陈春雷
 1984--12

***北京教育学院物理系大学本科班教学法讲座讲义***
获1985年北京教育学会首届优秀教育论文二等奖
1985年收入北京教育学会《教改之花》论文集第一集出版

    物理学的研究方法和学习方法，归根结底是唯物的、辨证的方法。
    但是，正如辨证唯物主义的创始人之一恩格斯，在1885年为《反杜林论》第二版写的序言中所指出的：“事情不在于把辨证法的规律从外部注入自然界，而在于从自然界中找出这些规律并从自然界里加以阐发。”恩格斯讲的自然界的客观规律。对于研究客观规律应该采用的科学方法，恩格斯的论述同样是正确的。
    不应该从辨证唯物主义哲学的概念出发，去引出物理学的研究方法和学习方法，而应该从物理学自身的发展和学习物理学的过程中，认识这条正确的线索。

    一、物理学的研究方法及其发展
    古希腊著名学者亚里士多德在他写的名著《物理学》一书中，就注意研究方法。他提出：“如果一种研究的对象具有本原、原因或元素，只有认识了这些本原、原因和元素，才是知道了或者了解了这门科学。”“显然，在对自然的研究中首要的课题也必须是试确定其本原。”“通常的研究路线是从对我们说来较为易知和明白的东西进到就自然说来较为明白和易知的东西，……”“对我们说来明白易知的，起初是一些未经分析的整体事物，而元素和本原，是在从这些事物里把它们分析出来以后才为人们所认识的。……我们应该从具体的整体事物进到它的构成要素，因为，为感觉易知的是整体事物。”
    这段早期关于物理学研究方法的论述，充满朴素的唯物主义思想。这种方法是从具体事物的感觉开始（亚里士多德强调从整体开始是有局限性的），经过“试确定其本原”的讨论，到认识研究对象的本原、原因或元素。
    亚里士多德用这种方法，对于物理学与数学的区别、对于运动的分类以及时间跟运动之间的关系，提出了很可贵的想法。如：“我们不仅用时间计量运动，也用运动计量时间。”由于他局限于并不深入的观察和神学的束缚，也提出运动必须有推动者的错误结论。
    十六世纪前后的伽利略，对相对运动、自由落体等许多物理现象不仅做了一般观察，而且作定量的记录，对记录数据进行数学处理和讨论，用理想实验的方法排除次要因素，揭露运动本来的规律。他提出：“从观察到的材料中提出规律，然后用实验验证。如果发现与事实不符，立即回过头来考察自己的结论，以往的知识要用这种方法加以检验。”“实验可以用来决定一些原理，并作为演绎方法的出发点。”“自然界是用数学语言写文章的，……没有数学工具，人类连一个自然界的单词都无法理解。”“通过发现一件单纯事实的原因，我们对这件事实所取得的结论，就足以使我们理解并肯定一些其他的事实，而不需要求助于实验。正如目前这个事例所显示那样，作者单凭论证可以有十足的把握证明仰角在四十五度时射程最远。”
    这些论述概括了相当完整的物理学的研究方法。包括：由直觉的观察到有目的的科学实验，用数学方法讨论和表述物理规律，正确理解实验作为最后检验标准和承认论证的必要性以及抽象的物理模型的早期思想。正如伽利略自己写的：“我们可以说，这是第一次为新的方法打开了大门。这种带来大量奇妙成果的新方法，在未来的年代里，会博得许多人的重视。”比起伽利略在物理规律的发现方面的重大贡献，他更大的贡献在于开创了近代物理学的研究方法。
    爱因斯坦对伽利略的贡献作过恰当的评价：“伽利略的发现及他所应用的科学的推理方法是人类思想史最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。这个发现告诉人们，根据直接观察所的出的直觉的结论不是常常可靠的，因为它们有时会引到错误的线索上去。伽利略对科学的贡献就在于毁灭直觉的观点，而用新的观点来代替它，这就是伽利略的发现的重大意义。”
