【内容提要】掌握科学方法是物理教学中最核心，也是最动人的部分。在通识物理的基础上，通过科学方法的渗透学习实现学生的认识从隐蔽性，随机性，分散性逐步过渡到系统性，思辨性，发展性的科学思维方法上来。
这需要老师在日常教学中更多地发掘物理中科学方法的独特魅力，通过具体的分析研究，在教学过程中渗透方法的教育，本文试图在核心素养要求下对实现科学方法的渗透做出分析和研究尝试。
【主题词】核心素养 科学方法 科学思维
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在落实党的十八大、十九大关于立德树人要求，进一步深化基础教育课程改革过程中，新的课程方案和课程标准凝练提出物理学科的核心素养。明确了学生学习物理学科课程后应达成的正确价值观、必备品格和关键能力。
在物理学科核心素养的“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面中，其中关于科学方法的教学在教材中呈现出分散式，隐蔽性的特征，相比于物理知识的学习缺乏系统性，逻辑性。
知识的显性特征以及学生认识中的重要性都使得知识学习在学生的整个学习生涯中占据了主导地位，从而不自觉地忽视了科学方法才是物理学习更高层次的追求，这对于学生终身学习所需要凝练出的科学观念是不利的。
因此对于科学方法的渗透模式和研究就需要施教者从更高维度对学生形成引导，通过适当的方法进行训练才能最终让学生掌握科学思维方法。最终形成关键能力并内化为自身的科学品质。
物理学科核心素养包括：逻辑思维能力、观察与实验能力、计算与解释能力、应用与创新能力。这些素养中无不与科学方法相关，都是科学方法的组成部分或者有助于形成科学方法。
正如美国学者Art Hobson在《物理学的概念与文化素养》中所说“学习科学的一个理由是发展适应科学时代的社会价值观念。”可见，这些素养对学生物理学习和以后的生活、工作都会产生深远的影响。
通过物理学科核心素养的培养，可以指导学生更好地理解物理规律，更好地应用物理知识，更好地创新与发明以至于对学生的价值观形成起到巨大作用。
一、科学方法的基本认识
科学方法是人们在认识和改造世界中遵循或运用的、符合科学一般原则的各种途径和手段，包括在理论研究、应用研究、开发推广等科学活动过程中采用的思路、程序、规则、技巧和模式。
科学方法也叫科学认知过程，被描述为科学家从事的基本活动，包括观察、假设、试验。具体的试验方法还包括等效法，理想模型法，控制变量法，实验推理法，转换法，类比法等等。无论哪种方法，在高中物理教学中，这些方法其实都是潜移默化地渗透其中。
二、从学生终身发展角度构思日常教学
教师必须重视概念的形成过程教学，切忌急功近利思想，只为学生掌握应考的物理知识为唯一标准。下面就以人教版必修一中运动学概念形成为例进行说明。
在高中物理必修一关于速度概念的形成中，关于变化率观念的渗透，实际上就是微元法观念形成的过程，本质上是以不变应万变的宗旨。相比于初中所以学，速度概念发生了巨大变化，由于初中没有标量和矢量的区分，因此初中物理中的速度本身是平均速率。
高中阶段对位移概念建立后，平均速度成为高中遇到的第一个“平均变化率”，之后学习中与之类似还有平均加速度、平均功率、平均电流等相似概念，瞬时速度相应的就是“瞬时变化率”，平均速度到瞬时速度正是前者的极限化思维。
这个观念正是对学生建立科学抽象思维的典型实例。要明确的是这个瞬时变化率的建立实际上也为再理解位移本身是速度在时间维度上的积累效应做了铺垫，同理可知加速度在时间上的积累产生速度的改变。用积分的思想最后演化出速度时间图中面积为位移，加速度时间图像的面积为速度变比值等积累观念。实际上位移、速度、加速度的概念递进，本身渗透着微元法这种极限的认识能力！
