“科學(xué)本質(zhì)”教育的實(shí)施策略

摘 要：加強(qiáng)科學(xué)本質(zhì)教育在當(dāng)下高中物理教育教學(xué)中迫在眉睫，關(guān)系到新課程標(biāo)準(zhǔn)的貫徹與實(shí)施，高中物理教學(xué)加強(qiáng)科學(xué)本質(zhì)教育，必須通過充分挖掘教材、物理學(xué)史中的相關(guān)素材，加強(qiáng)科學(xué)探究教學(xué)、注意嚴(yán)密性和邏輯性培養(yǎng)、開展STS教育等策略實(shí)施.

關(guān)鍵詞：高中物理；科學(xué)本質(zhì)；實(shí)施策略

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2023）18-0095-03

收稿日期：2023-03-25

作者簡(jiǎn)介：張敬春（1967.2-），男，福建省連城人，中學(xué)高級(jí)教師，學(xué)士，從事高中物理教學(xué)研究.

基金項(xiàng)目：本文系福建省龍巖市課題“核心素養(yǎng)在高中物理教學(xué)中實(shí)施策略研究”（課題編號(hào)：GZZJ2020-007）

2017年版2020年修訂的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，學(xué)科核心素養(yǎng)中的“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”維度主要包括科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、社會(huì)責(zé)任等要素^[1]，科學(xué)本質(zhì)是“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”中重要組成部分，而科學(xué)本質(zhì)教育在高中物理教育教學(xué)中長(zhǎng)期沒有得到重視.一方面，教師認(rèn)為學(xué)生只要掌握了物理知識(shí)也就掌握了科學(xué)本質(zhì)，不需要專門強(qiáng)調(diào)科學(xué)本質(zhì)問題；另一方面，由于高考不會(huì)單獨(dú)考查科學(xué)本質(zhì)問題，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中也就不會(huì)重視科學(xué)本質(zhì)方面的學(xué)習(xí)，這兩方面的片面認(rèn)識(shí)嚴(yán)重阻礙了學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”這一重要核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展.加強(qiáng)科學(xué)本質(zhì)教育在當(dāng)下高中物理教育教學(xué)中迫在眉睫，關(guān)系到新課程標(biāo)準(zhǔn)的貫徹與實(shí)施，為了適應(yīng)新課標(biāo)要求，本文就高中物理教學(xué)如何加強(qiáng)科學(xué)本質(zhì)教育提出如下實(shí)施策略.

1 充分挖掘教材中的相關(guān)素材，提高學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)教材是學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的重要課程資源，是教師展開教學(xué)的重要參考，教材在呈現(xiàn)物理知識(shí)的同時(shí)，也呈現(xiàn)了大量與科學(xué)本質(zhì)有關(guān)的素材，教師必須挖掘

與科學(xué)本質(zhì)相關(guān)素材，并加以整合，對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)本質(zhì)教育，提高學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí).