    伽利略不可能研究近代物理学里的问题，例如量子力学。但是提出量子力学的过程正是继续运用伽利略所开创的方法所带来的“奇妙成果”。这正说明了，掌握正确的研究方法的重要性。伽利略提出并进行的实验，是动脑与动手相结合，形象思维与抽象思维相结合的科学工作。
    牛顿不仅系统总结了经典力学的规律，对于物理研究方法也提出了可贵的论述：“……研究的最好和最可靠的方法，看来第一是勤恳地去探索事物的属性，并用实验来证明这些属性，然后进而建立一些假说，用以解释这些事物本身。因为假说只应该用于解释事物的一些属性，而不能用以决定它们，除非它能为之提供一些实验。如果任何人仅仅由于可以作出一些假说而对事物的真理性提出一些猜测，那么我就不知道在任何科学中能用怎样一条法则来确定任何肯定的东西，……”牛顿还特别提出：“我希望除了下列两种异议之外，所有关于‘假说’以及其它问题的异议或许不会再提出来。这两种异议是：或者用指出我从实验中所的出的理论的短处或缺点，以表明我用以判定这些问题或用以证明我的理论的任何部分的那些实验是不充分的；或者去作和我的理论针锋相对的另外一些实验，假如这样的实验可能会有的话。”
    可以看到，牛顿还是讲思考与实验的关系，而在判定人的认识、“假说”的正确性方面，实验有最高的权威。回顾力主光的微粒说的牛顿与光的波动说之间的争论，是很有意义的。牛顿虽然发现著名的牛顿环，但没有认识到这是一种波的干涉现象，在牛顿所著《光学》  书中，他提出：“作为结论我只能提出一些疑问，以便他人可作进一步的探索：
    1、 各种物体对于光是否有超距作用，而且是否在它们的作用下使光线发生了弯曲？
    13、不同种类的光线，是否引起不同大小的振动，并按其大小而激起不同的颜色感觉，正像空气的振动按其大小而激起不同的声音感觉一样。
    27、把光设想为一种在流体中传播的挤压或运动的一切假说是否都是错的呢？……
    假如光是一种挤压或运动，那么无论是立刻传播还是需要时间的，它都应当弯曲到影子区域中去。”
    从这些叙述中可以看到，虽然牛顿错误地反对了光的波动学说，但他是作为一个科学家用科学的态度去反对一种当时未能得到足够的实验证明的理论。因此，整个叙述不是简单的否定，却是提出了问题——光为什么没有波的特征之一的衍射现象。尔后，正是光的干涉和衍射的发现和研究证实了光的波动学说的正确性。这表明，只要研究方法是正确的、科学的，对一些暂时未完全认识的物理问题有不同的假说进行讨论是正常的和有益的。
    物理学的发展，从来不是个别人孤立的研究（不论是实验研究还是理论研究），近代物理更是这样。除了近代物理实验需要现代工业提供先进的实验手段和实验本身的复杂性需要许多物理工作者的协同配合之外，讯息的交流也起着非常重要的作用。
    例如，爱因斯坦在《我是怎么创立相对论的》一文中写到：“还在学生时代，我就在想这个问题了。当时我知道迈克尔逊实验的奇怪的结果。我很快得出结论，如果我们承认迈克尔逊的零结果是事实，那么地球相对于以太运动的想法就是错的，这是引导我走向狭义相对论的最早想法。”
    爱因斯坦还提到：“我曾直接地或间接地特别从马赫那里受到很大的启发。”这是指马赫根据“凡不能由实验证实的概念和陈述，都不应在物理学中占有任何地位”的思想为出发点，否定牛顿的绝对的时空观。在马赫这种革命性的思想影响下，爱因斯坦提出相对论的时空观。
    爱因斯坦还从洛仑兹变换中看到它内在的物理本质。洛仑兹为了使麦克斯韦方程组满足相对性原理，想出一种数学技巧，在洛仑兹自己看来只有一个时间，而引入与运动速度有关系的地方时t'只不过是一个辅助量。爱因斯坦则认为t'和t一样都是确实的时间，并将洛仑兹变换作为表述狭义相对论的重要数学方法。
