一、问题的提出

    1．选题的背景

    2003年，教育部颁布了全日制普通高级中学《物理课程标准》，在“课程性质”中明确“高中物理是普通高中科学学习领域的一门基础课程，与九年义务教育物理或科学课程相衔接，旨在进一步提高全体高中学生的科学素养。”“高中物理课程有助于学生继续学习基本的物理知识与技能；体验科学探究过程，了解科学研究方法。”在“课程的基本理念”中明确“高中物理课程旨在进一步提高学生的科学素养，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等三个方面培养学生，为学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础。”可见，在带领学生学习物理知识的同时，进行思维方法的训练、提高学生的科学素养是一项重要教学任务。

    物理学史表明，每次重大物理理论突破总是带来了方法论的重大发展。正如英国著名物理学家波恩在接受诺贝尔奖时所说：“我荣获1954年的诺贝尔奖与其说是我的工作里包括了一个自然现象的发现，倒不如说是那里面包括了一个自然现象的新思想方法的发现。”再如，奥斯特电生磁现象的发现，法拉第场概念的提出，伽利略的理想实验，爱因斯坦提出相对论，牛顿建立经典力学体系，麦克斯韦建立电磁场理论，普朗克提出量子说等等，无不显示出非凡的想象力和独特的科学研究方法。在学习物理知识的同时，认识物理学的研究方法，对于学习者良好思维习惯的养成具有点化之功效。

    关于物理知识的形成过程，爱因斯坦这样说过：“科学结论几乎总是以完成的形式出现在读者面前。读者体会不到探索和发现的喜悦，感觉不到思想形成的生动过程，也很难达到清楚地理解全部情况。”要弄清这些知识的全部情况，就必须感受知识的形成经过，重演知识的发生过程，理解知识内容的本义。在物理课堂教学活动中，或是教学课时的限制，或是教学理念的差异，或是知识水平的限制，或是为了“高效”课堂教学的实现，教师常常会省略知识的溯源过程，直奔主题——知识的显性结论，实现了认知目标的快速达成。毫无疑问，通过知识形成过程的再现，实现对知识内容本义的掌握，对于学习者科学知识的掌握具有活化之功效。

    物理知识的枯燥影响了学生学习物理知识的兴趣。把物理学史中一些有趣的事与枯燥的教材内容相结合，使它们产生联系，这样学生就容易理解和记忆，而且这种记忆学生一旦形成是非常牢固的，极难忘却。这已被现代教育心理学研究证实。比如，讲重力时讲苹果落地，牛顿怎样发现万有引力；讲力和运动的关系时讲亚里士多德和伽利略的不同看法；讲密度时讲了阿基米德为国王测皇冠的故事等。生动有趣的科学故事，科学家们的成功与失败，让学习者触摸科学家的喜怒哀乐，给学习者留下难忘印象，提高学习兴趣和学习效率。对于教学内容的消化吸收具有催化之功效。

    科学思想的显著特征是创新。没有创新，就没有科学研究；缺乏创新，就不能对客观事物的认识发生革命性变化，从而不能对社会发展和人类进步产生深刻影响。玻耳兹曼和吉布斯在麦克斯韦之后开创性地将统计思想彻底地引人物理学，用以揭示具有数量巨大，高度复杂的系统的规律，这样就突破了牛顿因果决定论思想方法的局限，创立了统计物理学，并孕育了百年之后产生的系统学科，极大地增进了人类新思维的发展。汤姆孙曾经说过：“在能够对科学做出的一切贡献中，观念的突破是最伟大的。”近代物理学正是在冲破牛顿不变时空观而创立；劳厄成为因发现晶体衍射现象而获诺贝尔奖的得主之一，他只是提出了想法，并未做出实际发现；近年来，超导方面的诺贝尔奖，并未给发现最高超导温度材料的人，却发给了观念和想法的提出者，原因也在于此。物理学上的每个发现和每次突破，无不都是对常规思维的突破和已有体系的挑战，也就是创造思维的成果。学习者研究物理学事实，剖析物理学发现的案例，了解科学大师们科学创造的思路，得出新思维成果的思维过程，对于学习者创造性思维的培养具有孵化之功效。

    2．研究现状述评

   （1）物理学史的研究

    物理学史是研究物理学知识、物理学方法发生与发展规律的科学。研究物理学史，有助于了解物理学知识的全貌，有利于巩固和加深理解已学的物理知识，抓住知识的来龙去脉，增强学习主动性与自觉性，提高学习兴趣性。通过对物理学史的学习，可以培养学生的人文素质、创新素质和科学素质。重视科学课程中的科学史教育已是国内外大势所趋，它是中学科学教学改革的有效手段之一。近年来，国际科学教育界大力提倡进行“科学的历史、哲学和科学教育”，以提高学生的科学素养。