如在“力與運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)中，先對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)中速度、加速度概念進(jìn)行學(xué)習(xí)，然后對(duì)力的相關(guān)概念進(jìn)行學(xué)習(xí)，再學(xué)習(xí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，體現(xiàn)了物理知識(shí)的建構(gòu)性.科學(xué)是為了發(fā)現(xiàn)自然界的客觀規(guī)律，但發(fā)現(xiàn)的過程不是單純對(duì)客觀世界進(jìn)行真實(shí)的描述，科學(xué)是解釋自然的一種嘗試，在教學(xué)中教師必須讓學(xué)生明白概念與概念之間的內(nèi)在聯(lián)系，以及每個(gè)概念在知識(shí)結(jié)構(gòu)中的位置和作用；又如，關(guān)于牛頓第二定律，教科書中是這樣表述的，從“物體加速度的大小與所受的合外力成正比，與物體質(zhì)量成反比”，得出F=kma，若定義力的單位1牛頓為使質(zhì)量為1 kg的物體產(chǎn)生1 m/s²加速度，則系數(shù)k=1，從而牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為F=ma，這說明通過對(duì)力的單位的定義不同，式中的比例系數(shù)k值也就不同，牛頓第二定律的表達(dá)也就不同，體現(xiàn)了物理知識(shí)的非固定性；再如在萬(wàn)有引力定律的教學(xué)中，教材中談到牛頓得出了萬(wàn)有引力定律后，猜想地球?qū)υ虑虻囊σ矊儆谌f(wàn)有引力，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的向心加速度等于地球表面重力加速度的1/60²倍，而月球繞地球的半徑恰好為地球半徑的1/60倍，從而證明了地球?qū)υ虑虻囊σ矊儆谌f(wàn)有引力，通過教材中“月—地”檢驗(yàn)的挖掘，讓學(xué)生明白物理知識(shí)的“可論證性”，同時(shí)牛頓的“月—地”檢驗(yàn)，將地球?qū)Φ孛嫖矬w的引力、行星對(duì)衛(wèi)星的引力統(tǒng)一起來(lái)，讓學(xué)生明白科學(xué)知識(shí)的形成發(fā)展是知識(shí)系統(tǒng)不斷統(tǒng)一的過程.

2 充分挖掘物理學(xué)史中的相關(guān)素材，提高學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)物理學(xué)的發(fā)展是人類不斷認(rèn)識(shí)和探索物理世界的現(xiàn)象、特征、規(guī)律和本質(zhì)的過程，物理學(xué)史中蘊(yùn)藏著大量科學(xué)本質(zhì)素材，在教學(xué)中，教師可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)相關(guān)物理學(xué)史知識(shí)，讓學(xué)生在了解物理學(xué)史的同時(shí)，接受科學(xué)本質(zhì)的教育.

如在中子的發(fā)現(xiàn)教學(xué)中，可介紹如下物理學(xué)史知識(shí)：1919年盧瑟福用α粒子轟擊氮原子而發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并預(yù)言了中子的存在；1930年德國(guó)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)用α粒子轟擊金屬鈹時(shí)，產(chǎn)生一種穿透力很強(qiáng)的射線，當(dāng)時(shí)他們認(rèn)為這是一種高能的γ射線；1932年約里奧·居里夫婦重做了該實(shí)驗(yàn)，他們驚奇地發(fā)現(xiàn)用這種射線去轟擊石蠟時(shí)，竟能從石蠟中打出質(zhì)子來(lái)；查德威克也馬上重做了該實(shí)驗(yàn)，根據(jù)相關(guān)的數(shù)學(xué)計(jì)算證實(shí)了中子的存在.作為盧瑟福的學(xué)生查德威克能根據(jù)導(dǎo)師的預(yù)見敢于打破常規(guī)、破除傳統(tǒng)思想的束縛，最終發(fā)現(xiàn)了中子.而約里奧·居里夫婦雖然已經(jīng)遇到了中子，卻堅(jiān)信射線是γ射線，而與中子的發(fā)現(xiàn)失之交臂.通過物理學(xué)史知識(shí)的介紹，學(xué)生在了解這段有趣的物理學(xué)史的同時(shí)，也深刻地體會(huì)到了物理學(xué)具有預(yù)見性這一重要的科學(xué)本質(zhì).

物理學(xué)的發(fā)展過程中，有些物理學(xué)史知識(shí)是很有教育價(jià)值的，在教學(xué)中如果對(duì)這樣的史實(shí)簡(jiǎn)單呈現(xiàn)給學(xué)生，往往達(dá)不到教育學(xué)生的目的.如果對(duì)這樣的史實(shí)進(jìn)行深度加工和挖掘，不但可以提高學(xué)生的思維能力，而且還可以大大提高學(xué)生對(duì)物理學(xué)科科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí).

