体现科学本质观的物理教学设计研究
王宇新
【摘要】因为科学本质是科学素养的核心部分，所以，可以通过培养学生对科学本质的认识与理解来培养他们的科学素养。在培养学生对科学本质的认识的各种途径中，通过物理教学来渗透科学本质观是重要的途径之一。通过构建“讲授-反思-探究-明示”的教学模式，并且将其应用于物理教学设计中，形成了基于科学本质观的物理教学设计，其具体流程为：首先是创设情境，然后是提出问题，接下来就是主要的步骤——渗透物理学史，之后辅以实验探究，最后是教师直接点明科学本质观的明示。以高中物理必修一第二章第五节“自由落体运动”为例，阐述基于科学本质观的教学设计的具体流程中每一步的应用及设计意图。
【关键词】科学本质观 物理学史 自由落体 教学设计
一、引言
科学本质观是人们对“科学是什么”的看法，如有些人认为科学知识是客观性的真理，不随人主观因素的想法而改变，而有些人却认为科学知识是人主观建构的，会受到人刚开始建构知识时的本身主观因素而改变。随着时代与科技的发展，科学也一直处于飞速发展之中，人们对于科学其本质的探究也在不断的变化与发展。因为对科学本质观的研究一直在进行着，所以它的内涵也一直处于不断发展和完善的过程中。
在新修订的《普通高中物理课程标准》中界定了高中物理课程的目标：进一步促进学生物理核心素养的形成和发展。其中提出的“科學态度与责任”就是指在认识科学本质、理解科学·技术·社会·环境关系的基础上，逐渐形成应有的科学态度和社会责任感，明确指出科学本质是高中物理教学的重要内容。所以，将科学本质观渗透到日常高中物理教学中是非常有必要的。
二、基于科学本质观的物理教学设计基本流程
在物理课堂教学设计中体现并渗透科学本质培养和发展学生的科学本质观的重要途径。科学探究和渗透物理学史相结合是物理课堂常用的方法，教师可以基于此来构建“讲授-反思-探究-明示”的教学模式。在“讲授-反思-探究-明示”的教学模式下，基于科学本质观的教学设计的具体流程如图1所示。
（一）创设情境
在中学物理教学中，教师需要培养学生探究科学本质的兴趣，让学生进行思考和观察，就有必要在课堂上根据教材内容创设物理情境，引导学生自主思考，分析并解决问题。物理情境的创设，不仅可以激发学生的学习兴趣。而且当学生置身于物理情景中，更易于学生思考和接受物理知识。
（二）提出问题
教师在物理教学时提出问题可以帮助学生确立一个方向，引导学生进行思考与讨论，来帮助学生为思考和学习科学知识做铺垫。教师提出的问题不能过于简单，过于简单的问题会导致学生不能进行深入地思考或者深入地学习。因此，教师在提问题时，语言要精炼，同时要表达准确，避免造成歧义。
（三）渗透物理学史
这是最主要的部分，教师通过向学生介绍物理学史，借此来渗透科学本质观。物理学史浓缩了人类揭开世界奥秘和令人兴奋的科学探索历程，浓缩了科学知识发展的过程，它不仅能呈现酝酿科学家创造新知识的背景，也能获得当时科学科技发展与需求的资料。丰富的物理学史不仅为培养学生的科学本质观提供了素材，而且能够激发学生学习物理的兴趣。
（四）实验探究
物理是一门以实验为基础的自然科学，因此实验教学在物理教学中占有举足轻重的地位。实验探究不仅能让学生感受到物理的魅力，而且能够增强学生的动手能力。学生可以亲自动手做实验的时候，能够体会当时物理学家的探究过程，有助于学生的感知和认识科学本质。
（五）教师明示
在物理教学中，有关科学本质的内容是隐性课程，它需要教师在物理课堂教学中以各种教学方式来明确的表示。这是学生学习科学本质很重要的一步，正是因为明示的作用，前面的各个环节的意义和价值才能显示出来。学生也正是因为这个环节，才能学习到物理课程中关于科学本质的内容。教学中融合的科学史教育不应是课堂的附加任务，也不能只靠教师叙述式的讲解来完成，学生的主体性、探究性和知识技能目标的达成性，同样重要。科学家的探究过程还是学生的探究性学习过程都能在某些方面体现科学的本质，如果教师能抓住教学时机，引导学生对这个过程进行反思，并通过师生之间的交流和相互修正，必然会更有效的帮助学生认识科学的本质问题。所以，教师应在关键的地方，以问题的方式进行教学。
三、基于科学本质观的教学片段设计
下面我们以《自由落体》为例，介绍一下关于基于科学本质观的教学片段设计。
（一）创设情境
1.教师向学生展示生活中有关自由落体运动的图片或者是动图;
2.教师向学生展示物理实验中自由落体运动的动图;