    （2）物理思维方法的研究

    物理方法是物理思想的具体表现，善于运用思维方法解决物理问题是良好物理思维的表现。关于思维方法的研究现状，呈现三“多”：方法分类多，如科学思维方法、逻辑思维方法、创新思维方法等。方法命名多，如实验法、假设法、极限法、类比法、比较法、分析法、综合法、换元法、控制变量法、图表法、归纳法、极限思维法、数学法、物理模型法、等效法、守恒法、对称法、观察法、替代法、补缺法、总结法、发散思维法、抽象思维法、逆向思维法、模拟想象法、知识迁移法、数学演变法等。自创方法多，在实际运用中产生了大量自创、自主命名的特殊方法，如，运用物理模型解决物理问题的过程称为物理模型法。在解决问题时选取特殊值代入快速判断问题结果是否可行的方法叫做特殊值代入法。

    3．选题的意义

    意义之一 落实新课标下的高中物理教学目标。方法是知识通向能力的桥梁，物理方法是物理思想的具体表现。在新课标下的高中物理教学目标，有“知识与技能”、“过程与方法”和“情感态度与价值观”等三个维度。在“知识与技能”维度，要理解物理知识，认识实验的地位和作用，领悟物理学基本思想；在“过程与方法”维度，要了解物理学的发展历程，理解科学的探究本质，学习科学方法，训练科学思维；在“情感态度与价值观”维度，要培养科学态度和科学精神，养育人文精神和爱国主义情怀，树立科学世界观和人生观。对物理规律的溯源过程，能够实现上述三个目标，实现新课标提出的“提高全体学生的科学素养，为学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础”的培养目标。

    意义之二 突出思维培养的重要地位。与知识技能的教学相比，思维方法的培养要求更高、难度更大，可操作性途径薄弱。本课题的研究目的，一方面是为了强调思维方法培养的重要性，另一方面尝试搭建思维方法培养的新载体，多角度多载体培养学生思维方法。

    意义之三 创新物理思维方法的培养途径。关于物理学思维方法的培养，话题由来已久，成果已经相当丰富。在思维方法的培养途径上，一般多从习题教学出发。在本课题的研究中，则是从溯源物理规律的形成过程出发，探究科学家的思维历程，再现知识发生、发展的过程。在生动具体的体验过程中，认识思维方法、学习思维方法，让学习变得更加具体、更加有趣，让学习的内容更易于消化和吸收、掌握得更为准确。

    4．课题研究的创新之处

   （1）落实新课标下的高中物理教学目标

新课标下的高中物理教学目标，提出了“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”等三个维度。在“知识与技能”维度，要理解物理知识，认识实验的地位和作用，领悟物理学基本思想；在“过程与方法”维度，要了解物理学的发展历程，理解科学的探究本质，学习科学方法和训练科学思维；在“情感态度与价值观”维度，要激发好奇心与探究欲，培养科学态度和科学精神，养育人文精神和爱国主义情怀，树立科学世界观和人生观。溯源物理规律的形成过程，就是落实高中物理课堂教学三维目标的过程，实现新课标提出的“提高全体学生的科学素养，为学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础”的培养目标。

   （2）探索培养物理思维方法的新途径

    关于物理学思维方法的培养，话题由来已久，成果也很丰富。培养的途径多是从习题教学出发，偶有贯穿在课堂理论探讨过程中。本课题的研究，从溯源物理规律的形成过程出发，探究科学家的思维，再现事物发生、发展的过程，抽象思维方法伴随着生动的具体过程，让学生在过程中感知方法、学习方法，使得学习变得更容易，更有趣，易于吸收，掌握准确。

 

二、课题的文献研究

    1．国内外同类课题研究现状

    物理学史和物理思维方法的重要性已经是共识。在中国知网上检索“物理思维方法”，在2000年到2014年期间相关论文论著文献，有10529条结果。若检索“物理思维”，则有97,563 条结果。

    在培养学生物理思维方法的途径方面，习题教学是一个主要载体。从习题教学出发，以习题为依托，以解题过程为载体，以顺利解题为落脚点。在物理学史教学的功能定位上，多是创设情境、激发兴趣，从中挖掘思维方法的不多。个中原因很多，如课堂空间所限，教学任务所迫，研究精力不够等。

    2．课题研究的理论依据

    英国生物学家达尔文说过：“最有价值的知识是关于方法的知识。”在传授知识的同时，要重视物理方法的渗透。美国当代著名心理学家斯滕伯格教授认为：“教授思维的方法是教学的核心问题，也是一个重要任务。”联合国教科文组织编写的《学会生存》一书中指出：“未来的文盲不是目不识丁的人，而是不会学习的人。”

    综观物理学发展史，每一条规律的发现，每一个理论的创立都与物理学家运用正确的科学方法密切相关。

 

三、课题研究中核心概念的界定

    1．物理规律  规律即指事物之间的内在的本质联系。物理规律是指在物理现象、物理过程中客观存在的、在一定条件下起作用的本质联系。本课题所指的物理规律包括物理定律、实验规律和重大发现的过程。

