物理教學(xué)重視培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的策略和思考

摘要：物理課堂在讓學(xué)生了解物理科學(xué)知識和掌握科學(xué)方法的同時，也應(yīng)重視對學(xué)生進行科學(xué)態(tài)度、品質(zhì)、情感以及創(chuàng)新精神、合作精神、自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，這已成為我們面向未來所作出的必然選擇。本文將從課堂教學(xué)方面對如何提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)進行闡述，并試圖通過具體的例子，探討如何通過物理課堂教學(xué)有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué)；科學(xué)素養(yǎng)；教學(xué)策略

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2013）2（S）-0006-4

1 物理學(xué)科中科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵理解

科學(xué)素養(yǎng)是指：“學(xué)生了解必要的科學(xué)知識。掌握基本的科學(xué)方法，樹立科學(xué)思想，崇尚科學(xué)精神，認(rèn)識科學(xué)技術(shù)與社會的相互作用，堅持科學(xué)發(fā)展觀，并具有一定的應(yīng)用它們來處理實際問題，參與公共事務(wù)的能力”。課程標(biāo)準(zhǔn)將它概括為：“從知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三個方面培養(yǎng)學(xué)生”。

物理學(xué)科中的科學(xué)素養(yǎng)基本元素有：

（1）觀察和實驗。物理學(xué)的知識和規(guī)律是通過反復(fù)觀察和實驗的基礎(chǔ)上形成的。觀察就是充分利用人的各種感覺器官、對自然界現(xiàn)象的知覺過程。實驗是在特定的人工控制條件下，呈現(xiàn)事物的現(xiàn)象和過程。實驗是物理課程的基礎(chǔ)，也是科學(xué)知識的源泉。

（2）思維和態(tài)度。思維是人們對客觀世界的一種間接的、概括的反映，是將觀察、實驗所取得的感性材料進行科學(xué)的思維加工，最終上升為理性認(rèn)識的過程。態(tài)度決定了人們對客觀世界的認(rèn)識傾向，影響人們對問題的認(rèn)識過程和獲得的結(jié)果。

（3）遷移和應(yīng)用。遷移就是基本原理在其它條件下的運用，就是將所學(xué)知識、方法應(yīng)用于社會實踐中去。在物理教學(xué)過程中，體現(xiàn)了理論聯(lián)系實際的應(yīng)用價值。

2 物理課堂教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)環(huán)境得到改善

物理課堂教學(xué)的人文環(huán)境得到改善。新課程實施幾年來，教育、教學(xué)環(huán)境大大改善，教育、教學(xué)的觀念也有了較大改變，經(jīng)過幾年實踐，教師掌握了更多的教學(xué)方法，學(xué)生也提高了自主學(xué)習(xí)和探究的能力，掌握了比較多的學(xué)習(xí)方式。

物理課堂教學(xué)的物理環(huán)境得到改善。新課標(biāo)的文本教材和當(dāng)今開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為在物理課堂教學(xué)中進行科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)提供了強有力的物質(zhì)支撐。近幾年物理教材不斷調(diào)整，從形式和內(nèi)容都作了全方位的系統(tǒng)開發(fā)，教材的編寫融入了更多的科學(xué)思想、科學(xué)方法和人文科學(xué)等內(nèi)容，再加上有與物理學(xué)科相關(guān)的大量豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，在教學(xué)中我們可以更多地收集和挖掘與科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)相關(guān)的素材。

3 物理課堂教學(xué)應(yīng)有的特征

物理課堂應(yīng)該是培養(yǎng)思維能力的場所。物理有著嚴(yán)密的邏輯體系。我們在物理課堂教學(xué)時。能夠按照一定的思維程序?qū)π聠栴}進行合理的推理、分析和類比，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，提高學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)。

物理課堂應(yīng)該是培養(yǎng)科學(xué)探究能力的場所。物理問題多數(shù)都能依據(jù)公式或定理按照一定的方法和邏輯關(guān)系進行分析解答。雖然解決問題的途徑可能有多種，但結(jié)果往往是唯一的，如果能夠較多的實施探究性教學(xué)，這樣就能使學(xué)生對猜想的問題便于設(shè)計和操作，從而提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)中最重要的探究能力。

物理課堂應(yīng)該是有方法有思想的情感交流的場所。物理課程從它的早期萌芽到近代發(fā)展，都以它豐富的方法論和世界觀等充滿哲理的學(xué)科思想影響著人們的思想、觀點和方法，影響著社會思潮和社會生活。通過方法的顯性化教學(xué)可以深刻影響學(xué)生的思想、方法和情感，提升學(xué)生的科學(xué)人文素養(yǎng)。