    如果说亚里士多德的研究方法是观察加思考，伽利略的研究方法是实验加思考，爱因斯坦的研究方法可以称为讯息加思考。他提出相对论时，没有也不可能做大量实验，他是从大量讯息（包括别人的实验成果和理论研究成果）中筛选出最有意义的讯息，加以处理，包括爱因斯坦称之为“理想实验”的推理，提出新的理论。量子力学等近代物理学的发展也表明了，讯息加思考是重要的研究方法，也是其它科学的重要研究方法。
    讯息加思考，早已有之。恩格斯用这样一段话简述科学社会主义的产生：“和任何新的学说一样，它必须首先从已有的思想材料出发，虽然它的根源深藏在经济的事实之中。”
    广义的讯息，包括从实验中得到的讯息。对物理学的研究来说，也是最基本、最重要的讯息。广义的讯息当然也包括从观察中得到的讯息。但研究物理的人如果只限于自己亲自做实验得到的讯息，其讯息量肯定较少，有时还避免不了所谓“再创造”甚至重复他人失败的教训，浪费宝贵的时间。随着讯息量的增加，讯息传播速度加快。讯息处理手段的发展，现代科学包括物理学的发展速度明显加快了。
    以讯息技术为前导的新的科学技术革命，无疑将使讯息在研究工作中占有越来越重要的地位，使人们更自觉地看清楚这一点。

    二、物理学的学习方法与研究方法的区别

    学习方法与研究方法的联系、共同点是非常清楚的，都是取得讯息和对讯息的正确处理。
    它们之间的区别，根源于主体不同，对象和任务（目的）不同。马克思曾深刻地指出：二项式定理，是多少代数学家研究的成果。可今天只要一、二个小时就能学会。从学习方法的角度来体会这段话，学习不应该重复研究人员的漫长的探索过程，而要能够尽可能少的时间获得更多的有用讯息和学会获得讯息与处理讯息的方法，面对知识爆炸的未来就更应该如此。就中学的学习内容方面看，为了学习物理所进行的实验可以说没有属于真正“探索性”的，它们都属于重复别人经过反复改进设计，已经比较成功的实验，学习过程中的理论思维也多属于重复别人的比较正确的思维活动。最后，就学习的特点来说，必定是在“已有的思想材料”的指导下，以“已有的思想材料”为主要内容。讯息的自然分布是祢散状态的，而且研究某一问题所需要的讯息与其它讯息混合存在的，需要训练学生具有筛选处理讯息的能力。但从时间角度考虑，学生在学习过程中大量接受的是已经加工和集富的讯息，这样有利于提高讯息密度以提高教学效率。
    从教学方法和学习方法的角度看，称为“探索”或者“发现法”，是指不能满足于把结论告诉学生，而在适当的地方让学生自己去观察、思考、实验和推理，体会并学到取得讯息和处理讯息的能力。不是随意夸大为一切由学生自己去探索。
    正如恩格斯指出的，“真正科学的著作照例要避免使用像谬误和真理这种教条的道德的说法。”对于科学的学习方法的讨论亦是如此。总的说，学习物理的方法要强调使用各种工具和用脑。
    美国PSSC的中学物理课本的绪论中有这样一段话：“物理学需要各种类型的工具。和人类从事其他一切活动一样，物理学工作者的关键工具也是他的大脑。其次，他需要用一种语言对自己和别人清楚地表达他所想的、所做的和想要做的。数学可以被认为是表示关系和数量的最清楚而且最灵活的特殊的国际语言，也是他的工具箱中的一种重要工具。此外，眼睛、耳朵和手也确实都是重要的，他把这些都看成是基本工具，可用来收集有关他所要了解和控制的世界上各种事物的资料，然后，为了帮助他的感官，为了创造出有时需要研究的特殊情况，还必须利用各式各样的其它工具、仪器或装置。”
