浸養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的可行之道

周艷

[摘 ? 要]物理學(xué)發(fā)展既是科學(xué)進(jìn)步的體現(xiàn)，也是文化傳承與突破交互作用的過程。初中物理教學(xué)可以物理文化為根基，通過滲透物理學(xué)史、創(chuàng)設(shè)物理情境、開展自助式實(shí)驗(yàn)探究和創(chuàng)新科技小制作等方式，滲透物理文化，讓學(xué)生了解科學(xué)起源，欣賞科學(xué)成就，領(lǐng)悟科學(xué)方法，生成科學(xué)精神。教師要提升自身物理文化素養(yǎng)，精析教材中的文化元素，以物理文化浸養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]物理;初中;科學(xué)素養(yǎng);教學(xué)設(shè)計(jì)

物理學(xué)在形成與發(fā)展過程中，不僅建構(gòu)了物理規(guī)律、物理概念等科學(xué)知識，還凝練并升華了科學(xué)思想、科學(xué)方法和價(jià)值取向等科學(xué)文化。核物理學(xué)家楊福家院士曾專題論述了物理文化教學(xué)的必要性，提出“我們今天紀(jì)念愛因斯坦，不僅僅要看到他的相對論、光電效應(yīng)，還要看到他一系列的豐富思想”?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》也指出：物理學(xué)是人類科學(xué)文化的重要組成部分?？梢?，物理學(xué)本身是科學(xué)知識、科學(xué)方法和科學(xué)文化的有機(jī)整合，是科學(xué)與人文的統(tǒng)一。因此，初中物理教學(xué)中應(yīng)重視物理文化教育。

一、物理文化的含義

物理學(xué)家陳佳洱院士站在人類文化與文明的高度提出，作為現(xiàn)代科學(xué)基石的物理學(xué)，是文化不可分割的一部分，物理學(xué)的發(fā)展引發(fā)了豐富多彩的科學(xué)文化，我們整個(gè)社會(huì)生產(chǎn)生活中處處都浸透著物理文化[1]。

從狹義上講，物理文化是指世界歷代物理學(xué)家在創(chuàng)建物理學(xué)理論的過程中，發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和形成的物理思想、物理方法、物理概念、物理定律、物理語言符號、價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)精神、物理儀器設(shè)備以及約定俗成的工作方法的總和[2]。從廣義上講，物理文化是以物理工作者為核心，從而為人類創(chuàng)造出的一種文化價(jià)值體系，它主要表現(xiàn)在物理工作者的思維模式、情感模式、行為習(xí)慣、價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)、工作方法等多個(gè)方面[3]。

物理文化跟人類的其他文化一樣，可以分為器物、制度、觀念三個(gè)層次[4]。器物是物理學(xué)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，包括觀察測量器具、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等;制度主要指研究機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)團(tuán)體、法規(guī)章程等;觀念是物理文化的核心，包括物理知識、物理思想、物理方法以及科學(xué)精神等。

二、融入物理文化的教學(xué)方式

物理文化指導(dǎo)著物理教育，物理教育傳承著物理文化，而指導(dǎo)與傳承的重要載體是教學(xué)活動(dòng)。因此，物理教學(xué)不僅要重視知識的建構(gòu)過程，還要關(guān)注思想、方法和科學(xué)精神等物理文化的滲透。

1.滲透物理學(xué)史，培養(yǎng)科學(xué)精神

科學(xué)精神是一種求真求實(shí)的追求與執(zhí)著。在物理學(xué)史上，許多物理學(xué)家潛心研究，不迷信權(quán)威，大膽質(zhì)疑，與錯(cuò)誤的傳統(tǒng)觀念作斗爭，與研究過程中的各種阻力作斗爭。他們相信科學(xué)，相信實(shí)驗(yàn)事實(shí)，追求真理。在教學(xué)中，要引領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)這些物理學(xué)家的精神世界，體會(huì)他們的艱辛與悲歡，感悟他們求真求實(shí)的態(tài)度。

