線的情況下，插入有關(guān)科學(xué)方法知識(shí)的內(nèi)容。例如，俄羅斯教學(xué)論專家列爾涅爾主張，在闡述牛頓第一定理時(shí)，可以插入如下一些內(nèi)容：“慣性定理實(shí)質(zhì)上是由伽利略概述出來的。牛頓定理的基礎(chǔ)是腦子里的試想。腦子里的試想被用于科學(xué)中，通常呈現(xiàn)為兩種形式：原則上不能完成的和實(shí)踐中不能完成的。試想——這是一種可近不可及的試想，可以接近它們，但不管如何近，仍不能完成它們，因?yàn)樗鼈儾捎玫氖抢砟钚缘目腕w。借助腦內(nèi)實(shí)驗(yàn)曾得出了古典物理學(xué)的一些基本定理和原理……”（注：（俄）沃·維·克拉耶夫斯基：《教學(xué)過程的理論基礎(chǔ)》，江西教育出版社1996年版，第128頁。）列爾涅爾認(rèn)為插入科學(xué)方法的重要性在于，學(xué)生是不知道科學(xué)上總結(jié)的本質(zhì)的，也不懂得從事實(shí)向假設(shè)的創(chuàng)造性過渡，而假定中體現(xiàn)著學(xué)者對(duì)經(jīng)驗(yàn)資料的看法，所以應(yīng)該給學(xué)生提供某一理論研究方法的觀念，以及該方法對(duì)科學(xué)的意義和知識(shí)。他還認(rèn)為，學(xué)生所掌握的那些方法論性質(zhì)的認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)，擁有廣泛遷移作用的趨向，是現(xiàn)代思維的成分之一。（2）.把一門學(xué)科的發(fā)展歷史（即學(xué)科的問題史）與解決這些問題的種種嘗試結(jié)合起來。美國物理科學(xué)研究委員會(huì)(PSSC)編制的物理學(xué)課程是這種模式的一個(gè)典型。美國PSSC物理教材較早進(jìn)入光學(xué)領(lǐng)域，這樣做的理由是光模型的建立是包括物理在內(nèi)的所有自然科學(xué)研究的一個(gè)典型方法：先建立光的粒子模型，用它來解釋光的行為，一些行為被合理地解釋，而另一些卻遇到了困難，甚至矛盾。因此，物理學(xué)家面臨著兩種選擇：其一是推翻舊模型，建立新模型；其二是修改舊模型，使它更完善。物理學(xué)家作了后一種選擇，引入波現(xiàn)象，形成波理論，觀察一系列光行為，用波理論解釋它們，由此建立光的波模型。據(jù)稱，盡早地讓學(xué)生了解物理史上的光模型建立，有助于他們樹立科學(xué)探索的方法論思想。步驟，根本無需暗暗回憶各種題型再思量其意義。即使學(xué)生在進(jìn)行創(chuàng)造性活動(dòng)時(shí)，也能憑科學(xué)方法而非經(jīng)驗(yàn)去探索正確的解決途徑。因此，物理教學(xué)效果的好壞，在很大程度上取決于是否使學(xué)生學(xué)到了物理學(xué)的思想和方法。按照現(xiàn)代教育觀，作為人類認(rèn)識(shí)結(jié)果的知識(shí)固然重要，但探求結(jié)果的科學(xué)方法更加重要。因此，現(xiàn)代教育更關(guān)心怎樣使傳授知識(shí)的過程成為掌握科學(xué)方法、開發(fā)學(xué)生智慧的過程。如果學(xué)生學(xué)習(xí)了一門學(xué)科，但沒有掌握科學(xué)方法，那么，充其量只能說他們學(xué)過了這門學(xué)科，而不是掌握了這門學(xué)科。但是，我國高初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)及其解讀詳細(xì)地給出了知識(shí)點(diǎn)，而并未明確給出科學(xué)方法的教育目標(biāo)及內(nèi)容。這很可能會(huì)使科學(xué)方法教育虛化、弱化。（五）、我省高中課改面對(duì)的新情況四川省2010年秋季將進(jìn)入新課程改革，全省高中物理教師對(duì)新課程改革的理念還有一個(gè)吸收、內(nèi)化的教程，同時(shí)對(duì)教育科學(xué)出版社出版的新教材《高中物理》也不熟悉。教材中隱含了哪些科學(xué)方法？科學(xué)方法教育的目標(biāo)是什么？如何有效地結(jié)合課堂教學(xué)落實(shí)這些目標(biāo)？科學(xué)方法教育目標(biāo)可以分為哪些階段目標(biāo)？等等問題都急需研究。二、理論依據(jù)與課題解讀（一）理論依據(jù)1、馬克思主義哲學(xué)的方法論與認(rèn)識(shí)論馬克思主認(rèn)哲學(xué)是科學(xué)的世界觀和方法論。它為社會(huì)科學(xué)、自然科學(xué)及思維科學(xué)的研究提供科學(xué)的觀點(diǎn)和一般方法，是人們開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)活動(dòng)必須遵循的基本法則和普遍規(guī)律。