    这段写给中学生的关于物理工作者的话，也提出了物理学的学习方法。善于使用各种工具，中心在于用脑。学会用脑，也就是中国古代讲的“用心”。
    为减少重复，有关学习方法的一些想法，放在下一部分，结合实例说明。

    三、物理学的研究方法、学习方法及对学生的学习能力的培养

    1、“学会”与“会学”。
    使学生会学物理，即掌握较好的学习物理的方法，是培养中学生的能力的重要内容之一，也是中学物理教学的目的之一。
    学会与会学，知识与能力，都不是孤立的。最终地讲，会学的，有能力的，自然能学会，而且学得好。而反过来讲，狭义的“学会”，却不一定是会学。目前，在相当一部分学生当中，存在着死背“定义”、公式，高分低能，“缺乏物理气质”，正是不会学的反映。
    造成这种现象的原因是多方面的，包括国家的管理体制、教育体制、考试方法以及社会因素等。教师对教学目的的理解狭窄，教学方法的安排不适当，也是造成这种现象的原因之一。例如只着眼于学生“记住”基础知识，应付短期之内的考试，过分强调“讲深讲透讲细”的所谓“掰开揉碎”式的教学，往往得到赞扬，实际上是将知识与能力分割，忽视了能力培养。
    会学，要求学生掌握比较科学的学习方法，能够主动地获得更多的有用讯息，具有较高级的讯息处理能力，即不仅是感觉、记忆，而且要比较、分析、归纳、综合、演绎、推理以至创造性地思维的能力。从面向现代化、面向未来的角度看，从伽利略的历史贡献看，会学，即掌握比较科学的学习方法甚至比获得具体知识、记住具体知识更为重要。
    即使是普通的听讲和记笔记，都有会不会学、培养什么能力的问题。一种处理方法是课堂上教师的板书笔记，要求学生详细地抄笔记，把课本上主要的定义、公式，以及讨论例题、注意事项……，总之无一遗漏地在教师板书和学生笔记上体现出来。造成学生用眼用手多，用耳用脑少，没有多少时间思考，到中学毕业还不知道什么叫“记笔记”。这种学生上课十分专心，往往受到教师的表扬。另一种处理方法是板书简明、提纲式，对高年级甚至只给标题，让学生集中注意力听讲，随着教师的启发去思索，每到必要之处，学生自己写下必要的笔记。适当的时候，让学生总结一下一节课甚至一段教材的中心内容，注意表扬那些课堂上思维活跃，甚至喜欢爆出超出教师计划外的问题的学生。事实上，经过训练确实学习能力强的学生往往不是整节课都全神贯注的。他们会听，抓住要害弄清楚了就“走神”，这是一种思维活动，是新旧知识的联想、交叉、运用……。当然，教师要善于了解学生，区分积极思维的“走神”和少数纪律松弛不用心的“走神”，并加以引导。简单化的处理问题会限制甚至遏止了学生的能力的发展。
    2、短期效果和长期效果。
    毫无疑问，任何方法都要用效果来衡量其优劣。无论从教育对青少年的影响的长周期性还是从教育要为几年甚至几十年之后的社会发展的需要服务两个方面看，必须把教育的长期效果放在首位。过分强调短期效果，把立足点放在应付一场考试、分数提高几分甚至零点几分上面，是教育工作中许多不符合科学规律的做法的重要原因之一。
    当然也不能理解为学生的成绩低才好，效果并不否定提高学生学习成绩的必要性。
    苏联教育家苏霍姆林斯基就明确指出：“教育工作的最后结果如何，不是今天或明天就能看到，而是需要经过很长时间才见分晓的。”
    社会需要的人才结构决定了，今天的中学生将来成为专门物理工作者的比例不会大，所以大部分学生将来需要的物理知识在深度方面特别是复杂物理运算方面，要求不会很高。通过物理学的学习，掌握比较科学的学习方法，对于学生树立辩证唯物主义的世界观，用科学的方法研究各种实际问题却都是有意义的。

    3、方法寓于内容之中。
