高中物理教學(xué)中學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)的培養(yǎng)

胡越男

[摘? ?要]以課堂教學(xué)為載體，圍繞科學(xué)素養(yǎng)的四個(gè)維度，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)教學(xué)過程，有效開展課堂教學(xué)活動(dòng)，為學(xué)生全面而富有個(gè)性的發(fā)展而教，使物理教學(xué)與物理教育兼具。

[關(guān)鍵詞]核心素養(yǎng);物理教學(xué);物理教育

[中圖分類號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? ?A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2021）20-0043-03

物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。如圖1所示，每一個(gè)維度均包含豐富的內(nèi)容和具體的要求。課堂教學(xué)是落實(shí)素養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，課堂教學(xué)要認(rèn)真做好三個(gè)轉(zhuǎn)化。第一，把自古以來人類社會(huì)物理學(xué)家們積累的知識(shí)規(guī)律轉(zhuǎn)化為學(xué)生的個(gè)體知識(shí)和觀念——形成物理觀念;第二，把物理學(xué)家們從事研究活動(dòng)的思想、方法轉(zhuǎn)化為學(xué)生認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象的方法和思維方式——培養(yǎng)科學(xué)思維;第三，把蘊(yùn)含在知識(shí)載體中的觀念和態(tài)度轉(zhuǎn)化為學(xué)生認(rèn)識(shí)自然、研究自然的行為準(zhǔn)則和態(tài)度觀念——落實(shí)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。實(shí)現(xiàn)這三個(gè)轉(zhuǎn)化的過程恰好就是科學(xué)探究的過程。因此，我們的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)環(huán)節(jié)，都要圍繞學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)維度展開，即為發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)而教。

從物理教學(xué)走向物理教育，需要切實(shí)落實(shí)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。然而，這一環(huán)節(jié)是最抽象、最難評(píng)價(jià)的，但其意義極其深遠(yuǎn)，值得我們深思和研究?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任是指在認(rèn)識(shí)科學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)，理解科學(xué)與技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境的關(guān)系基礎(chǔ)上，逐漸形成的對(duì)待科學(xué)和技術(shù)應(yīng)用關(guān)系的正確態(tài)度與責(zé)任感，其主要包括科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)責(zé)任、STSE等要素。在實(shí)際教學(xué)中，既要重視物理知識(shí)的文化取向，充分挖掘物理知識(shí)背后的育人價(jià)值，更要從傳統(tǒng)的以知識(shí)傳授為本的物理教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴嵘诵乃仞B(yǎng)為主的物理教育。因此，我們?cè)陂_展物理知識(shí)教學(xué)的同時(shí)，努力將科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等物理學(xué)科核心素養(yǎng)，化大為小、變虛為實(shí)，對(duì)高中三年物理教學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)謀劃、精準(zhǔn)教學(xué)，將科學(xué)態(tài)度與責(zé)任自始至終貫穿在教學(xué)活動(dòng)之中。現(xiàn)以《牛頓第三定律》一課中的“探究相互作用力大小關(guān)系”課堂教學(xué)片段為例進(jìn)行探究。

首先拋出課題，請(qǐng)學(xué)生自由猜想，并想辦法設(shè)計(jì)方案證明。

隨后教師根據(jù)學(xué)生提出的方案——用兩個(gè)彈簧秤對(duì)拉進(jìn)行研究，提供器材進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)探究、交流。發(fā)現(xiàn)多數(shù)學(xué)生是將彈簧秤水平放置對(duì)拉的，也有學(xué)生做了將彈簧秤豎直或斜向擺放的實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)力的大小都是相等的。教師及時(shí)對(duì)用不同探究方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的學(xué)生給予肯定和表揚(yáng)。

那么，至此可以得出結(jié)論了嗎？引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)發(fā)現(xiàn)上述實(shí)驗(yàn)都是物體處于平衡狀態(tài)下做的，于是他們非?？释龇瞧胶鉅顟B(tài)（如加速運(yùn)動(dòng)）時(shí)的實(shí)驗(yàn)，嘗試后發(fā)現(xiàn)讀數(shù)困難，此時(shí)教師再采用傳感器演示，如圖2所示，發(fā)現(xiàn)相互作用關(guān)系與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。

最后歸納總結(jié)，由學(xué)生得出規(guī)律，并對(duì)探究過程進(jìn)行交流……

在教學(xué)過程中，教師注意收集多種方案及相關(guān)信息，以獲取證據(jù)。在具體教學(xué)中，教師必須堅(jiān)持實(shí)事求是，從而彰顯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，與此同時(shí)，不忘鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑、評(píng)判，提出創(chuàng)造性的見解。最后創(chuàng)造條件強(qiáng)化證據(jù)意識(shí)，讓學(xué)生充分體會(huì)科學(xué)本質(zhì)，準(zhǔn)確地表述結(jié)果。在看似自然、隨意的教學(xué)過程中，巧妙地把科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等學(xué)科核心素養(yǎng)恰到好處地落實(shí)到位，而這自然和隨意的教學(xué)設(shè)計(jì)背后，是以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的從物理教學(xué)轉(zhuǎn)向物理教育的廣義備課，凝聚了教師的智慧和用心。