3 在科學(xué)探究教學(xué)中讓學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)

科學(xué)探究的本質(zhì)具有實(shí)證性、歸納性、創(chuàng)造性、預(yù)見性.例如在“驗(yàn)證牛頓第二定律”實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生測(cè)量大量的數(shù)據(jù)去證實(shí)牛頓第二定律的成立，這就要求學(xué)生按“平衡摩擦力、小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于沙和沙桶質(zhì)量”實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行每一步驟實(shí)驗(yàn)，并精確測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，在獲得大量數(shù)據(jù)后，利用數(shù)學(xué)歸納、圖像的分析得到正確的結(jié)果.在本實(shí)驗(yàn)中由于器材的精密度不夠等原因往往造成實(shí)驗(yàn)不成功，這就要求教師要引導(dǎo)學(xué)生要有證據(jù)意識(shí)，實(shí)驗(yàn)中所有的行為都必須圍繞著實(shí)驗(yàn)條件和精確測(cè)量數(shù)據(jù)這個(gè)中心，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)于在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并加以修訂.通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)探究本質(zhì)中實(shí)證性和歸納性的理解.

科學(xué)探究的本質(zhì)具有創(chuàng)造性，筆者在分組實(shí)驗(yàn)“測(cè)量光的波長(zhǎng)”教學(xué)中，由于實(shí)驗(yàn)儀器使用年限較長(zhǎng)，儀器的破損率、故障率高，有的光具座松動(dòng)，有的單縫和雙縫嚴(yán)重不平行，有的小燈泡的接線斷開，等等.筆者原以為學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的成功率會(huì)很低，于是課前告知學(xué)生儀器的壞損情況，要求學(xué)生要認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)，并指出實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是能調(diào)試出干涉條紋.在實(shí)驗(yàn)過程中，面對(duì)破損嚴(yán)重的儀器，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的熱情反而很高，不少學(xué)生把損壞的器材東拼西湊，有的學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行必要的維修，并不斷地探究和討論問題，結(jié)果全班學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的成功率很高；有些學(xué)生實(shí)驗(yàn)調(diào)試成功后異常興奮，嘗到了實(shí)驗(yàn)成功的喜悅.教師抓住這個(gè)教學(xué)契機(jī)對(duì)學(xué)生進(jìn)行表?yè)P(yáng)和鼓勵(lì)，同時(shí)指出，在真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中，往往儀器都不是現(xiàn)成的，實(shí)驗(yàn)的方法也不是事先預(yù)設(shè)好的，科研人員要在實(shí)驗(yàn)過程中不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器，不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法，才能取得實(shí)驗(yàn)成功.學(xué)生在做分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，在器材不太完備的情況下，教師如果能正確引導(dǎo)，反而更能激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的欲望， 更能讓學(xué)生體驗(yàn)到科學(xué)探究的創(chuàng)造性和創(chuàng)新性，從而實(shí)現(xiàn)更高的教學(xué)價(jià)值.

4 教學(xué)中注意嚴(yán)密性、邏輯性培養(yǎng)，提高學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)物理學(xué)是一門嚴(yán)密性、邏輯性很強(qiáng)的自然科學(xué)，在平常的教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生主觀臆造、憑空想象、缺乏嚴(yán)密性和邏輯性的例子比比皆是，這些不良的學(xué)習(xí)習(xí)慣往往

給學(xué)生的學(xué)習(xí)造成巨大困難，同時(shí)也大大阻礙了學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，所以在教學(xué)中教師要注意克服學(xué)生的不良習(xí)慣，注意培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)密性和邏輯性.

為了解決實(shí)際物理問題，人們往往從實(shí)際物理情境中抽象出物理模型，在解決問題過程中，如果不注意這些模型的理想化條件，就會(huì)錯(cuò)誤百出.如在單擺的教學(xué)中，單擺作為理想化模型，有嚴(yán)格的理想化條件，

如果實(shí)際擺擺中不能滿足單擺的理想化條件，則不能用單擺的知識(shí)來(lái)處理.