    除了对学生中的物理爱好者外，对多数学生不需要专门的“方法课”。从具体的物理知识的学习过程抽象出来作为一种集富讯息的一般学习方法，多数学生会觉得过于抽象、听不懂，甚至觉得没有什么用处。前面提出的讯息集富，是必要的，但同样不应该夸大。搞过分了不行，没有好的效果。在真理与谬误之间，并没有一道万里长城。抽象的方法，要寓于物理的内容之中。但是要做到“寓”字，教师需要有心，特别是抓住许多能帮助学生理解和加深对学习方法的认识的知识内容，自然地渗透进去，做到潜移默化。为了这样做，需要认真研究教材，研究物理概念的形成和发展过程，研究人的认识规律和学生思维的规律，研究教学过程。这是相当困难的工作，需要一些艺术性。一个有经验的教师要善于引导学生，善于用自己的正确思想去影响学生。

    四、一些教学处理实例。
    1、从效果出发的思想，等效的思想。
    讯息处理除了简单记忆之外，首先要通过比较认识其个性和共性，没有个性就不能区分事物，抓不到共性就不可能产生概念，不可能有进一步的理论思维。应该使学生学会通过效果来了解事物的性质，从等效中引出概念。
    初中物理第一册第二章第一节  力
    “在日常生活和生产劳动中，我们经常要用力。当我们用手推车、拉锯、提水桶、压木版的时候，都要用力。用力的时候，就会感到肌肉紧张。因此，人类对力的认识，最初是从肌肉紧张的感觉中得来的。”
    高中物理甲种本第一册第一章第一节  力
    “人们对力的认识，最初是从日常生活和生产劳动中得到的，是和人力相联系的。用手推动小车，提起重物，拉长或压缩弹簧，肌肉会感到紧张，我们就说，人对小车、重物、弹簧用了力。后来人们把力的概念加以扩展，把凡是能和人力起相同效果的作用都叫做力。……”
    教学过程中不是简单回答“什么是力？”给出所谓力的“定义”。而要抓住提出力的概念和扩展力的概念的过程中所体现的思想。
    美国PSSC教材中，没有专门讲“力”的一章，但在“关于力和运动的概念”一节中，也注意从效果出发。它的一段教材内容是：“让我们从自己的个人经验开始吧。什么事物是我们要和‘运动原因’联系在一起的呢？回答是肌肉的拉和推。……我们把这样的拉和推叫做力。物理学上所用的力的概念肯定起源于这种方法。后来，随着理解逐步深入，力的概念就扩充到包括所有的运动原因。磁铁吸引铁钉是一种力；这种力能够用和肌肉力相同的方式改变铁钉的运动。”
    教学中可以能够提出问题引导学生讨论的办法处理。例如：“你怎么知道你用力了？”让学生在注意受力客体方面表现出来的效果（发生形变、运动状态发生变化），还要注意施力主体方面的感觉——肌肉紧张。再提出：“你根据什么理由讲磁铁给铁块一个力？”引导学生注意等效性。教师小结力的概念的提出和扩张，然后才从共性中引出“力是物体对物体的作用”。
    这样一个物理思想在很多地方都有，可以而且应该经常抓，既可以使学生容易接受和理解物理概念，又能通过反复出现加强刺激，使学生进一步理解物理的思维方法。
    例如，重心概念的叙述是“一个物体的各个部分都要受到地球对它的作用力。我们可以认为重力的作用集中于一点，这一点叫做物体的重心。”接着用二力平衡的原理解释了“可以认为”的根据。在教学处理时，在讨论例子之后，指出是从整体平衡的效果上看，认为重力集中作用于重心与重力作用在物体各个部分是等效的。对一些比较能思考的学生，还可以指出，从物体各部分相对位置的变化，如长木板的弯曲的效果看，就必须真实地理解重力是作用于长木版的各个部分，使学生注意到研究不同的效果时，对问题的讨论有所不同，让学生不仅注意效果，而且开始有一个“什么效果”的思想。
    力的平衡四边形法则是高中学生第一次碰到的矢量运算，是学生原有生活经验中没有的知识，一些学生首先是感到不好理解，“别扭”，总以“一加一等于二”的算法讨论力的问题，造成许多错误。