从层进角度再看这些物理概念的形成，就更能体会伽利略科学思维的伟大，能真正理解为什么牛顿之前的物理学发展缓慢的真正原因了——缺乏处理非均匀变量的研究方法。牛顿创立微积分这种无限分割和积累方法，这其实也是高中物理运动学教学中能让学生终身受益的核心素养教育因素。
因此在匀变速运动单元教学中，强调分割与逼近的极限观，在落体运动研究中渗透的逻辑思维与辩证思维，从理想实验到与真实实验相结合的研究方法，这些都有助于学生的科学思维方法形成。
笔者在自由落体运动研究一节课中，通过对两个伟大先贤思维的碰撞，从现在看似简单的几个对比实验入手：即观察小钢球和纸片的不同步下落，观察两张相同纸片的不同形态下落，再到真空管中的对比实验，这几个实验无不冲击着学生的思维震荡，在课堂上，让学生扮演亚里士多德和伽利略，让他们来一段跨越千年的辩论，让学生从中体会并询问：难道亚里士多德不明白有空气阻力的影响吗，为什么这么显然的事他会视而不见呢？
实际上需要给学生介绍清楚本身亚里士多德对阻力这个观念是存在不合理认识的。因为他从来都不认为阻力真正存在，阻力本身被他看作了一种自然的趋势，这个观念才是他认为轻重不同物体时重物下落更快的本因。这样可以让学生真正理解并非亚里士多德“很笨”，观念实际上会束缚一个人的认识上限。
自由落体运动的研究中，多方面体现出科学方法的重要，从伽利略思辨的看待落体问题，建立标准的落体运动模型，到思想实验和真实实验的相互印证，从克服因为重力加速度太大而导致下落过快时想到冲淡重力的斜面实验，从实验中他将速度和时间关系的寻求，巧妙的转换为位移和时间平方关系正比的简洁处理，从类比推广至自由落体过程的大胆跨越，实际上更多的是学习伽利略的科学思维方法；教学中如果仅仅是为了掌握自由落体运动的规律而简单给出结论，就失去了本节课教学的核心教育意义。毫不夸张的说，这甚至可以认为是对科学的亵渎。
三、利用历史案例体会科学方法
学生不是知识的接收容器，每一个生命体的内部都是期待闪闪发光的思维大脑，尊重每个生命个体，就需要尊重他们活跃的思维，激发他们大脑相互冲撞，诱导学生在高阶思辨中提高科学思维能力，锻炼科学思维方法。
高中物理教学中很多规律的形成中都经历概念、规律、假说、猜想、建模、实验等科学方法过程。从中体会科学方法的运用，对人的直觉力、灵感度、信念力都有独到的作用。剖析这些经典规律的建立，学说的提出，实际上不仅收获了科学知识，更重要的是能发掘出知识的内涵，从而认识科学方法。
在电磁感应的条件探究教学以及楞次定律探究活动中，实验思维中的各个重要环节都可以通过教师的猜想、假设、推理、实验探究等手段实现科学方法的内化，尽管在猜想思维中有各种不同的经历，比如观察——直觉——猜想；经验——分析——猜想；类比——联想——猜想；观察——实验——猜想；分析——综合——猜想；类比——推理——猜想；归纳——推理——猜想；演绎——推理——猜想八中不同的情境下的猜想原型，但是无论怎样理解，我们都不可否认，正是对这些探究性课题的研究，很好地提高了学生科学研究的实际能力。
四、重视等效类比能力的养成
这实际上是由物理学科特点所决定的。无论是从更早的物理学发展史，还是回看近代物理学中的每个重大发现。我们都不难发现。等效和类比始终是人类思维活动中最具有跳跃性的活动因素。
类比的魅力在每个活动甚至一般生活中都扮演着举足轻重的作用。卫星学习中多次类比，牛顿将地面物体间引力规律推广至太空中，从微观到宏观，近距离扩展到更大时间和空间尺度上看。无不渗透着类比的科学方法。
在等效类比中，重力场中的研究技法类比到静电场中，将重力类比静电场力；将重力中的等高线类比到电场中的等势线；重力场中的等效最高点和最低点，类比到静电场中的等效最高点和最低点，甚至包括所有面临的问题都可以全部类比过来。
重力加速度随着高度的变化类比到点电荷电场环境中的电场强度和电势的变化等，无不显示出类比的魔力，人类对条形磁铁和通电螺线管磁场的类比，甚至地球磁场类比到条形磁铁磁场都是人们发现高度相似性后的自觉类比，这有助于发现新事物，推广新规律等。也让人类对陌生新世界的认识中增加了自信。
