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1、物理科学方法教育的内涵及教学模式简介【专题解析】 物理科学方法教育的内容包括三个方面，即弘扬科学精神，掌握科学方法，树立科学态度。1 弘扬科学精神一个民族要真正立于世界民族之林，一要在高新技术的发展中积极竞争，二要在全民族中倡导科学精神。只有发展科学技术，弘扬科学精神，人类才能进步，社会才能发展。16世纪以来，先后发生了深刻改变人们宇宙观、方法论的两次科学革命。从此，科学便成为人类文明进步的一面旗帜，科学精神成为一切社会生活中的精神导引。那么，什么是科学和科学精神？科学就是人们以严肃的态度、严密的观测和实验、严格的推理所得的关于客观世界的各种物质的形态、结构、相互作用和它们运动、变化、发展的规
2、律性知识（周光召语）。而且这种规律知识（理论）是从客观实际抽象出来，又在客观实际中得到了证明的。如果不是从客观实际（特殊）上升到理论（一般），最后又从理论回到客观实际中去检验，那就不能称之为科学。科学有四个层面。一是器物技术层面，这是科学的外化部分或者说是应用部分。二是解释层面，包括基本概念、事实、定律、理论，这是科学中最基本的部分。三是社会层面，包括社会建制和文化环境，这是科学的社会支撑部分。四是精神层面，包括科学思想、科学方法等等，这是科学的灵魂。不了解科学的四个层面，就不可能真正理解科学。我们的教学往往重视第二部分，而忽视科学精神的培养。科学精神主要体现在以下几个方面：一、科学精神是怀疑
3、精神科学的态度首先就是怀疑，它要求人们凡事都要问一个“为什么”，追问它“究竟有什么根据”，打破沙锅问到底，而决不轻易相信。亚利士多德说，重的物体比轻的物体先落地，真的如此吗？如果是这样，为什么一个分币和一张揉成一团的纸可以同时落地呢？（几乎同时）伽利略正是对类似的问题提出了怀疑，所以才推翻了亚利士多德的一些观点，解决了物理学中诸如力与运动的关系、自由落体规律等问题，促进了物理学的长足发展。所以，著名的科学方法论学者波普尔说：正是怀疑、问题激发我们去学习，去发展知识，去实践，去观察。在这个意义上可以说，科学的历史就是通过怀疑，提出问题并解答问题的历史。当然，科学的怀疑精神，绝不是否定一切。怀疑的
4、目的在于：一是要从熟悉的现象进入未知的领域。二是去伪存真，把原来不正确的东西逐步纠正过来。辩证唯物主义认为科学的怀疑精神，决不可与否定一切的绝对怀疑论等同。科学的怀疑精神是辩证的否定，它不是否定一切，而是通过否定得到肯定的东西。因而科学的怀疑精神虽然也认为，一切知识都是相对的，都值得怀疑。但它不是主观的相对主义，而是客观的相对主义，即：“它不是在否定客观真理的意义上，而是在我们的知识向客观真理接近的界限，受历史条件制约的意义上，承认我们一切知识的相对性。”（列宁）二、科学精神是求真精神科学研究的目的是求真，是追求真理。什么是真理？真理是人的认识与客观实际相符合的真实的知识。在求真问题上，首先应
5、该承认，我们的认识对象自然界是客观存在的。自然界是在我们之外的一个巨大的世界，这个世界离开我们人类而独立存在。从思想上掌握这个在个人之外的、客观存在的世界，是科学的一个最高目标。其次，要承认我们的认识对象自然界是可知的。尽管世界上的事物是千变万化的，但是其运动及变化是有规律的，是可以被人们认识的。而且就整个人类的认识能力来讲是无限的，世界上只有暂时未被认识的事物，而没有永远不可认识的事物。爱因斯坦有一句名言，他说：相信世界在本质上是有秩序的和可认识的这一信念，是一切科学工作的基础。三、科学精神是创新精神“创新是一个民族的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力”创新也是科学的生命，没有创新，就没有科
