在物理教学中培养的学生科学素养(王正标)

在物理教学中培养的学生科学素养江苏省建湖第二中学王正标中国•镇江在物理教学中，存在着这样的一种现象：凡历史性的、进化着的科学理论往往被神圣化、教条化，而学生在学习的过程中却不关心知识的来龙去脉。这种以灌输为目的的教学形式使学生失去了怀疑和批判态度，致使大多数学生对科学家和现有的科学理论怀着永远的敬仰心结，这种心结恰恰又是遏止学生发现问题、提出问题、探究问题的重要元素，成了学生创新能力和科学素质培养的慢化剂。学校教育是提高大众综合素质的大本营，而学校教育中，物理学科教学的主要任务是提升学生科学素养。其它学科也可以为提升学生的科学素养，但其它学科难以完美完成学生科学素养的整体提高。物理学科教学活动中也是很难出色地提升学生的科学素养。为了提升学生的科学素养，我们在物理教学中做了一些尝试。一、科学素养的内涵科学素养是建立在人的素质和科学素质基础上的一种修养，主要包括科学意识、科学的关系观和系统观、科学能力和科学品质等。美国ArtHobson教授将科学素养分割成三个方面：①概念性地理解科学的主要思想，如什么是原子、什么是牛顿引力、什么是星系、什么是量子不确定性、什么是大爆炸宇宙论等等。②了解科学发展过程，养成科学思维习惯，科学不是建筑在信仰和传统之上的、科学方法的深层意义是信任宇宙、用科学知识来自观察周围的世界、应用人类的大脑来理解和指导自己的观察，也就是说科学是建筑在证据和理性思维基础上的。科学原理本身不是绝对的真理，它们总可能被未来的观察所否定或修正。③理解与科学有关的社会问题，例如能源的明智使用、环境的可持续发展、全球变暖、人口过剩等问题。公民的科学素养对国家和社会无疑都是十分重要的。如果公民对科学技术的理解很差，且缺乏科学思维的习惯，科学技术的潜力是很难转化现实的。物理课程理念中也提出了“物理教育必须改变仅仅完成传授知识的现状，坚持以学生发展为本，注重全面提高学生的基本科学素养，把握好现代物理课程教育改革的发展方向。”中学物理教学中，主要应该注意从以下几个方面培养学生的科学能力和思维方法。从而提高学生科学素养。二、提高学生科学素养的尝试学校教育的功能，应该为提高学生的科学素养服务。在教育教学的实践中，教师的作用、学生的地位、课程的设置、教学的手段等都应该服务于学生科学素养的提高。（一）发挥教师的主导作用教师是学习的引导者、组织者、支持者和参与者，教师在物理教学中起着主导作用。教学过程中教师的作用不仅仅是给学生传授物理知识，更应该影响学生的人生观、价值观、思维方式、治学态度，教师的素质直接影响着学生素质的提高和发展，对学生产生深远的影响。教师在以下几个层面上应有更新的认识或作为。1．在观念层面上要树立正确的物理教育观、育人评价观，切实转变教育思想，时刻以学生科学素养的提高为工作的出发点。2．在知识层面上要不断地学习和进修现代物理知识，了解当前科技前沿有哪些动态，领悟物理知识中所蕴涵的思想方法，要学习物理教育理论知识，了解当前中学生心理特点。3．在方法层面上要认真研究教法、学法，切实提高教学水平，使学生在教育教学过程中学会把教师的引导、讲解、点拨等内化为自己的聪明才智，从而“学会认知，学会做事，学会生存与发展，学会共同生活。（二）突出学生的主体作用1．加强教学设计,重理性思维(即逻辑思维)培养。物理课在传授物理的知识的同时，最重要的任务是教给学生科学的思想方法，培养学生科学思维的习惯，教学过程要重证据，重理性思维(即逻辑思维)培养。物理学的建立是基于严密的实验或观测，是一些门实验学科。如在超失重、电阻定律、变压器等物理规律或模型课的教学中，可采用先实验探究得出结论，再采用理论探究的方法。2．培养科学的观察方法，提高洞察分析问题的能力物理教学应重视观察，以提高学生物理学习兴趣。学生在日常观察事物中积累了许多有关物理方面的感知，期待在物理课堂中找到答案，在课堂教学中如果能及时地与学生进行交流沟通，会有利于保持和发展学生的观察兴趣。