    2．溯源  溯源意即向上寻找历史的根源。本课题中“物理规律的溯源”则是依托物理学史实，以一些著名物理定律、物理学重大发现、重要物理实验为研究对象，探究物理学重要成果的形成过程，体验科学家的工作历程，体会科学家的科学精神。通过这种过程经历，加深对物理规律的认识，准确把握物理规律。

    3．物理思维方法 通过思维活动为了实现特定思维目的所凭借的途径、手段或办法，也就是思维过程中所运用的工具和手段，人们们称之为思维方法。在解决物理问题的过程中运用到的手段和办法，我们称之为物理思维方法。

 

四、课题研究的目标与内容

    本课题的研究内容包括：在科学研究过程中物理学家如何运用思维方法来确定研究方向、制订实验方案；如何运用思维方法智慧化解研究过程中遇到的困难。

具体地，可以将本课题的研究分为以下三个方面：

   （1）追溯一些重要物理实验的研究过程，如α粒子散射实验现象、分子速率的测定、密立根油滴实验、库仑扭秤实验、卡文迪许扭秤实验等。

   （2）溯源一些重要物理定律的形成过程，如阿基米德定律、自由落体运动定律、开普勒第三定律、万有引力定律、欧姆定律、折射定律等。

   （3）追溯物理学的一些重要物理实验的研究过程，如万有引力定律的发现、电子的发现、中子的发现、劳伦斯的后悔等。

 

五、课题研究的过程与方法

   （一）准备阶段（2013.10—2014.6）

    (1)通过理论探索，研究思维、方法、物理思维、物理思维方法的内涵、特点及其研究的意义，为课题研究提供理论支撑和方向界定。

    (2)采用历史资料检索，通过各种途径对高中物理教材中涉及的物理学史知识进行检索，收集了大量的物理学史文本、图片等，通过查阅、比较、求证和对比，从中归纳整理出有效的物理学史教学素材，为开展物理学思维方法研究和校本教材开发提供丰富的资源，同时对国内外的发展现状进行全面系统的归纳与评估，确定操作路径和目标。

    (3)对课题进行论证，通过学习教育心理学理论，提高认识，设计课题研究方案，完成申报与开题工作。

   （二）实施阶段（2014.6—2015.12）

    (1)通过理论分析及行动研究，根据专家对课题的论证与建议，完善课题方案，根据课题内容，对课题进行分解研究，全面展开课学教学实践研究。

    (2)整理归纳中学物理涉及到的各种思维方法，探索培养实施新途径，形成可操作的典型教学案例。

    (3)采用行动研究法进行实践探索。在教学实践中促进我们的思考，并对教学效果进行即时反馈与评价。

   （4）设计量表，对学生进行问卷调查，对比分析学生在被培养前后所发生的变化。

    (5)通过经验总结与梳理，完成教学案例集等。

    (6)定期召开课题研讨会议，做好阶段性课题研究过程性资料的收集整理工作。

   （三）总结阶段（2016.1—2016.6）

    (1)运用经验总结法归纳整理课题研究资料。完善教学案例集、论文整理、论著文稿的整理等。

    (2)做好鉴定和结题工作。整理研究过程性资料，提交结题申请，撰写《研究报告》，做好结题准备。

 

六、课题研究的预期成果

序号	研究阶段/完成时间	成果名称	成果形式	负责人
1	2013.11/2014.6	《从物理规律的溯源出发培养物理思维方法的研究》研究方案	开题报告	陈连余 朱  焱
2	2013.11/2014.6	回到物理教学的原点	论   文	陈连余
3	2013.11/2015.6	《物理规律的溯源与物理思维方法》	选修课程	陈连余 张  云 李友志
4	2014.7/2016.6	物理发现的艺术	科普讲座	朱  焱 邢  标
4	2015.9	《物理规律的溯源与物理思维方法的培养》	编    著	陈连余
5	2016.6	《从物理规律的溯源出发培养物理思维方法的研究》	论    文	陈连余 崔卫国

 

七、主要参考文献

    1．《物理学史》，郭奕玲、沈慧君编著，清华大学出版社1993年版

    2．《著名经典物理实验》，郭奕玲、沈慧君编著，北京科技出版社 1991年版

    3．《物理学史二十讲》，胡化凯编著，中国科学技术大学出版社2009年版

    4．《物理学史》，（美）弗?卡约里著、戴念祖译，广西师范大学出版社2008年版

    5．《物理学基本概念和基本定律溯源》，向义和著，高等教育出版社1994年版

    6．《中学物理教师手册》，上海教育出版社1982年版

    7．《物理发现的艺术》，程九标、张宪魁、陈为友编著，中国海洋大学出版社

    8．《思维方法高级教程》，朱奇、朱一鸣、张英著，中国长安出版社

    9．《中学物理思维方法丛书》，王溢然、张耀久著，1993年版