4 物理課堂教學(xué)中進行學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的案例探究

案例：人教版物理必修1第四章第1節(jié)《牛頓第一定律》。

4.1 從實例引入，體現(xiàn)理論聯(lián)系實際的應(yīng)用價值

教師引入：現(xiàn)在我們讓神舟飛船上天，飛船按照我們設(shè)定的軌道運動，那是控制運動，控制運動需要研究運動和力的關(guān)系。

4.2 根據(jù)教材特色，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力

根據(jù)教材特點，對便于學(xué)生自學(xué)內(nèi)容的，由學(xué)生閱讀課本，回答教師提供的課堂自主學(xué)習(xí)工作單上的問題，再小組或全班交流討論。工作單上的問題（1）：亞里士多德的錯誤觀點為什么能延續(xù)兩千多年？筆者在兩個教學(xué)班中試驗，學(xué)生通過自學(xué)回答出第①點，“符合人們的一些直覺和經(jīng)驗，說明直覺不一定是可靠的”，占學(xué)生數(shù)96%。回答出第②點，“因迷信權(quán)威，缺乏敢于質(zhì)疑精神”，占學(xué)生數(shù)的32%。第③點“沒有科學(xué)有效的“偵察”方法，缺少有效的科學(xué)分析方法”，占學(xué)生數(shù)的14%。為便于課堂及時反饋和課后教師分析學(xué)生課堂學(xué)習(xí)狀態(tài)，在工作單上，學(xué)生自學(xué)獲得的觀點用黑筆書寫，通過師生之間交流重新獲得的觀點用紅筆書寫。學(xué)生通過閱讀進一步思考工作單上的問題（2）：伽利略用了什么科學(xué)方法呢？伽利略通過研究得到了什么結(jié)論？其意義如何？學(xué)生通過自學(xué)回答出第①點，“所用的方法是理想實驗法”，占學(xué)生人數(shù)的71%。第②點，“結(jié)論是水平面上沒有摩擦力作用，物體將保持速度不變永遠(yuǎn)運動下去，力不是維持物體運動的原因”，占學(xué)生數(shù)80%。第③點，“其意義是得到了正確的運動和力的關(guān)系”，占學(xué)生數(shù)的50%?！罢业搅藢嶒灪涂茖W(xué)思維相結(jié)合的研究方法”，占學(xué)生數(shù)的13%。“為牛頓定律建立奠定了基礎(chǔ)”，占學(xué)生數(shù)的28%。“挑戰(zhàn)權(quán)威敢于質(zhì)疑”。占學(xué)生數(shù)的12%。從上述數(shù)據(jù)我們可以看出，學(xué)生對大部分文本知識的理解是能夠自主完成的，但大部分學(xué)生對方法的掌握和科學(xué)思想的領(lǐng)會需要外界的幫助。

4.3 根據(jù)學(xué)生特征，進行教師引導(dǎo)下的建構(gòu)式學(xué)習(xí)

教師給出課堂思考題，人們在研究運動和力是什么關(guān)系時，是什么將人們引入歧途呢？教師做演示實驗，手輕推木塊，木塊運動，停止用力，木塊停止。亞里士多德的觀點有時似乎還是符合一些日?，F(xiàn)象的。教師演示實驗，如果用力推，如果是小車輪向上倒放的小車，小車運動一小段距離停止，用同樣的力推車輪向下正常放置的小車，運動的距離變長，設(shè)想放在冰上，會更遠(yuǎn)。一位學(xué)生主動舉手說，有項體育比賽，冰壺在冰面上運動時，距離很遠(yuǎn)，應(yīng)該是摩擦力的原因。教師告知學(xué)生，這位同學(xué)的觀點最早是由伽利略提出的，伽利略首先提出將人們引入歧途的是摩擦力，伽利略進一步提出，水平面上運動的物體，如果沒有摩擦力將永遠(yuǎn)運動下去。教師提出問題，在科技高度發(fā)達(dá)的今天，我們可以用實驗驗證嗎？教師利用氣墊導(dǎo)軌做演示實驗，學(xué)生觀察滑塊在氣墊導(dǎo)軌上運動后，提出問題，滑塊在氣墊導(dǎo)軌上的運動是勻速嗎？學(xué)生定性觀察時，都回答是勻速直線運動。然后利用光電門記時，記錄的時間是越來越長的，說明滑塊速度是變小的，因為摩擦是不可避免的。教師敘述，在科技高度發(fā)展的今天，人們都無法保證做到絕對無阻力，伽利略是如何讓當(dāng)時的人們認(rèn)同自己的觀點呢？