以“怎樣產(chǎn)生感應(yīng)電流”的探究教學(xué)為例。電磁感應(yīng)現(xiàn)象是科學(xué)史上最偉大的發(fā)現(xiàn)之一，它揭示了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的緊密聯(lián)系，奠定了麥克斯韋電磁場理論的基礎(chǔ)，標(biāo)志著電力工業(yè)和電子技術(shù)時(shí)代的到來。教師可選擇恰當(dāng)時(shí)機(jī)，向?qū)W生介紹發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的歷史。在導(dǎo)入環(huán)節(jié)，可通過自制教具（見圖1）模擬科拉頓曾經(jīng)做過的磁生電實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)科拉頓與成功擦肩而過的原因。新課初始，可介紹安培的“同心線圈”實(shí)驗(yàn)（見圖2），讓學(xué)生體會(huì)安培在真理碰到鼻尖的時(shí)候輕易放棄的懊惱。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究前，介紹法拉第在各種“穩(wěn)態(tài)”條件下的失敗實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生感受法拉第堅(jiān)定的科學(xué)信念——電和磁彼此間一定有關(guān)聯(lián)。在完成實(shí)驗(yàn)探究后，介紹法拉第的“圓環(huán)實(shí)驗(yàn)”（見圖3），讓學(xué)生將自己的探究方案與之對比，從中提煉出感應(yīng)電流產(chǎn)生的本質(zhì)。在小結(jié)時(shí)，介紹法拉第舍棄優(yōu)厚待遇、拒絕擔(dān)任皇家學(xué)會(huì)主席和皇家學(xué)院院長而甘做一個(gè)平凡人的故事，讓學(xué)生感悟其真誠質(zhì)樸、獻(xiàn)身科學(xué)的精神。

2.創(chuàng)設(shè)物理情境，培養(yǎng)科學(xué)思維

創(chuàng)設(shè)物理情境，是指教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)、認(rèn)知水平而構(gòu)建教學(xué)環(huán)境和氛圍，讓學(xué)生從中體會(huì)并參與知識的形成過程，培養(yǎng)良好的思維習(xí)慣和科學(xué)方法。教師可通過精心設(shè)計(jì)的物理情境，讓學(xué)生體會(huì)類比法、控制變量法、轉(zhuǎn)換法、假設(shè)與推理法、等效替代法、逆向思維法等，并讓學(xué)生認(rèn)識到領(lǐng)悟物理思維方法比掌握知識更重要。

以“原子核式結(jié)構(gòu)模型的建立”一課的設(shè)計(jì)為例。人類很早就開始探索萬物的結(jié)構(gòu)。從道爾頓提出第一個(gè)原子理論模型到湯姆遜的“葡萄干面包”模型，再到盧瑟福的“原子核式結(jié)構(gòu)”模型，前后經(jīng)歷了108年。盧瑟福用“高速粒子轟擊原子”的方法打開了研究微觀世界的大門，并被譽(yù)為“原子物理學(xué)之父”。教師可通過創(chuàng)設(shè)多種情境引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷微觀研究方法的發(fā)展過程。一是介紹湯姆遜的“葡萄干面包”模型，創(chuàng)設(shè)歷史情境，激發(fā)學(xué)生的探究動(dòng)機(jī)。二是利用多媒體演示盧瑟福的“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，引導(dǎo)學(xué)生提出想要探究的問題。三是設(shè)計(jì)層層遞進(jìn)的問題鏈，創(chuàng)設(shè)問題情境，推翻“葡萄干面包”模型，建立“核式結(jié)構(gòu)”模型，培養(yǎng)學(xué)生“實(shí)驗(yàn)—假設(shè)—推理”的科學(xué)思維。遞進(jìn)問題鏈如下。

①從α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，你觀察到了哪些現(xiàn)象？

②α粒子射入金箔時(shí)要與電子碰撞。那么，這種碰撞會(huì)讓α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)嗎？（α粒子質(zhì)量是電子質(zhì)量的7300倍）

③按照湯姆遜的“棗糕”模型，正電荷均勻分布在整個(gè)原子球體內(nèi)。請分析：α粒子穿過金箔，受到電荷的作用力后，沿哪些方向前進(jìn)的可能性較大，最不可能沿哪些方向前進(jìn)？

