浸养科学素养的可行之道

    周艳

    [摘 ? 要]物理学发展既是科学进步的体现，也是文化传承与突破交互作用的过程。初中物理教学可以物理文化为根基，通过渗透物理学史、创设物理情境、开展自助式实验探究和创新科技小制作等方式，渗透物理文化，让学生了解科学起源，欣赏科学成就，领悟科学方法，生成科学精神。教师要提升自身物理文化素养，精析教材中的文化元素，以物理文化浸养学生的科学素养。

    [关键词]物理;初中;科学素养;教学设计

    物理学在形成与发展过程中，不仅建构了物理规律、物理概念等科学知识，还凝练并升华了科学思想、科学方法和价值取向等科学文化。核物理学家杨福家院士曾专题论述了物理文化教学的必要性，提出“我们今天纪念爱因斯坦，不仅仅要看到他的相对论、光电效应，还要看到他一系列的丰富思想”。《义务教育物理课程标准（2011年版）》也指出：物理学是人类科学文化的重要组成部分。可见，物理学本身是科学知识、科学方法和科学文化的有机整合，是科学与人文的统一。因此，初中物理教学中应重视物理文化教育。

    一、物理文化的含义

    物理学家陈佳洱院士站在人类文化与文明的高度提出，作为现代科学基石的物理学，是文化不可分割的一部分，物理学的发展引发了丰富多彩的科学文化，我们整个社会生产生活中处处都浸透着物理文化[1]。

    从狭义上讲，物理文化是指世界历代物理学家在创建物理学理论的过程中，发现、创造和形成的物理思想、物理方法、物理概念、物理定律、物理语言符号、价值标准、科学精神、物理仪器设备以及约定俗成的工作方法的总和[2]。從广义上讲，物理文化是以物理工作者为核心，从而为人类创造出的一种文化价值体系，它主要表现在物理工作者的思维模式、情感模式、行为习惯、价值标准、工作方法等多个方面[3]。

    物理文化跟人类的其他文化一样，可以分为器物、制度、观念三个层次[4]。器物是物理学发展的物质基础，包括观察测量器具、实验设备等;制度主要指研究机构、学术团体、法规章程等;观念是物理文化的核心，包括物理知识、物理思想、物理方法以及科学精神等。

    二、融入物理文化的教学方式

    物理文化指导着物理教育，物理教育传承着物理文化，而指导与传承的重要载体是教学活动。因此，物理教学不仅要重视知识的建构过程，还要关注思想、方法和科学精神等物理文化的渗透。

    1.渗透物理学史，培养科学精神

    科学精神是一种求真求实的追求与执着。在物理学史上，许多物理学家潜心研究，不迷信权威，大胆质疑，与错误的传统观念作斗争，与研究过程中的各种阻力作斗争。他们相信科学，相信实验事实，追求真理。在教学中，要引领学生走进这些物理学家的精神世界，体会他们的艰辛与悲欢，感悟他们求真求实的态度。

    以“怎样产生感应电流”的探究教学为例。电磁感应现象是科学史上最伟大的发现之一，它揭示了电现象和磁现象的紧密联系，奠定了麦克斯韦电磁场理论的基础，标志着电力工业和电子技术时代的到来。教师可选择恰当时机，向学生介绍发现电磁感应现象的历史。在导入环节，可通过自制教具（见图1）模拟科拉顿曾经做过的磁生电实验，让学生发现科拉顿与成功擦肩而过的原因。新课初始，可介绍安培的“同心线圈”实验（见图2），让学生体会安培在真理碰到鼻尖的时候轻易放弃的懊恼。在进行实验探究前，介绍法拉第在各种“稳态”条件下的失败实验，让学生感受法拉第坚定的科学信念——电和磁彼此间一定有关联。在完成实验探究后，介绍法拉第的“圆环实验”（见图3），让学生将自己的探究方案与之对比，从中提炼出感应电流产生的本质。在小结时，介绍法拉第舍弃优厚待遇、拒绝担任皇家学会主席和皇家学院院长而甘做一个平凡人的故事，让学生感悟其真诚质朴、献身科学的精神。

    2.创设物理情境，培养科学思维

    创设物理情境，是指教师根据教学内容和学生已有的知识基础、认知水平而构建教学环境和氛围，让学生从中体会并参与知识的形成过程，培养良好的思维习惯和科学方法。教师可通过精心设计的物理情境，让学生体会类比法、控制变量法、转换法、假设与推理法、等效替代法、逆向思维法等，并让学生认识到领悟物理思维方法比掌握知识更重要。

    以“原子核式结构模型的建立”一课的设计为例。人类很早就开始探索万物的结构。从道尔顿提出第一个原子理论模型到汤姆逊的“葡萄干面包”模型，再到卢瑟福的“原子核式结构”模型，前后经历了108年。卢瑟福用“高速粒子轰击原子”的方法打开了研究微观世界的大门，并被誉为“原子物理学之父”。教师可通过创设多种情境引导学生经历微观研究方法的发展过程。一是介绍汤姆逊的“葡萄干面包”模型，创设历史情境，激发学生的探究动机。二是利用多媒体演示卢瑟福的“α粒子散射实验”，创设实验情境，引导学生提出想要探究的问题。三是设计层层递进的问题链，创设问题情境，推翻“葡萄干面包”模型，建立“核式结构”模型，培养学生“实验—假设—推理”的科学思维。递进问题链如下。

    ①从α粒子散射实验中，你观察到了哪些现象？

    ②α粒子射入金箔时要与电子碰撞。那么，这种碰撞会让α粒子发生大角度偏转吗？（α粒子质量是电子质量的7300倍）

    ③按照汤姆逊的“枣糕”模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内。请分析：α粒子穿过金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能沿哪些方向前进？