    教学过程中，用演示实验解决这个难点。让学生观察演示实验时，不仅要观察、记录分力与合力的大小和方向，首先要学生注意是否产生相同的效果。根据等效的思想定义合力，引出合力的计算法则。对于理解能力较好的学生，可以进一步指出，原来学的数学知识，其实也是在观察某些问题的等效性中总结出来的，现在研究一种新问题，就需要一种新的运算方法。
    还有许多物理概念、物理规律的教学中，体现这种物理思想。例如：为什么要提出“冲量”这个物理量，这是研究“对一定质量的物体，力所产生的改变物体速度的效果。”接着，又从相同的冲量在不同物体上也应该体现出相同的效果，引出“动量”概念。冲量与动量是学生难以理解的，只记住F.t和mv，显然是不够的。
    牛顿第二定律的应用中，提出“力的独立作用原理”。到分析实际问题时，又总是先求合力。这要提出等效性。
    能量概念的提出、扩大和加深，在整个物理学中有十分重要的意义。整个认识过程体现了抓住共性、等效性。
    在电容的串、并联，电阻的串、并联，电池组的串、并联，……等问题中，也是等效思想起重要作用。
    2、从直觉的观察到“毁灭直觉”，常识与科学。
    在课堂上学习物理课之前，学生通过日常生活的接触、观察，通过课外阅读和其它第二课堂活动，已经获得一些物理知识。随着生产水平和生活水平的提高，随着科学知识的普及，这种讯息会增加。总的说，这有利于学习，但有时也带来障碍。有些学生觉得物理课不像数学，有点“不讲理”。其原因之一是希望能用已有的常识解释一切物理问题，推出一切概念和规律。遇到能行得通的问题，学生觉得能懂；遇到行不通的问题，学生就觉得别扭。许多“常识”，来源于不那么深入思考的直觉的观察，在学习物理时，“毁灭自觉的观点”是十分重要的。
    上一个问题中关于力的合成的规律，是高中学生遇到的第一个“别扭”。用强调效果、等效性的伏笔，加上认真的观察解决。
    高中学生遇到的第二个“别扭”，是力和运动的关系。结论可以背，遇到实际问题时，总回到老“习惯”——“物体向上运动，向上的力就必定大于向下的力。”教学过程的安排上，要先指出，“必须有力作用在物体上，物体才能运动”的想法，是建立在某些经验的基础上的。问题出在当时的物质条件的限制，也有观察得不深入、思想方法不注意分析而停留于直觉经验，还加上思想受到“神”的束缚。然后做简单的演示实验，介绍伽利略的理想实验，总结出牛顿第一运动定律。
    这个问题，在初中物理第一册第三章第七节就简单地学过，但高中学生仍是经常出错。这正表明只给学生以正确结论，即使是学习知识也不能真正掌握，必须适当地讲点思想、讲点方法。因此，高中物理教学过程中，结合人对这个问题的认识过程，要指出建立在事实的基础上的认识仍然可能是错误的，需要建立在事实基础上的思考，需要进一步的科学实验。
    整个高中物理教学过程中，特别要注意那些超出日常直觉经验、认为“不可思议”的重要物理实验和据此引出的新的知识。
    例如两列波的叠加和干涉。两列波相遇增强似乎是天经地义，为什么有相消干涉。除了用水槽做演示之外，用两个喇叭接在同一个音频震荡器的输出端作为相干波源，让学生在教室中不同位置上体验干涉的效果，再结合必要的理论分析。最近还在APPLE-II上编制了教学软件，用微型电子计算机模拟波的叠加的物理过程。多种手段、多个方面的刺激，有助于学生打破日常“经验”中的不正确成分的束缚，理解新的物理知识。