④根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，推證原子中的正電荷是如何分布的。

3.開展自助式實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)科學(xué)探究能力

自助式實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)，采用“開放—自主—自助—?jiǎng)?chuàng)新”的模式，讓學(xué)生通過感官去感受事物，通過觀察、分析、思考、實(shí)驗(yàn)而掌握科學(xué)探究的方法，形成物理品格。自助式實(shí)驗(yàn)教學(xué)有三大特點(diǎn)：一是鼓勵(lì)學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)器材完成實(shí)驗(yàn)，包括身邊的簡易物品;二是鼓勵(lì)學(xué)生對同一問題設(shè)計(jì)多種探究方案，打破教材的束縛;三是滲透觀察、實(shí)驗(yàn)、分析、比較、歸納等物理方法的教育，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)奠基。

例如，“認(rèn)識串聯(lián)和并聯(lián)電路”是電學(xué)中承上啟下的重要內(nèi)容，是學(xué)習(xí)電流、電壓和歐姆定律的基礎(chǔ)，是學(xué)生的第一個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)。所以，正確連接電路是核心，是學(xué)生認(rèn)識串并聯(lián)電路特點(diǎn)的關(guān)鍵。在教學(xué)中，可先讓學(xué)生嘗試連接電路，然后對其中不規(guī)范的、錯(cuò)誤的方法進(jìn)行矯正，使學(xué)生在觀察、比較、模仿中掌握正確的電路連接。學(xué)生設(shè)計(jì)的電路各異，教師可引導(dǎo)他們分析不同電路的相同特點(diǎn)，從而認(rèn)識串聯(lián)和并聯(lián)。首先，教師可利用自制的車模，打出“車語”，讓學(xué)生觀察左、右兩個(gè)轉(zhuǎn)彎燈的工作情況。然后提供實(shí)驗(yàn)器材，包括兩節(jié)干電池、三個(gè)開關(guān)、兩個(gè)燈泡、若干導(dǎo)線，讓學(xué)生設(shè)計(jì)兩個(gè)轉(zhuǎn)彎燈的電路。同時(shí)，要求學(xué)生思考以下問題。

①兩個(gè)轉(zhuǎn)彎燈的電路圖應(yīng)該是什么樣的？

②你是如何連接電路的？請說出連接步驟。

③連接電路時(shí)要注意些什么？

④在你的電路中，電流有幾條路徑？

4.開展科技小制作，培養(yǎng)器物創(chuàng)新能力

自制器材是歷代科學(xué)家從事科學(xué)研究的重要技能，物理規(guī)律多數(shù)情況下也是在不斷改進(jìn)、創(chuàng)新器具的過程中誕生的?？萍夹≈谱骰顒?dòng)能充分發(fā)揮學(xué)生的主體能動(dòng)性，讓學(xué)生在觀察、選題、設(shè)計(jì)、制作中，發(fā)展敏銳的觀察力、創(chuàng)造性思維、靈活的動(dòng)手能力等，這些都是創(chuàng)造能力的構(gòu)成要素。

例如，為了讓學(xué)生了解物理知識的構(gòu)建、發(fā)展過程，領(lǐng)悟物理學(xué)家的科研方法，弘揚(yáng)我國古代科學(xué)文化，重慶市鳳鳴山中學(xué)的物理教師組織了“物理學(xué)史之科技小制作”活動(dòng)，前后歷時(shí)4個(gè)月?；顒?dòng)過程如下。

（1）自制作品。學(xué)生利用暑假進(jìn)行創(chuàng)作，作品既可以是物理學(xué)家曾經(jīng)用過的實(shí)驗(yàn)儀器，也可以是人們用于生產(chǎn)生活的某一工具，還可以是自己的發(fā)明創(chuàng)造。

（2）認(rèn)真評審。評委會(huì)成員由全體物理教師和部分學(xué)生代表組成，從創(chuàng)新性、科學(xué)性、藝術(shù)性、實(shí)用性和節(jié)約性的角度，進(jìn)行初評和復(fù)評。

（3）精雕細(xì)琢。獲得特等獎(jiǎng)的學(xué)生（最終選出11位）要進(jìn)一步琢磨作品、制作微課、撰寫科技小論文，教師提供必要的指導(dǎo)。