如在《自感》的教学设计过程中，可邀请多名同学参与“千人震”实验，让同学们经历这个过程，实验结束后同学们的感受是不同的，这种活动可激发学生的好奇心理，由于学生们急于想了解其中缘由，知识的形成就很自然了。教师也可以要求学生将平时观察到的一些物理现象、技术设备等与物理知识进行联系。教学活动中教师要引导学生将出于好奇的观察提高到有目的的观察上来，让学生懂得观察是人类研究客观世界规律的基本方法，要学会在观察中分析、比较，寻找各有关因素之间的联系，从而提高科学的观察能力。3．加强设计性实验的教学，挖掘课内外小实验，开展课题研究。重视提高学生的实验能力，不单单是要求学生会按照课本安排做实验，课本实验不能达到提高学生动手与实践能力。教师应增加设计性实验的教学，挖掘课外小实验，开展课题研究与综合实践活动。例如，在实验课教学中，适当启发学生对现成的实验方案提出质疑，引导他们找出其他更好的解决方法，拓展学生的思维，培养他们的创新精神。例如在《测定电池的电动势和内阻》的实验中，除了要学生理解实验设计思路、弄懂实验的原理并正确完成实验外，还可以提出这样的问题：课本给的方法是用一个安培表和一个伏特表进行实验，假如发现电压表已经损坏，那么能不能只用一个电流表来完成实验呢？如果能，还需什么器材？怎样测量？器材如何选择？让学生画出电路图并动手做一做。实验结束后还可以再进一步拓展，请同学们思考还有哪些方法可以完成测定电池电动势和内阻，针对同学们不同的方法进行交流，看谁的方法最多谁的方法更好？通过学生自己的思考，使学生不再局限于课本所提供的一两种方法。同一个实验目的，采用不同的实验原理、器材、方法、步骤可激发学生的创新思维和集体智慧。在平时教师应做有心人，要善于捕捉灵活多样，操作简便的课外小实验，为学生获取丰富的感性知识做铺垫。通过探究过程，能有效培养学生的兴趣，拓宽学生的知识面和发展学生的特长。在课题研究中，教师可设计一些新颖的而又可让学生独立或合作完成的小课题供学生选择，让学生收集证据，自制器材，观察并提出问题进行研究，可要求学生写出课题研究报告。这一些做法都有利于培养学生独立思考的习惯和创新意识，发挥学生的主动性、自主性和创造性，提高学生的实践能力，促进学生个性的发展。在物理学习过程中，应摒弃“背实验”的实验学习方式，要挖掘、探究实验中的思想、方法内涵。动员学生亲身参与，积极观察，培养的观察能力。4．培养科学思维方法，学会利用比较和类比、科学假说、抽象和理想化模型等方法，在物理教学中根据学生的认知水平和特点在每个教学环节中渗透科学的思想方法，培养科学品质和科学精神。比较和类比思维的认识依据是事物之间的相似性，从一类已知的属性猜想另一类的属性也可能相同或相似的一种思维方法。如把万有引力定律和库仑定律类比，把电场跟重力场类比，磁场和电场类比等。类比的方法的优点是有助于知识的理解和记忆，在物理问题的解决中，起着启发思路、提供线索作用。使用类比方法时，要注意事物或规律间的差异，避免学生在学习中对知识产生负迁移现象。科学假说方法是自然科学研究的一种广泛应用的方法。它是根据已知的科学原理和科学事实，对未知的事物所做的假定性的说法。在物理教学中，合理使用科学假说方法，可使学生从实验中体会，依据事实进行大胆猜想，提高学生的思维能力。科学假说方法是物理的灵魂与精髓，是核心，它是学生获取知识的手段，是联系各个模块知识的纽带，是知识转化为能力的桥梁，它比知识更有适用性，具有抽象概括的特点。学生掌握了科学假说方法就能更快捷地获取知识，更透彻地理解知识，并能终身受益。假说法具有一定的推测性，它正确与否有待实践检验。比如卢瑟福原子核式结构模型是在ɑ粒子散射实验的基础上，经过抽象思维归纳出来的；玻尔原子理论是在普朗克和爱因斯坦关于光子概念的启发下，提出的假说，能成功地解释氢原子光谱；安培的分子电流假说，解释了磁现象的电本质。假说法是以客观事实和所观察的自然现象为基础依据，分析事物和现象的内在关系，从而得出物理规律的预言或猜想。抽象和理想化模型也是物理学研究中常用的方法。根据所研究的物理问题的需要，从客观存在的事物中抽象出来的一种简单、近似、直观的模型。