    特别要重视与近代物理有密切联系的内容。例如光的干涉和衍射，光电效应、明线光谱与吸收光谱等真实实验，必须做好。它一次又一次揭示了科学实验对物理科学的推动作用，使学生渗透了一个基本思想：现有的知识，总是不完备甚至有不少错误的，只有与思考紧密联系在一起的科学实验能够突破它，使人的认识进入到新的高度。结合这些物理知识，向学生解释新的科学知识总是超乎“常识”，另人惊讶的。
    PSSC中学物理课本的绪论里，有一段叙述很好：“物理学就是这样发展起来的。它像一座正在施工的大厦，而不是一座已竣工的、只须由人带着参观的建筑物。尽管这大厦的某些部分已经很好地建成，既适用、又美观，但有些部分只完成了一半，还有一些部分刚刚开始设计。一些新的部分尚有待于年轻读者去兴建和完成。在这座名为物理学的大厦中，每过一些时候，我们就会发现某个已建成的房屋不够坚固，或者面积过小，无法容纳新的发现。于是这个房间或者被废弃不用，或者必须重新改建。但是建造在相当坚实土地上的整个地基却是牢固的。不论地基上面发生了什么样的变化，地基本身是不会改变的。本书的目的就是给读者看一看这座大厦的设计蓝图，看一看建筑者们已经完成了什么，看一看他们现在正在建造的部分；有时还指出那些设计尚未完成。”
    新编高中物理教材注意吸取这里的好的思想，在P22阅读材料上写了这样一段话：“物理学好象一座正在施工的大厦，它已经建筑得很壮观了，但还没有竣工，看来永远不会竣工，更壮观的还在后面。现在的青年学生，将来就可能成为修建这座大厦的建筑师。”
    教育要面向未来，要培养具有创造能力的新的一代，绝对不能只向学生输送人类已有的知识。更不能在学生脑子里刻下人类已有的知识已经十分正确、十分完善的思想。通过一系列物理知识的学习，使学生体会到物理学是怎么前进的，而不变的地基，就是伽利略开创的、为许多科学家发展了的物理学的研究方法。
    3、物理模型。
    培养能力，特别是智力，一个重要表现是由形象思维向抽象思维、概念思维、理论思维的过渡。
    苏联教育家苏霍姆林斯基曾对直观教学法提出一个值得思考的问题：“如何由具体事物过渡到抽象思维，在上课的哪个阶段直观教具已不再必要，……”具体到以实验为基础的物理学的学习，当然不能完全否定、取消直观教具，不能取消物理实验。苏霍姆林斯基着重研究了小学教育和文科教学，对理科教学的研究不够，结论难免有些绝对化的毛病。但是，即使是以实验为基础的物理学，的确同样要过渡到理论思维。理想物理模型是物理理论思维的最重要一环。曾经有物理学家提出：不懂得运用物理模型就是不懂物理。这是有道理的。
    高中物理的第一个理想化模型是质点，不能因为质点看来简单，放掉里面包含的物理思想。从某种意义上讲，必须抓住学生容易理解的物理问题使学生从中学到思想，学到方法。然后到不好理解的问题中去运用，否则会造成难点集中。
    课本是相当重视“质点”的教学的，不仅简要指出质点的物理意义，而且用“借题发挥”的手法简要介绍了科学抽象。在教学过程中，需要学生理解几个问题。第一，简化的必要性。第二，科学抽象的原则——从实际出发，区分主要因素和次要因素。第三，主要与次要不是一成不变的，应根据具体研究对象、研究课题有不同的考虑。第四，物理模型是科学近似，每个物理模型都有它的适用范围。说明这些问题，同样要按照“由具体事物过渡到抽象思维”的办法去做。除了课本引用的例子之外，可以根据学生可能接受的深度和广度补充适当的例子，特别是微观方面的例子。例子本身无须深入展开，介绍只为了开阔学生思路，引起学生兴趣，也为以后的教学留下伏笔。
    伽利略的理想实验是又一个重要的理想模型。
    理想气体模型是人类第一次成功地将微观讨论与宏观的状态参量函数关系结合在一起，教学过程中要结合知识的学习揭示其物理的方法。对于理解能力较强的学生，可以考虑经过讨论，定性给出P~n。Ek.