4.4 回顧科學(xué)家的研究歷程，體會科學(xué)家的思想和方法

（1）伽利略的理性思考：伽利略在斜面實驗中，發(fā)現(xiàn)小球從斜面下落，高度下降，速度增大，到另一側(cè)向上運動，高度上升，速度減小，依此推理，如果在平面上應(yīng)該不增也不減。實際觀察到由于阻力原因總是減小的，伽利略推斷：水平面上如果沒有阻力，速度應(yīng)該不變，永遠(yuǎn)運動下去。

（2）理想實驗：通過實驗演示，讓小球沿一個斜面從靜止向下運動時，到達(dá)另一個斜面，如果在阻力大的斜面上運動。小球到達(dá)另一側(cè)達(dá)不到原來的高度，如果小球在阻力小的斜面上運動，小球到達(dá)另一側(cè)會更接近原來的高度。再經(jīng)過理想抽象推理：如果在沒有阻力的軌道上運動，小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨取p小傾角，小球仍到原來的高度，但運動的路程變長。如果將軌道面放平，小球永遠(yuǎn)達(dá)不到原來的高度，將保持速度不變永遠(yuǎn)運動下去。

（3）課堂教師提出問題，為什么叫理想實驗？學(xué)生回答：第1，不可能做到無阻力，平面不能做到光滑；第2，平面不可能做到無限長。教師追問，理想實驗是一種怎樣的科學(xué)方法？學(xué)生回答：可靠的實驗事實+理想化的方法+合理的推理。伽利略第一次將實驗和思維結(jié)合起來。開創(chuàng)了物理研究的新天地。

（4）學(xué)生閱讀課本，回答自主學(xué)習(xí)工作單上的問題，再小組或全班交流補充回答。自主學(xué)習(xí)工作單上的問題（3）：笛卡爾對伽利略的觀點作了哪些補充和完善？學(xué)生通過自學(xué)回答出第①點“不受力時，物體速度不變，還將在一條直線上運動，方向也不變”，占學(xué)生數(shù)的100%。第②點“將范圍拓展了，從大小到方向，從水平面拓展到任意方向”，占學(xué)生數(shù)的15%。

4.5 教師組織下的基于問題教學(xué)，全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

（1）學(xué)生閱讀后，教師提問得出牛頓第一定律的內(nèi)容：一切物體總保持勻速運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。

（2）學(xué)生閱讀課本，回答教師提供的課堂自主學(xué)習(xí)工作單上的問題，工作單問題（4）；為什么說牛頓第一定律是牛頓物理學(xué)的基石，如何理解它的意義和作用。學(xué)生回答出第①點，“建立了慣性的概念”，占學(xué)生數(shù)的82%。第②點“建立了力的概念”，占學(xué)生數(shù)的32%。第③點，“牛頓第一定律是其它運動定律的基礎(chǔ)”，占學(xué)生數(shù)的30%。第④點，“正確地揭示了運動和力的關(guān)系”，占學(xué)生數(shù)的16%。第⑤點，“牛頓第一定律雖不能用實驗驗證。但它推出來的結(jié)論是正確的，檢驗幫助我們理解許多現(xiàn)象”，占學(xué)生數(shù)的28%。第⑥點，“在科學(xué)體系構(gòu)建、科學(xué)研究的態(tài)度和方法，以及人與自然的關(guān)系方面，成為科學(xué)研究的示范”，占學(xué)生數(shù)的10%。通過討論交流，學(xué)生能完全掌握上述觀點，學(xué)生不但掌握了牛頓第一定律的內(nèi)容，還掌握了牛頓定律的深層意義，更多地在情感上受到感化。

（3）讓學(xué)生舉出生活中利用慣性和防止慣性的例子，設(shè)想物體如果沒有慣性將如何？

一位學(xué)生回答：利用慣性的例子有，跳遠(yuǎn)的助跑。防止慣性的例子有，駕駛汽車系上安全帶。另一位學(xué)生回答：如果沒有慣性，停止的汽車會突然運動?；璧娘w機會停止，世界變得無序了。