在解決實(shí)際物理問題時(shí)，人們往往從某一特定物理?xiàng)l件下得出結(jié)論，然后應(yīng)用到不同的實(shí)際情境中，這樣可以使解決問題簡(jiǎn)單化，但是如果把結(jié)論隨意應(yīng)用到不同條件下的問題情境中，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤.

例題 在如圖1所示理想變壓器電路中，線圈匝數(shù)比n₁∶n₂＝2 ∶1，分別接有相同的兩只燈泡A和B，若在a、b間接正弦交流電源，電源電壓為U，求B燈兩端電壓是多少.

錯(cuò)解 設(shè)B燈電壓為U_x、電流為I，則變壓器輸入端的電壓為2U_x，根據(jù)變壓器原、副線圈的電流與匝數(shù)成反比，原線圈電流為0.5I，A燈電壓為0.5U_x，根據(jù)0.5U_x+2U_x=U，解得B燈電壓為U_x=0.4U.

錯(cuò)因分析：錯(cuò)誤原因在于學(xué)生認(rèn)為電源電壓等于A燈電壓與變壓器輸入電壓之和.在直流電路中，串聯(lián)電路的總電壓等于各部分電路的電壓之和，而在交流電路中，電阻與線圈或電容器串聯(lián)時(shí)，總電壓不等于各部分電路的電壓之和.

在教學(xué)過程中，教師應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理問題的科學(xué)分析能力和邏輯推理能力，以提高學(xué)生對(duì)物理學(xué)具有邏輯性這一科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí).

5 加強(qiáng)STS教育，提高學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)

STS教育，即“科學(xué)——技術(shù)——社會(huì)”教育，它強(qiáng)調(diào)科學(xué)教育應(yīng)該密切聯(lián)系人類的現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)和生活，強(qiáng)調(diào)應(yīng)該使學(xué)生了解科學(xué)技術(shù)在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用，并形成對(duì)科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)的正確態(tài)度.根據(jù)STS教育的理念，物理教學(xué)要重視情境創(chuàng)設(shè)，重視學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn).物理學(xué)的概念和規(guī)律是建立在科學(xué)家對(duì)物理現(xiàn)象觀察基礎(chǔ)之上，并經(jīng)過物理實(shí)驗(yàn)論證而得出的，物理學(xué)的概念和規(guī)律又要在實(shí)際應(yīng)用過程中進(jìn)行檢驗(yàn)和完善，最終形成全面、系統(tǒng)、相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)論.

在進(jìn)行物理概念、規(guī)律的教學(xué)時(shí)，應(yīng)根據(jù)學(xué)生已有的認(rèn)知和經(jīng)驗(yàn)，列舉各種生活實(shí)例，讓學(xué)生在豐富感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步對(duì)知識(shí)進(jìn)行歸納與總結(jié).如在《力的分解》教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)給學(xué)生生活中大量力的分解實(shí)例：如石拱橋的結(jié)構(gòu)、斜面上的物體、各種物體的懸掛方式等，在此基礎(chǔ)上得出力的分解必須按實(shí)際作用效果進(jìn)行；同時(shí)讓每個(gè)學(xué)生按如圖2所示做“感受力的作用效果”實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)細(xì)線對(duì)中指的拉力、桿對(duì)手掌心的壓力，以加深學(xué)生對(duì)“力的分解必須按實(shí)際作用效果進(jìn)行”的理解.

在STS教育教學(xué)時(shí)，老師要適時(shí)向?qū)W生強(qiáng)調(diào)科學(xué)本質(zhì)來(lái)源于實(shí)踐，應(yīng)用于實(shí)踐，任何科學(xué)都離不開學(xué)生自己的親身實(shí)踐，鼓勵(lì)學(xué)生在學(xué)習(xí)中要勇于實(shí)踐.

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[責(zé)任編輯：李 璟]