唯物辯證法認(rèn)為：物質(zhì)是第一性的，意識(shí)是第二性的，物質(zhì)決定意識(shí)。事物的發(fā)生、發(fā)展總是有規(guī)律可循的，規(guī)律是客觀是，人們必須按規(guī)律辦事。其基本觀點(diǎn)有：發(fā)展變化的觀點(diǎn)，普遍聯(lián)系的觀點(diǎn)，矛盾的觀點(diǎn)?；驹碛袑?duì)立統(tǒng)一規(guī)律，質(zhì)量與量變規(guī)律，否定之否定規(guī)律。馬克思主義認(rèn)識(shí)論認(rèn)為：實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，真理是絕對(duì)的也是相對(duì)的。認(rèn)識(shí)可以分為感性認(rèn)識(shí)與理性認(rèn)識(shí)兩個(gè)階段，從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)是認(rèn)識(shí)過程的第一次飛躍，從理性認(rèn)識(shí)回到感性認(rèn)識(shí)是認(rèn)識(shí)過程的第二次飛躍。理論來源于實(shí)踐，反過來正確的理論對(duì)實(shí)踐有指導(dǎo)作用。當(dāng)然本課題要自覺地馬克思主義哲學(xué)的基本觀點(diǎn)、原理為指導(dǎo)，本課題的研究必須在正確的理論下開展，才能走上科學(xué)的軌道，才能取得預(yù)期的效果。2、終身學(xué)習(xí)的理論終身學(xué)習(xí)理論指出：當(dāng)今時(shí)代人類面臨著諸多問題——人口的急劇增加、自然資源的迅速減少、全球氣候變化、知識(shí)的爆炸性增長(zhǎng)，要適應(yīng)這些挑戰(zhàn)必須要終身學(xué)習(xí)。不僅要增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的主體性，更要增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力。國際21世紀(jì)教育委員會(huì)在《學(xué)習(xí)——內(nèi)在的財(cái)富》一書中指出：學(xué)會(huì)求知，學(xué)會(huì)做事，學(xué)會(huì)共處，學(xué)會(huì)做人。阿爾文?托夫勒指出：未來的文盲不再是不識(shí)字的人，而是那些沒有學(xué)會(huì)怎樣學(xué)習(xí)的人。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)越來越大，科學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為世界各國的核心競(jìng)爭(zhēng)力。掌握大量科學(xué)技術(shù)知識(shí)的創(chuàng)新性人才成為戰(zhàn)略性資源?？茖W(xué)技術(shù)的知識(shí)更新速度越來越快，一個(gè)人不可能在學(xué)校學(xué)完他一生工作所需要的知識(shí)，但是在學(xué)校教育中他可以盡可能地了解科學(xué)研究的方法，學(xué)會(huì)應(yīng)用這些方法去解決實(shí)際問題。3、智力形成理論現(xiàn)代智力形成理論認(rèn)為：知識(shí)是智力形成的基礎(chǔ)，但知識(shí)不會(huì)自動(dòng)地轉(zhuǎn)化成能力。知識(shí)要轉(zhuǎn)化成能力，在生產(chǎn)生活中順利地解決各種問題，必須應(yīng)用正確的方法。方法是知識(shí)轉(zhuǎn)化成能力的橋梁。一個(gè)人知識(shí)豐富，掌握了大量的科學(xué)方法并且能夠靈活地應(yīng)用到各種情景中，那么他的能力就很強(qiáng)。物理學(xué)形成的過程中，物理概念、規(guī)律是物理學(xué)大廈的基石。與此同時(shí)，物理學(xué)家們還創(chuàng)造了很多科學(xué)思想與方法，如對(duì)稱的思想，等效的思想，守恒的思想，整體法與隔離法，分析與綜合法，歸納法與演繹法，等等。這些科學(xué)思想與科學(xué)方法是物理學(xué)發(fā)展過程中形成的寶貴的資源，也是人類今后進(jìn)一步探索大自然奧秘的認(rèn)知武器。（二）課題解讀科學(xué)是指人類在歷史上不斷積累起來的關(guān)于自然界的相互聯(lián)系著的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)與理論知識(shí)?？茖W(xué)方法論是關(guān)于方法的理論。它是哲學(xué)的一個(gè)分支?？