是对事物的各个物理因素加以分析、忽略与问题无关或影响较小的因素，突出对问题起作用较大的主要因素，从而把问题简化。物理模型方法不仅有利于揭示事物系统的内在规律，更主要的是抓住了事物系统在思维结构上的共同点，有助于培养学生统一的观点，以提高认识的高度。常见理想化有三种形式：（1）客观实体理想化。如质点、点电荷、点光源、轻杆轻绳轻弹簧、理想变压器、理想气体等等。（2）系统理想化。如机械能守恒系统、电场能和动能之和守恒系统（带电粒子只有电场力做功）、动量守恒系统，绝热系统等等。（3）运动过程理想化。如匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动、自由落体运动、简谐运动、光的直线传播等等。5．渗透物理学史教育，培养学生的科学态度和科学的思维方法。在物理教学活动过程中，渗透物理学史教学，一方面可让学生体会先辈们为科学所付出的艰辛，另一方面可用科学家们的人格魅力激励学生，使之形成的学习动力，以养成良好的科学态度、献身精神。如为了研究原子核的组成，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验，结果在光屏上观察到了闪光，他断定一定是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的。为了进一步证实这个实验的结果，英国物理学家布拉凯特在充氮的云室里拍摄了两万多张照片，终于从40多万条α粒子径迹的照片中，发现了8条产生了分叉，从而证实了质子的存在。有时学生会为一些新概念、新观念的不理解而烦恼，此时若能在此基础上增加一些相关的物理学发展史实，让学生了解这些物理学概念逐步形成的历史，使逻辑性和历史性相结合，则更有利于学生对概念全面正确的理解和领悟。如关于匀变速运动概念，在教学中可渗透意大利物理学家伽利略对变速运动的研究历史，他设想最简单的变速运动速度应是均匀变化的，怎样才算速度均匀变化呢？伽利略考虑了两种可能：一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即“任意相同位移内速度的增量相同”，描述速度变化快慢的加速度a=△v/△s；另一种是速度的变化对时间来说是均匀的，即“任意相等时间内速度的增量相同”，描述速度变化快慢的加速度a=△v/△t。他随即发现了第一种假设是不适用的：假设物体在落下第一段距离后已得到某一速度，那么在落下的距离加倍时，速度也应该加倍。果真如此，则物体通过两段距离所用时间将和通过一段距离所用时间一样。也就是说，通过第二段距离好像不必花时间，这显然是荒谬的。这一引入可加深学生对加速度概念的理解。6．物理课的教学可增强学生对所学知识的怀疑和批判精神，培养创新能力。1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言:“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！可是，过了几年，在进入20世纪，物理学便捷报频传，相对论、量子力学相继问世。物理学的发展向我们显示了这样一条真理：有条件、有怀疑地思考，即力求以发展、变化、联系的思想为标准来裁决和审视一切科学假说与科学理论，不迷信权威，这是科学能不断向前发展的动力。如伽利略对亚里士多德的怀疑和批判，推翻了错误的落体定律和“强迫运动定律”，得出了“惯性定律”，为牛顿力学的建立打下了理论基础，在物理教学中渗透这些物理学批判性发展的精彩事例，能促使学生养成独立思考的习惯，提高善于提出科学问题的灵性和聪慧，使他们的思想沉浸在好奇之中，永不闭塞怀疑的目光。（三）加强探究性教学由于探究内容的综合性、学科的渗透性、知识的前沿性，思维方法的发散性、创造性，教师的权威在这个时代受到强烈的挑战，同样也影响着物理课堂探究性教学的管理，影响着学生的科学素质。因此，在开展物理课堂探究性教学过程，要想提高学生的科学素质。一定要遵循探究原则。1．建立和谐的师生关系教育活动是师生进行的一种情感的交往与沟通