（4）教師給出課堂討論題：有人說速度越大的物體，越難以停下來，這是否就說明速度越大，慣性越大。你如何理解？一位同學(xué)這樣回答：速度越大的物體慣性越大，用推理的方法發(fā)現(xiàn)是有問題的，反過來想，速度越小、慣性越小，速度為零，慣性為零，顯然不對了。同學(xué)們露出敬佩目光，教師大為贊賞，全班同學(xué)情不自禁的鼓起掌來。另一位同學(xué)補充說，速度大的物體停下來是速度變化大，而不一定是運動狀態(tài)改變快，運動狀態(tài)改變的快慢可能是不變的，慣性是保持原來運動狀態(tài)的能力，或者理解為反抗物體運動狀態(tài)改變的本領(lǐng)。此時很多學(xué)生露出不理解的表情。教師舉例啟發(fā)：例如，某個物體在一定的外力作用下，它的運動狀態(tài)改變的快慢將怎樣？學(xué)生回答：運動狀態(tài)改變的快慢是相同的。如果物體以5m/s速度運動時，1s鐘停下來，當(dāng)以20m/s速度運動，多長時間停下？學(xué)生回答：應(yīng)該是4秒鐘。雖然時間長了，但每秒鐘減小的速度均是5m/s，運動狀態(tài)改變快慢相同，物體保持運動狀態(tài)的能力一樣，慣性是一樣大的。通過上述問題的探究和應(yīng)用，學(xué)生對運動和力的認(rèn)識理解深刻，從本題回答情況看，學(xué)生的學(xué)科知識和分析能力得到了明顯提高，課后和學(xué)生座談交流時，都認(rèn)為這節(jié)課的教學(xué)安排很好，在知識、方法上收獲很大，在態(tài)度、情感上感悟很多。

5 培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的途徑和策略的思考

通過課題研究的積累和教學(xué)案例的總結(jié)，結(jié)合上述牛頓第一定律的教學(xué)案例說明。物理課堂教學(xué)著力培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，教師需要根據(jù)課程目標(biāo)和學(xué)生特點提供給學(xué)生恰當(dāng)?shù)淖灾鲗W(xué)習(xí)問題，將科學(xué)方法和思想教育顯性化，以恰當(dāng)?shù)膯栴}為有效載體引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，結(jié)合科學(xué)史教育綜合提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。

（1）采用課堂自主學(xué)習(xí)工作單，著眼于學(xué)生的現(xiàn)有水平，有效提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)中的觀察實驗、閱讀理解力。課堂學(xué)習(xí)工作單，能夠真正做到以學(xué)論教，學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)有兩個發(fā)展水平。第一是現(xiàn)有的發(fā)展水平，表現(xiàn)為學(xué)生能獨立完成教師提出的要求。第二是潛在的發(fā)展水平，表現(xiàn)為學(xué)生不能獨立完成任務(wù)，須在教師的幫助下，在集體活動中，通過自身努力才能完成目標(biāo)，這兩個水平之間的距離稱之為最近發(fā)展區(qū)。根據(jù)學(xué)生工作單反饋，教師能準(zhǔn)確的預(yù)設(shè)和判斷學(xué)生現(xiàn)有水平，更多的關(guān)注在“外界幫助下的努力”，這樣我們會從根本上改變課堂教學(xué)設(shè)計的邏輯結(jié)構(gòu)，從過去以學(xué)科體系為線索，變成以學(xué)生學(xué)習(xí)為線索，突出學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位，從學(xué)生的學(xué)習(xí)效能出發(fā)，從根本上轉(zhuǎn)變了教學(xué)方式，有效地提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

（2）通過科學(xué)方法教學(xué)的顯性化，有效構(gòu)建學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)中的方法體系。在物理學(xué)科教學(xué)過程中，將問題解決的方法進行總結(jié)，并將其顯性化，讓學(xué)生能直觀感受，并進行遷移應(yīng)用，通過具體問題的解決來理解理想實驗法如何進行邏輯推理，控制變量法如何操作。從工作單和課堂教學(xué)及時反饋情況看，學(xué)生對科學(xué)方法的理解和掌握要比對知識的理解和掌握困難得多。教師除了關(guān)注科學(xué)方法本身的教學(xué)外，還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生理解更高層次的哲學(xué)方法，如物質(zhì)守恒、電荷守恒、能量守恒的守恒思想，物質(zhì)運動的相對性、對立統(tǒng)一思想等。在理科方法體系中，還蘊藏著許多美學(xué)原理，例如定理的簡約性、和諧性、守恒性、對稱性。簡單有序有神秘幽深之美，和諧統(tǒng)一有本質(zhì)趨同之美，變化守恒有變中求穩(wěn)之美，對稱互補有協(xié)調(diào)融洽之美，讓學(xué)生體會物理學(xué)科中蘊藏的美。物理課堂教學(xué)中我們應(yīng)追求從“教”達(dá)到“不教”，怎樣讓學(xué)生從“學(xué)會”到“會學(xué)”，這是新世紀(jì)對教育工作者提出的一個更高目標(biāo)。普通教師是向?qū)W生奉獻真理，其結(jié)果使學(xué)生只能成為知識的容器，這樣培養(yǎng)的學(xué)生只能再現(xiàn)知識，繼承知識。而不能發(fā)現(xiàn)知識。而一個優(yōu)秀的教師應(yīng)該教會學(xué)生發(fā)現(xiàn)真理的方法，這樣，培養(yǎng)的學(xué)生才會具有很高的科學(xué)素養(yǎng)，成為知識的探究者。