    中学物理介绍得最详细的物理模型是玻尔模型。从主要实验基础、基本假设到理论的要点，对氢光谱的解释，最后还介绍玻尔理论的缺陷，简介新的理论认识。这段教材的教学，最重要之处是内在的物理思想，而不是背下公式会计算氢光谱。需要用相当的时间讲述玻尔怎样在卢瑟福核式结构、普朗克的量子理论和巴尔末的氢光谱经验公式的基础上提出玻尔自己的理论以及以后的发现。这里需要对习惯说法的“双基”作一点探讨，用大量练习去“落实”几个公式，是可以使学生应付高考的。高考怎么改革是另外需要讨论的问题，就物理教学来说，需要抓住思想，它的教学效果不表现在高考分数上，而体现在学生的基本素质、能力上面。这种效果不好考核，不容易被承认。如果把目光放到十年、二十年、三十年，从学生讲他们十几岁时的感受以及对他们以后的道路的影响中，可以有许多例证表明是有效果的。
    4、让学生了解点物理学史。
    物理学史实际上是生动的思想史、认识史。在教学过程中恰当地运用物理学史，是对学生进行物理学研究方法、学习方法的教育的生动材料。
    新编教材对这些问题比以前重视了。
    相当一部分内容是以阅读才的方式给出的。真要学生课后阅读，还应该在课堂上安排一定时间了解学生阅读情况。帮助学生了解它的实质，从中学到知识、学到思想，这又属于“软任务”，但抓了是有意义、有收获的。
    有些内容是安排在教材里的。如从行星运动到万有引力恒量的测定，更要用一定时间讲认识过程。特别是初中物理教学，降低了对计算方面的要求，可以比原来用多一点的时间结合物理学史的知识，介绍人对物理概念和物理规律是怎么逐步认识的。这样做还可以使课堂教学比较生动，比较适合低年级学生的心理状态。
    除了这些例子之外，还有两个十分重要的学习能力，一个是动手做实验、研究和改进实验的能力，另一个是自学能力。
    关于物理实验，一个时期过多地强调“探索性实验”，对“验证性实验”，总觉得差一些。实际上，越是近代科学，验证性实验的地位越重要。由于科学知识的积累，科学发展的一个变化是往往理论处于领先地位，而理论的正确性要由人设计一些实验来验证它。不是几百年前在茫茫黑夜里的探索。有的科学家本来想设计一些实验来否定某些结论，往往得到相反的结果。例如爱因斯坦提出光电效应方程时，没有得到全面的实验验证，密立根原来对爱因斯坦的光量子假说持保守态度，他用多年时间改进光电效应实验，却最后成为光量子假说的第一次实验证据，精确度达0.5%，密立根宣布了爱因斯坦光电方程完全得到证实。
    在学习物理的过程中，对某些物理规律做验证性实验，是学习的重要方法，也是对学生而后的科学工作的一种必要的训练。
    自学是学习能力的一个大题目。但自学不等于能看书，有个会不会看的问题。看物理书与看小说是有区别的，需要有“物理味”，有物理的基本素质和思想。这跟看物理书的过程是互相渗透、交错着的。如果把自学理解为只是在书上找公式、定义，就不懂得怎样自学物理。
    培养学生会学，不是只强调某一种方法，不是要求在几节课的课堂教学之后就能引起突变。这是一件比抓“双基”更复杂、更困难的工作。有些认识和做法，也可能有不同意见，从如何体现“三个面向”引出这个问题，供大家研究。

    主要参考资料：
    《反杜林论》     恩格斯
    《自然辩证法》   恩格斯
    《物理学》       亚里士多德
    《牛顿自然哲学著作选》    塞耶 编
    《物理学史》     劳厄  编
    《物理学的进化》 爱因斯坦，英费尔德
    《给教师的一百个建议》 苏霍姆林斯基
    《论教学过程的最优化》 巴般斯基
    《物理学史专题讲座汇编》  北京市物理学会
    《PSSC物理课本》