體驗式教學架構下科學態(tài)度與責任的培養(yǎng)

摘要：經(jīng)過研究分析，厘清科學態(tài)度與責任素養(yǎng)的內(nèi)涵，包括三種要素及九項要點。依托體驗式教學的感知體驗、論證體驗、構建體驗、驗證體驗四個環(huán)節(jié)，通過創(chuàng)設情境、實驗探究、升華觀念、置于實踐四種方式，構建體驗式教學架構下科學態(tài)度與責任的培養(yǎng)策略。

關鍵詞：科學態(tài)度與責任;體驗式教學;高中物理

本文系廣東省中小學“百千萬人才培養(yǎng)工程”專項科研項目課題“高中物理體驗式教學課內(nèi)外一體化模式的研究”（批準號：BQW2021JGL026）的階段性研究成果?？茖W態(tài)度與責任是物理學科核心素養(yǎng)的重要維度，是物理觀念、科學思維和科學探究的歸屬和內(nèi)核。但受各種因素的影響，當前教學中對科學態(tài)度與責任的培養(yǎng)并不理想。因此，厘清科學態(tài)度與責任的內(nèi)涵，尋找一種合適的教學模式并依托該模式展開有效的策略構建，對于科學態(tài)度與責任的培養(yǎng)有著重要的實踐意義。

一、科學態(tài)度與責任素養(yǎng)要素分析

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課標》）指出，科學態(tài)度與責任是指在認識科學本質(zhì)，認識科學·技術·社會·環(huán)境關系的基礎上，逐漸形成的探索自然的內(nèi)在動力，嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態(tài)度，以及遵守道德規(guī)范，保護環(huán)境并推動可持續(xù)發(fā)展的責任感。中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020：5。由此可知，科學態(tài)度與責任包含了科學本質(zhì)、科學態(tài)度、社會責任三種要素。

（一）科學本質(zhì)

科學本質(zhì)的含義并未在學術界達成共識。當前較為主流的見解有以下兩種：一種是以基亞佩塔（Chiappetta）為代表的科學知識論，主張科學本質(zhì)是通過科學思維所構建的觀念體系;另一種是以李德曼（Lederman）為代表的科學認知論，認為科學本質(zhì)是科學知識發(fā)展過程中所固有的價值和信念。張雪，張靜，姚建欣.物理教科書中科學本質(zhì)表征變遷研究[J].全球教育展望，2020（7）：106118。據(jù)此，我們可認為科學本質(zhì)包含觀念體系、信念、價值等三個要點。

（二）科學態(tài)度

科學態(tài)度由柯蒂斯（Curtis）于1926年首次引入科學教育領域，自此，大量學者對科學態(tài)度展開研究。1975年，加納德（Gardner）把科學態(tài)度分為“科學的態(tài)度”和“對科學的態(tài)度”，隨后逐漸被廣大學者所接受?！翱茖W的態(tài)度”是科學家在科學工作中呈現(xiàn)出來的心理品質(zhì)，如嚴謹認真、實事求是等;“對科學的態(tài)度”是個體在科學研究活動中的情感表現(xiàn)，如積極進取等。魏曉東.國外科學態(tài)度測評研究進展與啟示[J].外國中小學教育，2019（11）：2028。據(jù)此，我們可認為科學態(tài)度包含嚴謹認真、實事求是、積極進取等三個要點。

（三）社會責任

社會責任是社會對個體發(fā)展的要求和指向，以明晰個體對他人、家庭、集體、國家和社會所應具備的擔當與貢獻。黃四林，林崇德.社會責任素養(yǎng)的內(nèi)涵與結構[J].北京師范大學學報（社會科學版），2010（1）：2733。關于社會責任的內(nèi)涵，各國都展開了深入的研究：美國認為公民在生活和職業(yè)社交中，應遵守各種道德規(guī)范;芬蘭要求增強學生對環(huán)境和人類健康做貢獻的意識和行為;日本則明確人類對社會可持續(xù)發(fā)展方面的責任和意識。據(jù)此，我們可認為社會責任包含遵守道德規(guī)范、保護環(huán)境、推動可持續(xù)發(fā)展等三個要點。