為了更好地落實(shí)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，現(xiàn)總結(jié)如下三點(diǎn)。

一、重溫科學(xué)足跡，以求“真”的態(tài)度，樹立正確的科學(xué)態(tài)度

認(rèn)識(shí)科學(xué)，關(guān)鍵要認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)。在“初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)”中明確指出，科學(xué)本質(zhì)包括：

1.自然界是有規(guī)律的，科學(xué)是認(rèn)識(shí)自然最有效的途徑。

2.科學(xué)是以自然界為研究對(duì)象的探究活動(dòng)。探究活動(dòng)包括邏輯推理和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，是一個(gè)充滿創(chuàng)造性思維的過程。

3.科學(xué)是一個(gè)開放的系統(tǒng)?？茖W(xué)知識(shí)具有相對(duì)穩(wěn)定性，同時(shí)也在不斷發(fā)展。

4.科學(xué)活動(dòng)會(huì)促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，要受到科學(xué)道德和社會(huì)道德的雙重約束。

為了更好地理解科學(xué)本質(zhì)，可以從“科學(xué)知識(shí)”、“科學(xué)探究”以及“科學(xué)事業(yè)”三個(gè)維度進(jìn)行闡述。

1.科學(xué)知識(shí)的本質(zhì)：自然界是可以認(rèn)識(shí)的， 但是科學(xué)知識(shí)是可變的， 科學(xué)并不能解決所有問題。

2.科學(xué)探究的本質(zhì)：科學(xué)講究證據(jù)， 科學(xué)是邏輯和想象的結(jié)合體， 科學(xué)具有解釋和預(yù)測的功能， 科學(xué)反對(duì)權(quán)威。

3.科學(xué)事業(yè)的本質(zhì)：科學(xué)研究是一項(xiàng)復(fù)雜的社會(huì)活動(dòng)， 分成不同的專門領(lǐng)域進(jìn)行研究。

一個(gè)非常典型的例子——從一個(gè)古老的話題說起：輕、重物體誰下落得快？

環(huán)節(jié)1.觀察生活中常見的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)：? 物體下落的快慢由它們的輕重決定。這是亞里士多德的觀點(diǎn)。

環(huán)節(jié)2.伽利略質(zhì)疑：通過比薩斜塔實(shí)驗(yàn)、落體佯謬以及斜面實(shí)驗(yàn)等證據(jù)剖析。

環(huán)節(jié)3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：

（1）紙片和碟片誰下落得快？

（2）牛頓管實(shí)驗(yàn)。

環(huán)節(jié)4.播放月球上的或BBC錄制的真空環(huán)境下鉛球和羽毛同時(shí)由靜止開始下落的實(shí)驗(yàn)視頻。

環(huán)節(jié)5.介紹現(xiàn)代版“比薩斜塔”實(shí)驗(yàn)：朱棣文通過“墜落”原子，精確測算出單個(gè)原子的重力加速度，并發(fā)現(xiàn)這一重力加速度與宏觀物體的重力加速度相同，即微觀原子與宏觀物體下落的速度與其重量無關(guān)。

環(huán)節(jié)6.探索還在進(jìn)行……美國物理學(xué)家費(fèi)希巴赫領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同質(zhì)量的物體在真空中的重力加速度并不相同，并猜測是否可能存在第五種力。

在平常的課堂教學(xué)中，進(jìn)行到第四環(huán)節(jié)時(shí)似乎已經(jīng)很圓滿，看起來已經(jīng)達(dá)到我們的教學(xué)目標(biāo)。有歷史的追溯、有實(shí)驗(yàn)的佐證，得到的結(jié)論合情合理，可以讓學(xué)生心服口服了。但是對(duì)科學(xué)本質(zhì)的教育和滲透還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要有所拓展和展望。通過重溫科學(xué)發(fā)展的足跡，帶領(lǐng)學(xué)生一起體會(huì)：科學(xué)是講求實(shí)證的、科學(xué)是有待發(fā)展的等特性，幫助學(xué)生樹立正確的科學(xué)態(tài)度。

又如在《伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究》一課中，在如何驗(yàn)證位移與時(shí)間的平方成正比的環(huán)節(jié)中，可以從實(shí)踐體驗(yàn)，到修正方案，再到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最后出示伽利略手稿中記錄的一組數(shù)據(jù)，通過實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)當(dāng)時(shí)的歷史情境。讓學(xué)生沿著前人的科學(xué)探索足跡，親身體驗(yàn)研究過程，感受并領(lǐng)悟前輩科學(xué)家的科學(xué)精神、物理思想和研究方法。