当然，类比不是只找到了相似性，同时也引导人发现差异性的一面。在有必然的相似性联系下，差异性也是不同事物区别出来的重要依据。这种差异性有时候会妨碍认识，导致认识错误，这是类比中受限的原因。但是如果认识得当，最终也会在相互辨析中产生新的科学认识。
这里最典型的例证就是人对光的认识，类比弹性小球的运动，牛顿认为光具有微粒相似的性质，从而建立光的微粒说，惠更斯则类比中找到和波动相似的一面，从而认为光具有波动性特征。这种类比中的或然性，最终导致我们现在认识的波粒二象性观点。粒子性类比在气体压强的形成原因中就是适切的，但是对气体体积随容积而变化的类比中却表现出无能为力的一面。
无论如何，类比法作为一种认识世界的常见方法，教师在日常教学中必须加大训练强度，才能帮助学生熟练掌握这种思维方法，并能科学使用它。在具体措施上包括统一规律下的模型对比训练，比如单摆和弹簧振子类比、电流和水流中相似概念的类比；对相似过程模型的类比训练，比如电荷绕异种点电荷的圆周运动规律和卫星绕中心天体圆周运动的类比；匀减速直线运动减速为零的过程等效处理为初速度为零的匀加速直线运动模型处理等等不一而足。
五、将物理方法融入可持续发展的认识中
科学方法的教育功能本身让人通过整理科学方法，培养科学态度，形成科学的世界观和科学观。物理学科的科学方法教育是人类认识世界的智慧结晶，与科学知识相比，对人的可持续发展具有更强烈的教育意义。科学带来科学文化进展，科学方法产生科学工具，科学方法的普适性价值使得它成为人利用知识，创造新知的智能系统的组成部分。
从这个角度看，科学方法的形成远超一般科学范畴的普遍意义，已经成为“用于投资的知识”，其耐用性，共享性，增值能力都是其他纯粹知识所不可比拟的。建立在科学知识之上的科学方法具有更大的稳定性，更普遍的适用性，更开阔的启发性，这些都必然导致其对作用时间更持久，获得感更饱满，对学生将来无论从事何种职业，在任何地方都是终身受益的。正所谓“知无涯，法有道”。
在物理教学中注意科学方法的渗透是一个长期的系统的工作，施教者在科学方法的落实路径有很多种选择，教学中教师从知识的单纯传授到科学方法的有意渗透实际上很大程度上体现出教师的认知水平高低，正如哲学家和科学家J.Bronowski所警醒我们的那句话“对于任何人，不关心科学就是睁着眼走的奴役。”
因此教师也需要不断学习，乐于接受和学习新事物，新思维，新方法，在创新教法上做好引领示范作用。身教重于言教，教师只有身先垂范做认识的先行者，才能真正带动学生走向更为广阔的科学天地。
参考文献
阿特‧霍布森（Art Hobson）.《物理学的概念与文化素养》第四版. 高等教育出版社,2016年12月第5次印刷：4-5
周长春.《高中物理教材教学研究》. 东北师范大学出版社， 2022年6月第1版：314-326
黄晓 高培杰.《论类比在物理教学中的应用》.《中学物理教学参考》2015年第4期 总第406期：53-55
费志明.《基于科学思维培养的初中物理深度学习探索》《中学物理教学参考》，2021年第1期 总第505期：18-20
赵振宇 孙浩楠.《学科素养下的物理实验教学应注意的问题》《物理教学》，2019年第41卷 第1期 总第452期：33-35
杜和戎《讲授学》.华语教学出版社，2007年8月第1版第1次印刷：290-294
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01作者介绍
宋禹洲 任教于石家庄市第二十四中学，从教26年。省骨干教师，中学高级教师。曾获全国评优课一等奖，省市评优课一等奖，省级德育先进个人，市管拔尖人才，参与编写多部著作，发表论文多篇。
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