由此，我們得到科學態(tài)度與責任素養(yǎng)的三種要素及九項要點。

二、體驗式教學的含義與架構

《關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》指出：“積極探索基于情境、問題導向的互動式、啟發(fā)式、探究式、體驗式等課堂教學?！逼渲?，互動式、啟發(fā)式、探究式教學的研究起步較早，國內(nèi)外已取得較為豐碩的成果。而體驗式教學首次出現(xiàn)在國家級文件中，相關研究均處于起步階段，具有較大的研究空間。綜合多方面文獻，筆者以為，體驗式教學是教師依據(jù)課程標準，深入分析學生已有認知，創(chuàng)造接近實際生活的教學情境，讓學生親歷知識的再創(chuàng)造過程，從中獲得感知體驗、論證體驗、構建體驗和驗證體驗，進而構建觀念、發(fā)展能力、形成價值觀的一種教學觀和教學策略。周偉波.以體驗式教學促進物理觀念的構建[J].課程·教材·教法，2020（6）：110115。其組成架構如圖1所示。

三、體驗式教學架構下科學態(tài)度與責任的培養(yǎng)策略

（一）創(chuàng)設情境，以感知體驗開啟培養(yǎng)之旅

感知體驗是學習者通過視覺、聽覺、觸覺等多維度感官接收外界刺激，并把這些刺激經(jīng)神經(jīng)系統(tǒng)傳輸?shù)酱竽X，由大腦進行信息加工的一系列過程。感知體驗包含創(chuàng)設情境、獲取感知、提出問題三個步驟。情境為感知體驗的萌發(fā)場域，是課程標準、教材與學生認知相融下多種情況或場景的相對結合;提出問題是感知體驗的目標指向，是外界信息與內(nèi)部認知發(fā)生沖突時呈現(xiàn)的一種合理訴求;獲取感知是創(chuàng)設情境和提出問題這兩個步驟的連接橋梁，是主客體之間的邏輯對應。

以“牛頓第二定律”的教學為例，依據(jù)《課標》“通過實驗，探究物體運動的加速度與受力、質(zhì)量的關系”和學生關于“力、質(zhì)量以及運動快慢”的生活認知，創(chuàng)設“操場中推汽車”的情境。學生現(xiàn)場體驗“同一輛車不同推力”以及“同一推力不同車輛”時汽車的速度改變情況，由此獲取視覺、觸覺以及動覺等多維度的感知體驗，最終形成“物體的加速度與力、質(zhì)量的關系”的探究問題，從而開啟科學態(tài)度與責任的培養(yǎng)之旅。

（二）實驗探究，以論證體驗滲透科學態(tài)度

論證體驗是學生基于證據(jù)通過推理以證明觀點的親歷過程。論證體驗包含提出猜想、分析推理和形成觀點三個步驟。實驗探究是這些過程的重要載體，也是科學態(tài)度的集中表現(xiàn)。首先，引導學生根據(jù)感知體驗中的探究問題提出猜想;其次，展開方案的設計、實施以及數(shù)據(jù)的收集;最后，依據(jù)收集的證據(jù)（數(shù)據(jù)、現(xiàn)象等）實施個人層面的分析推理。這些都需要學生嚴肅認真的科學態(tài)度。最后，在社會（同伴）層面的交流協(xié)商中形成團隊觀點，當中不同觀點間的爭論、修正則是實事求是的重要體現(xiàn)。而整個論證體驗過程，時刻洋溢著學生積極進取的氣息和勇氣。

例如，對于“物體的加速度與力、質(zhì)量的關系”的探究問題，學生首先提出“同一物體，力越大，加速度越大;同一外力，質(zhì)量越小，加速度越大”的猜想。接著，用小車（含砝碼）、打點計時器、沙桶（含沙）等器材，設計“m不變，研究a與F的關系”和“F不變，研究a與m的關系”兩種實驗方案并進行實驗操作，獲取實驗數(shù)據(jù)。然后，基于所獲數(shù)據(jù)建立aF圖像和a1m圖像并分析推理，得出函數(shù)關系。其中，“平衡摩擦力”“沙和沙桶重力遠小于小車重力”“描點連線作圖”等細節(jié)步驟，需要學生時刻保持嚴謹認真的科學態(tài)度。最后，社會層面的觀點交流中，“摩擦力平衡不足或過度”“沙和沙桶重力因逐漸增大而不滿足遠小于小車重力”等引起的圖像差異，將促使學生作出修正并逐步形成團隊觀點，這些都是實事求是的科學態(tài)度的精彩呈現(xiàn)。當然，“方案設計—方案實施—數(shù)據(jù)獲取—數(shù)據(jù)分析—協(xié)商修正—形成觀點”的歷程中，積極進取的科學態(tài)度外顯其中。