6、学，没有创新，科学将停滞不前！教育是知识创新、传播和应用的主要基地，也是培育创新精神和创新人材的摇篮。“知识创新就是指新思想产生、深化、交流并应用到产品（服务）中去，以促进企业获得成功，国家经济活动得到增强，社会取得进步。”长期以来，由于对“新”定位过高，有人对中小学生创新持怀疑态度。其实，通常说的“新”大多在两个层面上体现它的意义：一是“前无古人的”层面，亦即首创性的事物谓之新。其参照系为人类历史，因而这种“新”只有极少数人可以企及。二是“概率不大的”层面，就是在特定群体中是鲜见的，同样具有“新”意。可见，在前一个层面上，学生特别是中小学生可及者确实不多。但在后一层面上，尤以具体的学生群体为
7、参照时，情形却不然。在中小学，我们所说的创新是指通过对中小学生施以科学方法的教育和影响，使他们作为一个独立的个体，能够善于发现和认识有意义的新知识、新事物、新方法，掌握其中蕴含的基本规律，并且具备相应的能力，为将来成为创新型人材奠定全面的素质基础。当然“新”还涉及价值。毫无价值甚至有害之“新”，社会非但不倡导反而禁止。一般情况下人们看重创新的社会价值和经济价值以及发展价值，得其一者即可，三者兼及更佳。中小学生创新，重在发展价值。学生能够别出心裁地解决一道题，虽无明显社会效益和经济效益，却锻炼了能力也是非常宝贵的。另外，创新和继承也是分不开的；一方面，没有创新，科学便成为万古不变的教条，成为只是
8、让人逐字逐句背诵的经典。另一方面，如果没有刻苦认真地学习、继承前人的工作，就不可能有所发现，有所发明，有所创新。相对论、量子力学、现代综合进化论等现代科学的伟大成就，都是在继承前人成果的基础上产生与发展起来的。所以在继承中创新，在创新中继承。四、科学精神是人文精神科学是人类在认识世界、改造世界的过程中，形成与发展起来的一种系统的、有组织的、特殊的活动。在当代，科学已经成为人类文明的主流，它广泛地渗透到政治、经济、法律、文化领域之中。这是因为，科学归根结底是和人类的切身利益和长远利益息息相关的，因而，近代科学从培根的“知识就是力量”开始，人文精神就成为它固有的精神。马克思站在社会发展史的高度指出
9、，科学是一种在历史上起推动作用的、革命的力量。爱因斯坦说得更具体，他认为，如果没有科学，人民群众就不会有像样的家庭生活，不会有铁路和无线电，不会有防治传染病的办法，不会有廉价书籍，不会有文化，不会有艺术的普遍享受。也就不会有把人从生产生活必需品的苦役中解放出来的机器。五、科学精神是实践精神我们要弘扬科学精神，必须对实践有一个正确的认识，而且还必须亲自参加实践。实践是人们能动地认识世界和改造世界的、社会性的、客观相互作用的活动。它的特点是：实践是客观活动，实践的对象、手段和结果都是客观的。实践是能动的活动、是人类有目的、有意识的、自觉地改造客观世界和主观世界的活动。同时，实践是社会历史活动。人民
10、群众是实践的主体。实践是不断地发展的，因而具有历史性。实践活动多种多样，基本形式有三种。第一种是生产斗争实践，它是人类最基本的实践活动。它决定其他一切实践活动。第二种是人们处理社会关系的实践活动。第三种是科学实验，它是一种研究性的系统实践活动。实践是认识的来源人们在实践中接触事物，感知事物的现象，进而揭示其本质。实践是认识发展的动力，实践的需要推动认识的发展，实践改造了人的主观世界，发展和提高了人的认识能力和智力。实践是检验认识正确与否的唯一标准。只有通过实践才能证实认识和发展认识。实践是认识的目的。认识来自于实践，又必须服务于实践实践是认识的目的和归宿。这样通过科学精神的学习与宣传，使学生树
11、立一个正确的自然观，即对自然界有一个总体的看法,知道自然界是一个有机、辩证统一的大系统；自然界是可以认识的，自然界是简单的、和谐的、美的；而认识自然界必须按一定的规律、运用一定的科学方法（综合的）；同时，要树立善于观察，勇于实践，勤于思考的观念，明确实践是检验真理唯一标准的坚定信念。2 掌握科学方法科学方法是科学思想的具体体现，方法论与世界观是一致的。我们要想认识自然界必须应用科学的方法。只有严格地按照科学的方法（例如由特殊到一般与由一般到特殊），才可能使人类的认识提高一步，使人类的认识不断地深化。否则将是一事无成。物理学发展的历史中也不乏这样的例子。在研究通过磁场是否可以产生电流时，有的科学