二、還原真實(shí)，以“善”為目的，落實(shí)正確的科學(xué)責(zé)任

物理學(xué)來自生活，要回歸生活，解決生活生產(chǎn)中的實(shí)際問題才是物理學(xué)真正的本源和初衷，這就是“善”。生活和生產(chǎn)中的實(shí)際情景就是教學(xué)中最生動(dòng)靈活的素材源泉，既可以激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，更是淋漓盡致地體現(xiàn)了物理教學(xué)的生活化和實(shí)用價(jià)值，讓學(xué)生體會(huì)掌握科學(xué)知識(shí)的價(jià)值和意義，很自然地將科學(xué)的精神和思想方法等學(xué)科素養(yǎng)深入到學(xué)生的心里。

例如，在《閉合電路歐姆定律》一課的教學(xué)中，在規(guī)律應(yīng)用的環(huán)節(jié)，展示一組驢友野外取火的多種方法，課堂上現(xiàn)場展示了其中的一種：把燒烤錫紙剪成兩邊寬中間窄的長條狀后，接到電池的兩極，發(fā)現(xiàn)錫紙從中間最窄處開始冒煙并燃燒起來，將周圍的紙片、枯樹葉等引燃，如圖3所示。接著引導(dǎo)學(xué)生一起分析原因：原來錫紙中間部分較窄，導(dǎo)致電阻較大，在電流相同的情況下，電阻大的地方發(fā)熱更多，達(dá)到燃點(diǎn)即燃燒，隨后引燃周圍的易燃物品。至此，再讓學(xué)生討論電源短路時(shí)會(huì)產(chǎn)生什么后果，其結(jié)果自然就呼之欲出了。學(xué)生自然而然地明白了在發(fā)生短路時(shí)，容易引起火災(zāi)的原因。同時(shí)提醒大家，平時(shí)不要隨便將電池和能導(dǎo)電的物品放在一起，比如說電池不要放在硬幣堆、易拉罐堆里等，以免成為“點(diǎn)火利器”。如果只是口頭敘述，就顯得單調(diào)乏味，難以形成直觀感受。教師通過展示生活素材，有效地拓展了知識(shí)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成就感，提升了學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

又如在《勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度和位移的關(guān)系》一課的教學(xué)中，可以設(shè)計(jì)如下例題。

表1是幾種不同路面汽車急剎車時(shí)的加速度大小，圖4是某汽車急剎車留下的痕跡。網(wǎng)上查得：二級(jí)及二級(jí)以上的公路白色虛線的線條長度為[6 m]，空白段長度為9 m;其他公路白色虛線的線條長度應(yīng)為2 m，空白段長度應(yīng)為4 m，試估算汽車剎車前初速度為多少？

教師帶領(lǐng)學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，分析計(jì)算得到汽車的初速度大約為[v=48.6? km/h]。這樣的速度在行駛過程中并不大，在這樣的速度下緊急剎車時(shí)，其剎車距離也有18 m之長。緊接著教師設(shè)問：還會(huì)有哪些因素導(dǎo)致剎車距離變大呢？學(xué)生分析得出：初速度增大、加速度變小、反應(yīng)時(shí)間變長等因素，從而總結(jié)出要嚴(yán)禁超速、超載、酒駕、疲勞駕駛，從而很好地進(jìn)行了交通安全教育。

三、數(shù)理結(jié)合，追求物理之“美”，體會(huì)科學(xué)責(zé)任

物理學(xué)是一門高層次、高品位、有魅力的學(xué)科，能較完美地體現(xiàn)自然之美、對(duì)稱之美、和諧之美。自然的美，給人生以啟迪，給生活以樂趣，給思維以精髓，給精神以永存。

例如在《開普勒第三定律》的教學(xué)中，定律的內(nèi)容是“所有行星軌道半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等”，它將時(shí)間與空間的關(guān)系表達(dá)得如此準(zhǔn)確且簡潔，如表2所示，開普勒是如何想到的呢？丘成桐先生曾多次教誨眾弟子：“奧妙的自然現(xiàn)象后面必然有優(yōu)美的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)”;“美輪美奐的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)必定不是人為的，必然有自然的現(xiàn)象或規(guī)律對(duì)應(yīng)”。所以我們?cè)陉愂鲋R(shí)的同時(shí)，應(yīng)重演當(dāng)年開普勒的數(shù)據(jù)處理過程，領(lǐng)略物理規(guī)律的簡約之美，同時(shí)體會(huì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的艱難之旅，引領(lǐng)學(xué)生感悟科學(xué)本質(zhì)。

陳佳洱院士曾說：物理學(xué)不只是圖表和數(shù)據(jù)，它能帶給你很多更珍貴的東西——一種理性的思維方式、人生的哲學(xué)和人生的道路。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]? 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[3]? 駱興高.注重“三個(gè)轉(zhuǎn)型”? ? 培養(yǎng)核心素養(yǎng)：論核心素養(yǎng)視域下的物理教學(xué)[J].物理教學(xué)，2018，40（4）：2-5+23.

[4]? 謝忠良.提供直觀素材? ? 培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)：以“閉合電路歐姆定律”為例[J].物理通報(bào)，2019（1）：55-58.

（責(zé)任編輯 易志毅）