（三）升華觀念，以構建體驗彰顯科學本質(zhì)

構建體驗是指學生在團隊觀點的基礎上，通過縱橫各種知識脈絡和情感因素實現(xiàn)觀念構建、信念鑄造、價值彰顯的體驗過程?？梢钥闯觯瑯嫿w驗包含構建觀念、鑄造信念、彰顯價值三個步驟。物理觀念的構建需要學生經(jīng)歷“團隊觀點—概念規(guī)律—核心概念—物理觀念”的進階歷程：概念規(guī)律是團隊觀點更為科學嚴謹?shù)谋硎?，核心概念是若干個概念規(guī)律的提煉，物理觀念則為多種核心概念的升華。鑄造信念源于物理觀念構建后，主體因具有審視物理世界與真實世界內(nèi)在聯(lián)系的關鍵能力而產(chǎn)生的一種改造自然界的信心和理念。價值則彰顯于學生從情境感知到物理觀念構建的一系列進階過程，是學生從彷徨的認知沖突到明晰的觀念構建歷程中所呈現(xiàn)的一種科學本質(zhì)的獲得。

例如，學生依據(jù)團隊觀點a∝F、a∝1m得出a=kFm，再結合k=1的國際單位約定，推導出牛頓第二定律的數(shù)學表達式F=ma，并以嚴謹?shù)奈淖旨右悦枋觥Ｔ谥蟮膶W習中，牛頓第二定律關聯(lián)動量定理和動能定理提煉為“力與運動”的核心概念，再與“相互作用力”的核心概念（由基本力、常見力、牛頓第三定律提煉）、“運動”的核心概念（由微觀運動、中觀運動、宏觀運動提煉），一起升華為“運動與相互作用”的物理觀念。觀念構建以后，學生的頭腦將展現(xiàn)系統(tǒng)的學科圖景，由此獲得運用“運動與相互作用”觀念解決生活實際問題的信念，并在“運動與相互作用”觀念構建過程中獲取實驗探究（包括方案設計、實施與分析）、思維方法（如控制變量法、歸納法）等科學本質(zhì)的認知價值。

（四）置于實踐，以驗證體驗培養(yǎng)社會責任

驗證體驗是把已構建的觀念置于生活實踐以期檢驗和證實的過程。創(chuàng)設應用情境是驗證體驗的首要條件。應用情境不同于感知體驗中的探究情境，它是探究情境的深化和進階，旨在考查學生在新情境中解決新問題的思維能力和實踐能力。應用情境的創(chuàng)設應與“科技·技術·社會·環(huán)境”緊密結合，注重在觀念的應用和遷移中培養(yǎng)學生遵守道德規(guī)范、保護環(huán)境并推動可持續(xù)發(fā)展的社會責任感。驗證體驗一般會出現(xiàn)兩種結果：一種是已構建的觀念得以應用、問題得以解決，體驗式教學到此結束;另一種是問題不能順利解決、已構建的觀念需要修正，由此開啟下一輪的體驗式教學。因此，體驗式教學不是一種終結式的環(huán)節(jié)教學，而是一種螺旋上升式的循環(huán)教學，科學態(tài)度與責任的培養(yǎng)也會隨之進入二次甚至多次深化階段。

例如，學生在構建“運動與相互作用”觀念后，教師可以創(chuàng)設“司機醉酒駕車”的情境，在已知行人到汽車的距離、汽車初速度、司機反應時間、汽車（含司機）的質(zhì)量、剎車時汽車所受阻力的條件下，要求學生判斷司機醉駕時汽車是否會撞到行人，合理滲透汽車安全駕駛等道德規(guī)范。教師還可以創(chuàng)設“利用無人機展開環(huán)境探測和投放貨物”的真實情境，在已知無人機的質(zhì)量、上升動力、豎直上升的時間和位移的條件下，要求學生求解無人機上升過程中所受的阻力大小。這樣的情境，通過“運動與相互作用”觀念的應用，可以培養(yǎng)學生保護環(huán)境以及通過新技術促進人類社會可持續(xù)發(fā)展的社會責任感。當然，若學生在上述兩個情境中不能順利實現(xiàn)“運動與相互作用”觀念的應用，教師則需根據(jù)學生在解決問題過程中的“疑惑之處”有針對性地再次（甚至多次）開展體驗式教學。