（3）基于問題的教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的最直接的途徑。在課堂教學(xué)活動中，通過師生交流與課堂及時反饋，在解決問題的動態(tài)過程中，經(jīng)常產(chǎn)生創(chuàng)新的思維方式，形成創(chuàng)造性解決問題的方案，這種創(chuàng)新思維和方案的產(chǎn)生對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)中的思維能力、探究能力的提高將產(chǎn)生重要的作用。著力提高科學(xué)素養(yǎng)的物理課堂，應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生主動思考、表達(dá)對問題的看法，盡可能把目標(biāo)轉(zhuǎn)向培養(yǎng)學(xué)生獲得問題信息的潛能上來，課堂實施的過程中利用問題反饋或者繼續(xù)追問的方式來確認(rèn)學(xué)生對問題的不同理解狀態(tài)，引發(fā)學(xué)生互相交流和質(zhì)疑，引導(dǎo)學(xué)生豐富、調(diào)整自己的理解。通過師生課堂交流互動，擴展對概念、規(guī)律的理解應(yīng)用，使學(xué)生形成對問題的科學(xué)認(rèn)識，制定問題解決的合理策略。提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)中的遷移和應(yīng)用能力，以提高學(xué)生處理個人與社會、自然關(guān)系的能力。所以通過問題研究是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的最直接的方法，以學(xué)生在課堂上對問題研究為載體，將學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)落到實處。

（4）在物理課堂滲透科學(xué)史教育，提高學(xué)生科學(xué)人文素養(yǎng)。通過伽利略、牛頓等科學(xué)家研究科學(xué)問題的過程，不但能展示科學(xué)知識的形成過程，而且還展現(xiàn)出了科學(xué)家們在探求真理的過程中的人格魅力，這必將使學(xué)生從前輩經(jīng)歷中受到啟發(fā)和教益?？茖W(xué)家們獻身科學(xué)的精神、堅忍不拔的毅力、嚴(yán)格規(guī)范操作、實事求是的科學(xué)態(tài)度，必然讓學(xué)生深受感悟，繼而陶冶情操，提升學(xué)生科學(xué)人文素養(yǎng)。

總之，教師具有精深的對科學(xué)素養(yǎng)本質(zhì)的理解與進行科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)意向，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的兩個必要條件。但理解學(xué)科的科學(xué)素養(yǎng)本質(zhì)與教師樂于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)不是教師有效進行科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的充分條件，還需要教師將其科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的意識轉(zhuǎn)化成顯性的對學(xué)生進行科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)行為，所以學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)需要在物理課堂教學(xué)中形成一定的培養(yǎng)策略并且有切切實實的行為跟進。案例附件：牛頓第一定律課堂自主學(xué)習(xí)工作單

同學(xué)們從本章開始將研究運動和力的關(guān)系，你在初中對這個問題有了初步的認(rèn)識，通過課堂文本閱讀你一定還會有新的認(rèn)識，現(xiàn)在你能回答問題（1），亞里士多德的錯誤觀點為什么能延續(xù)兩千多年？

伽利略使人們認(rèn)識到了亞里士多德的觀點是錯誤的，他是怎樣讓人們認(rèn)同他的觀點呢？請回答問題（2），伽利略用了什么科學(xué)方法呢？伽利略通過研究得到了什么結(jié)論？其意義如何？

一個完整而全面規(guī)律的形成往往需要許多科學(xué)家堅持不懈的努力，笛卡爾進一步研究運動和力的關(guān)系，取得了新的突破。你能回答下面問題（3）嗎？笛卡爾對伽利略的觀點作了哪些補充和完善。

顯然是偉大的科學(xué)家牛頓將運動和力關(guān)系的研究推至更為完美的境界，他謙虛地認(rèn)為，之所以他看得更遠(yuǎn)是因為站在了巨人肩上，你應(yīng)該有所體會，相信你能較好的回答問題（4），為什么說牛頓第一定律是牛頓物理學(xué)的基石。如何理解它的意義和作用？

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（欄目編輯 趙保鋼）