茖W(xué)方法含有某一科學(xué)研究或應(yīng)用的方法和某一方法的科學(xué)性或哲理性兩方面的意義?？茖W(xué)離不開方法，方法植根于科學(xué)，但方法一旦形成又具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過某種科學(xué)范疇的普遍意義，成為理智可以廣泛應(yīng)用的重要工具?！氨绕鹑魏翁厥獾膶W(xué)科理論來，對(duì)人類的價(jià)值觀影響更大的還是科學(xué)的方法論。”科學(xué)方法的特點(diǎn)是：首先它依靠理性的論證而不訴諸于個(gè)人情感，它提出的不同觀點(diǎn)中進(jìn)行抉擇時(shí)必須尊重理性和經(jīng)驗(yàn)的證明。另外它還總要導(dǎo)致新現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，新理論的建立，從而不斷地放大人類的知識(shí)體系?？茖W(xué)總是革命的，非正統(tǒng)的，科學(xué)方法總是指導(dǎo)人們向前看去獲取更加接近真理的認(rèn)識(shí)?？茖W(xué)方法教育是指在教育教學(xué)過程中，人們有意識(shí)地、有目的、人計(jì)劃地對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法的教育。通過科學(xué)方法的教育，讓學(xué)生了解科學(xué)研究的一般方法，幫助學(xué)生運(yùn)用這些方法去解決實(shí)際問題，形成解決問題的能力與探索未知世界的能力，幫助學(xué)生形成正確的世界觀和方法論。三、研究的目的、對(duì)象與方法（一）研究目的通過本課題的研究，達(dá)到以下目的。1、尋找教育科學(xué)出版社出版的高中物理教材中體現(xiàn)的科學(xué)方法。由于四川選用了《教科版》高中物理教材，教師對(duì)教材不熟悉，對(duì)教材中包含的科學(xué)方法更不熟悉。因此我們擬通過全面研讀教材，逐個(gè)分析知識(shí)點(diǎn)中隱含的科學(xué)方法，讓這些科學(xué)方法顯性化，至少教師要明確這些方法。2、探索科學(xué)方法教育的實(shí)施途徑。找出高中物理教材中的科學(xué)方法之后，如何針對(duì)不同學(xué)生有效地實(shí)施？通過哪些途徑來讓學(xué)生認(rèn)識(shí)、感悟、體驗(yàn)這些方法。通過本研究進(jìn)行探索總結(jié)與提煉。3、制定科學(xué)方法教育的階段性目標(biāo)整個(gè)高中階段科學(xué)方法教育應(yīng)該達(dá)到什么目標(biāo)，各階段的具體目標(biāo)是什么？如何檢測(cè)學(xué)生是否掌握這些方法。4、分析近年來高考對(duì)科學(xué)方法考查的趨勢(shì)隨著課改的深入推進(jìn)，先行課改的地區(qū)高考試題中對(duì)科學(xué)方法已有所考查，這些試題的特點(diǎn)是什么？我省高中教師如何借鑒都值得研究。（二）研究對(duì)象研究人員所教的學(xué)生作為研究對(duì)象，研究人員所在學(xué)校同年級(jí)其它學(xué)生作為比較對(duì)象。（三）研究方法行動(dòng)研究法，研究人員分工合作，在教學(xué)實(shí)踐中研究，研究教學(xué)實(shí)踐中如何落實(shí)。文獻(xiàn)研究法，在研究的過程中，研究人員要注意大量查閱國內(nèi)關(guān)于科學(xué)方法教育已有的成果，學(xué)習(xí)借鑒他人的經(jīng)驗(yàn)。四、研究?jī)?nèi)容與措施（一）研究?jī)?nèi)容1、高中物理教材中體現(xiàn)了哪些科學(xué)方法？2、科學(xué)方法教育有哪些實(shí)施途徑？3、科學(xué)方法教育的階段性目標(biāo)和總體目標(biāo)是什么？如何檢測(cè)？4、近年來高考對(duì)科學(xué)方法考查的趨勢(shì)是什么？（二）研究措施1、成立課題研究小組，精選課題成員，確保課題順利進(jìn)行。2、廣泛開展學(xué)習(xí)，購買相關(guān)資料，深入地學(xué)習(xí)相關(guān)理論。3、課題組成員定期集會(huì)，就課題開展情況進(jìn)行研究，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，分析問題，布置任務(wù)，嚴(yán)格按照計(jì)劃實(shí)施。4、聘請(qǐng)專家指導(dǎo)，本課題申請(qǐng)成功后擬聘請(qǐng)科學(xué)方法教育方面、教育科學(xué)研究方面的專家作指導(dǎo)，確保專家引領(lǐng)落到實(shí)處。5、參加全國性學(xué)術(shù)會(huì)議，