12、家曾经把作实验用的磁铁和线圈与电流表远远地隔离开来，放在另一个房间中。当把磁铁插入线圈中、或从线圈中拔出时，再跑到另一个房间中去观察电流表的示数有无变化，结果电流表的指针早已偏转后而停止了。唾手可得的电磁感应规律，由于观察方法的不当而迟到了几乎十年。我们通过物理科学方法教育，就是要让学生了解物理学家是如何提出问题的，是怎样思考问题的，又是运用什么方法解决问题的。进而让学生了解方法的基本概念，方法的存在形式，各种方法的内含及运用的程序，从而掌握认识自然界的工具。科学方法与科学知识、科学精神三者是密切联系在一起的。三者之中，科学知识是最基本的，它是科学方法、科学精神的载体。科学方法往往直接附着在科
13、学知识之中，而科学思想与精神则应当从具体的科学知识与方法中去提炼、升华。所以，科学精神难以单独介绍，要靠学习者从具体的科学知识与方法中逐渐悟出。对科学知识与方法掌握得很少，理解得不深，是很难谈到掌握科学精神的。科学经得起人们去反复琢磨，也要求人们经常“反刍”。同样的，对科学知识，每多学一遍，都会有新的收获，积累的知识多了，回头去看初学的知识，理解又会加深。对科学方法，也是如此，初学时只是记住了，或者会机械地搬用，以后逐渐地会悟出它的妙处，会比较出各种方法之间的不同以及它们之间的联系。3 树立科学态度科学的态度，我们可以归纳为四个字，即“严谨求实”。就是通过物理科学方法教育，使我们的学生养成严肃
14、认真，一丝不苟，讲究卫生的良好作风，以及实事求是，客观公正，尊重证据，坚持真理，修正错误的优良品德。一、科学态度就是严谨的态度物理学最早是包含在自然哲学中。当时自然哲学考察自然界的基本方式是思辨。对自然界只是提出定性的猜测，而缺乏系统、定量的研究。自从伽利略倡导了以实验为基础，应用科学的思维，进行定量地描述，三种方法巧妙结合进行物理学的研究之后，物理学才真正成为一门精密的、定量科学。也只有这样，客观规律才能真正地得到精确严密的描述。例如，进行光谱测量分析，氢（）光谱的波长为6562.88（110-10），如果测量马马虎虎，测出它的波长为6561.00，虽然相差仅1.8，结果已经不是氢光谱，而是
15、氢的同位素氘（）光谱了。既然物理学是一门严密定量的科学，当然也就要求我们必需以严谨的态度进行研究工作。在这方面，许多物理学家做出了榜样。我国老一辈物理学家叶企孙教授在1921年测定的普朗克常数的数值h6.5560.00910-10尔格秒被国际物理学界沿用达十几年。开普勒根据第谷留下的大量天体的观测资料，应用定量化的研究，进行各种繁杂的运算，找出了行星的运行轨道，并总结了著名的行星运动定律。而在此之前，人们认为天体是沿正圆的轨道匀速运行的。开始开普勒也按此运算，结果与第谷的观察值相差8角分（合8，合0.133），相当于从10米以外观察一个一角的分币，就是这样小的误差，开普勒也不放过。他知道第谷观
16、察的误差不会超过0.5角分，因此开普勒又从重新按照椭圆轨道来计算，终于在1609年发表了第一和第二定律，1619年发表了第三定律。1898年末，居里夫妇在发现钋之后又发现了另一种具有“前所未闻的”更大放射强度的新元素“镭”，他们决定把它分离出来。当时的条件极端困难，没有助手，一切自已动手，他们既是物理学家，又是化学家，技师，实验员和“水泥工人”。在最艰难的条件下劳动了4年，终于在1902年从8吨的矿碴中提炼出了0.12克纯氯化镭，并测定出镭的原子量是225，它的放射强度比铀大7500倍以上。如果居里夫妇没有坚韧不拔，不怕牺牲，勇于追求真理的大无畏精神；严肃认真，丝不苟、实事求是的工作作风，是不可能取得如此巨大的成就的。所以他们也一直为人们所传颂，成为世人的楷模。二、科学态度就是实事求是的态度毛泽东同志在改造我们的学习这篇文章中，对实事求是作过精辟、通俗的论述：“实事就是客观存在着的一切事物，