3.教师让学生举出他们想到的关于自由落体运动的实例。
设计意图：在物理课堂开始，从生活实例入手，使教材中抽象的自由落体概念描述变成具体的学生能够感知的实例，有助于学生理解自由落体运动。同时也能够激发学生对自由落体运动的学习兴趣和探究自由落体运动性质的欲望，为本节课提供一个良好的开端。
（二）提出问题
1.教师提问：同学们能否通过生活中的实例，谈一下自己对自由落体运动的理解;
2.组织学生进行分组讨论;
3.请每组派一个代表阐述他们本组的意见，同时教师进行评价;
4.教师进行总结，并提问：那么自由落体运动到底是什么运动呢？并说明这就是本节课所要研究的重点问题。
设计意图：先引导学生进行思考与讨论，开发学生的创造性思维。之后提出本节课所要研究的问题，明确本节课学习的重点，即探究自由落体运动的性质，为师生一起探究自由落体运动性质打下基础。
（三）渗透物理学史
1.教师向学生讲述有关自由落体运动的物理学史，从亚里士多德时代到伽利略时代，重点讲述亚里士多德的观点和伽利略的观点;
2.教师向学生阐述亚里士多德观点的缺陷及其时代背景;
3.教师向学生详细介绍伽利略对自由落体运动的整个研究过程;
4.教师向学生提问：通过学习这段物理学史，同学们知道自由落体运动到底是什么运动了吗？
5.教师提问：通过学习这段物理学史，同学们觉得科学家有哪些方面值得我们学习的呢？
6.教师进行评价，并引导学生学习物理学家实事求是和持之以恒的科学态度。
设计意图：教师向学生介绍关于自由落体运动的物理学史，首先可以让学生学习关于自由落体的相关知识，从物理学的角度入手，讲授自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。然后，通过讲述物理学史，可以让学生了解到科学知识不是永恒不变的，是随着时间发展。最后，可以让学生学习物理学家的精神与态度。
（四）实验探究
1.教师引导学生进行实验，分组合作来探究自由落体运动的性质;
2.每组派代表展示结果，是否符合伽利略的结论;
3.教师进行评价与总结。
设计意图：教师通过讲授物理学史已经让学生知道自由落体运动的性质，接下来引导学生亲自做实验来验证，通过学生亲身参与物理实验来验证物理结论，让学生体验科学家探究科学知识的过程，体会到其中的乐趣与艰辛，有利于学生理解科学的实践性，进而培养学生正确的科学本质观，同时又能培养其科学探究的能力。
（五）教师明示
1.教师请同学们回顾一下有关自由落体运动的物理学史，并找一位同学讲述;
2.教師提问：同学们想一下，我们对自由落体运动的认识是不是经历的很漫长的过程啊？
3.学生回答后，教师总结：同学们说的很好，其实我们对科学认识的过程是漫长的，充满艰辛与曲折的，是无数科学家在经历了无数次的实验，不断得出结论在推翻结论，一步一步发现探索出来的。我们要对科学怀有敬畏之心，向科学家们学习，学习他们不畏艰辛、用于探索的科学精神，认真严谨的科学态度。
4.教师提问：请同学们思考这样的问题：伽利略是怎样证明自己的观点的？同学们有什么启发吗？
5.教师总结：科学知识不是永恒的，我们要有敢于质疑，不惧权威的精神。同时，我们知道伽利略是通过物理实验来证明自己的观点，推翻亚里士多德的观点的。同学们，科学的理论要经过实验的证明才行，所以我们要重视物理实验，努力增强自己动手做实验的能力。
设计意图：教师在这一环节直接明示，目的是直接点明本节课的主旨，就是通过自由落体运动的物理学史和关于自由落体的实验探究，帮助学生形成正确的科学本质观。其中包括：帮助学生形成正确的物理观念，培养学生的科学思维，提高学生的科学探究能力，和正确的科学态度与责任。
四、结束语
在本节课设计中，笔者渗透了科学本质观的教育，注重物理学史的讲解，通过实验探究引导学生学习物理方法。其中，以物理学史为主、实验探究法为辅对“自由落体运动”实践了科学本质观教育，目的是让学生通过高中阶段物理课程的学习，对科学有一定的了解与认识，提高实验探究能力，有自己的见解，不迷信权威。最终，培养学生的社会责任感和正确的科学本质观。
参考文献：
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基金项目：吉林省教育科学“十三五”规划2017年度一般课题，课题名称：核心素养理念下的职前教师教育改革研究，课题编号：GH170316。