（4）作品匯展。舉辦科技創(chuàng)新作品匯展，初三年級全體師生參與觀摩、學(xué)習(xí)與交流。學(xué)生們用巧妙的制作、流暢的表達(dá)、規(guī)范的操作、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S，詮釋“傳承中有創(chuàng)新，創(chuàng)新中有超越”的科技創(chuàng)新精神。

三、對物理文化教學(xué)的思考

一是物理文化教學(xué)擔(dān)負(fù)著文化傳承的責(zé)任。學(xué)生只有經(jīng)歷了物理概念、定理和定律的形成過程，經(jīng)歷了問題的提出、猜想、實(shí)驗(yàn)、論證及評估的探究過程，才能更深刻地感受到物理文化的內(nèi)涵和精神。一節(jié)有文化品味的物理課，需要教師以扎實(shí)的專業(yè)技能、深厚的文化底蘊(yùn)、超前的科學(xué)視野，從歷史、現(xiàn)實(shí)和前沿三個(gè)方面進(jìn)行充分挖掘，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

二是有必要開發(fā)滲透物理文化教育的校本課程。物理文化在教材中多有呈現(xiàn)，如滬科版教材中的“迷你實(shí)驗(yàn)室”“信息窗”“交流與討論”“請?zhí)釂枴薄皩?shí)踐與總結(jié)”等欄目。但這些物理文化元素在不同模塊中的分布不均勻，甚至有缺失;呈現(xiàn)形式比較表面化，大多是圖片或資料介紹;呈現(xiàn)內(nèi)容過于單一，主要解釋生活中的物理現(xiàn)象和小實(shí)驗(yàn)。為彌補(bǔ)教材的不足，教師可開發(fā)滲透物理文化教育的校本課程，引導(dǎo)學(xué)生從觀點(diǎn)、思想、方法、精神上認(rèn)識物理文化，真正實(shí)現(xiàn)傳承與創(chuàng)新。

三是初中物理教學(xué)要站在“以人為本”的高度實(shí)施物理文化教育。對于大多數(shù)學(xué)生來說，學(xué)習(xí)物理并非為了成為物理專家，而是在接受物理教育的過程中逐步形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。愛因斯坦曾指出，科學(xué)對于人類事務(wù)的影響有兩種方式，第一種是直接地、并在更大程度上間接地生產(chǎn)出完全改變?nèi)祟惿畹墓ぞ?第二種是教育的性質(zhì)——它作用于心靈[5]。

科學(xué)給人類帶來了巨大的社會(huì)效益，但科學(xué)的非人道化使用也給人類帶來了威脅和災(zāi)難。所以，教育者應(yīng)倡導(dǎo)以科學(xué)為基礎(chǔ)、以人文為價(jià)值方向的社會(huì)發(fā)展觀和教育目的觀?？茖W(xué)教育需要人文教育的價(jià)值導(dǎo)向，物理教學(xué)需要文化教育的浸養(yǎng)。將科學(xué)素養(yǎng)與人文精神在物理教學(xué)中融會(huì)貫通，有利于培養(yǎng)人格健全、精神健康、素養(yǎng)全面的公民和科學(xué)家。

參考文獻(xiàn)

[1]陳佳洱.物理學(xué)與中國文化[EB/OL].http：//www.cas.cn/zt/jzt/kpzt/sjwlnzzg/05jj/200504/t20050419_2665845.shtml.

[2]解世雄.教學(xué)論視野下的物理教學(xué)設(shè)計(jì)[J].福建論壇（社科教育版），2008（6）：16-19.

[3]李培學(xué)，王風(fēng)艷.現(xiàn)代信息技術(shù)與高中物理教學(xué)整合研究[J].中國教育技術(shù)裝備，2017（13）：141-142.

[4]李醒民.科學(xué)的文化意蘊(yùn)[M].北京：高等教育出版社，2007：30.

[5]周遠(yuǎn)清.在更高層次上推進(jìn)人文素質(zhì)教育與科學(xué)素質(zhì)教育的融合[J].教書育人，2011（6）：28-29.

（責(zé)任編輯 ? 郭向和）