    ④根据α粒子散射实验现象，推证原子中的正电荷是如何分布的。

    3.开展自助式实验，培养科学探究能力

    自助式实验教学是在实验探究环节，采用“开放—自主—自助—创新”的模式，让学生通过感官去感受事物，通过观察、分析、思考、实验而掌握科学探究的方法，形成物理品格。自助式实验教学有三大特点：一是鼓励学生自主选择实验器材完成实验，包括身边的简易物品;二是鼓励学生对同一问题设计多种探究方案，打破教材的束缚;三是渗透观察、实验、分析、比较、归纳等物理方法的教育，为学生的终身学习奠基。

    例如，“认识串联和并联电路”是电学中承上启下的重要内容，是学习电流、电压和欧姆定律的基础，是学生的第一个电学实验。所以，正确连接电路是核心，是学生认识串并联电路特点的关键。在教学中，可先让学生尝试连接电路，然后对其中不规范的、错误的方法进行矫正，使学生在观察、比较、模仿中掌握正确的电路连接。学生设计的电路各异，教师可引导他们分析不同电路的相同特点，从而认识串联和并联。首先，教师可利用自制的车模，打出“车语”，让学生观察左、右两个转弯灯的工作情况。然后提供实验器材，包括两节干电池、三个开关、两个灯泡、若干导线，让学生设计两个转弯灯的电路。同时，要求学生思考以下问题。

    ①两个转弯灯的电路图应该是什么样的？

    ②你是如何连接电路的？请说出连接步骤。

    ③连接电路时要注意些什么？

    ④在你的电路中，电流有几条路径？

    4.开展科技小制作，培养器物创新能力

    自制器材是历代科学家从事科学研究的重要技能，物理规律多数情况下也是在不断改进、创新器具的过程中诞生的。科技小制作活动能充分发挥学生的主体能动性，让学生在观察、选题、设计、制作中，发展敏锐的观察力、创造性思维、灵活的动手能力等，这些都是创造能力的构成要素。

    例如，为了让学生了解物理知识的构建、发展过程，领悟物理学家的科研方法，弘扬我国古代科学文化，重庆市凤鸣山中学的物理教师组织了“物理学史之科技小制作”活动，前后历时4个月。活动过程如下。

    （1）自制作品。学生利用暑假进行创作，作品既可以是物理学家曾经用过的实验仪器，也可以是人们用于生产生活的某一工具，还可以是自己的发明创造。

    （2）认真评审。评委会成员由全体物理教师和部分学生代表组成，从创新性、科学性、艺术性、实用性和节约性的角度，进行初评和复评。

    （3）精雕细琢。获得特等奖的学生（最终选出11位）要进一步琢磨作品、制作微课、撰写科技小论文，教师提供必要的指导。

    （4）作品汇展。举办科技创新作品汇展，初三年级全体师生参与观摩、学习与交流。学生们用巧妙的制作、流畅的表达、规范的操作、严谨的思维，诠释“传承中有创新，创新中有超越”的科技创新精神。

    三、对物理文化教学的思考

    一是物理文化教学担负着文化传承的责任。学生只有经历了物理概念、定理和定律的形成过程，经历了问题的提出、猜想、实验、论证及评估的探究过程，才能更深刻地感受到物理文化的内涵和精神。一节有文化品味的物理课，需要教师以扎实的专业技能、深厚的文化底蕴、超前的科学视野，从历史、现实和前沿三个方面进行充分挖掘，培养学生的学科核心素养。

    二是有必要开发渗透物理文化教育的校本课程。物理文化在教材中多有呈现，如沪科版教材中的“迷你实验室”“信息窗”“交流与讨论”“请提问”“实践与总结”等栏目。但这些物理文化元素在不同模块中的分布不均匀，甚至有缺失;呈现形式比较表面化，大多是图片或资料介绍;呈现内容过于单一，主要解释生活中的物理现象和小实验。為弥补教材的不足，教师可开发渗透物理文化教育的校本课程，引导学生从观点、思想、方法、精神上认识物理文化，真正实现传承与创新。

    三是初中物理教学要站在“以人为本”的高度实施物理文化教育。对于大多数学生来说，学习物理并非为了成为物理专家，而是在接受物理教育的过程中逐步形成适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。爱因斯坦曾指出，科学对于人类事务的影响有两种方式，第一种是直接地、并在更大程度上间接地生产出完全改变人类生活的工具;第二种是教育的性质——它作用于心灵[5]。

    科学给人类带来了巨大的社会效益，但科学的非人道化使用也给人类带来了威胁和灾难。所以，教育者应倡导以科学为基础、以人文为价值方向的社会发展观和教育目的观。科学教育需要人文教育的价值导向，物理教学需要文化教育的浸养。将科学素养与人文精神在物理教学中融会贯通，有利于培养人格健全、精神健康、素养全面的公民和科学家。

    参考文献

    [1]陈佳洱.物理学与中国文化[EB/OL].http：//www.cas.cn/zt/jzt/kpzt/sjwlnzzg/05jj/200504/t20050419_2665845.shtml.

    [2]解世雄.教学论视野下的物理教学设计[J].福建论坛（社科教育版），2008（6）：16-19.

    [3]李培学，王风艳.现代信息技术与高中物理教学整合研究[J].中国教育技术装备，2017（13）：141-142.

    [4]李醒民.科学的文化意蕴[M].北京：高等教育出版社，2007：30.

    [5]周远清.在更高层次上推进人文素质教育与科学素质教育的融合[J].教书育人，2011（6）：28-29.

    （责任编辑 ? 郭向和）