讓物理教學增進現代科學素養

所謂“現代科學素養”應包涵什么內容呢?近半個世紀以來，在西方的理科課程改革運動中，這個問題始終是研討的焦點。過去因為物理、化學、生物等學科，是從其學科自身的自立性這一視點加以把握，確立理科教學所要實現的科學素養：“概念性知識”、“科學的理智”、“科學的倫理”。但隨著科學技術時代的進展，環境污染，人口增長，能源危機之類的社會問題日益嚴重，同時科學技術的研究活動本身進一步滲透社會機構之中，從社會文化的視角多側面地把握科學的需要日益增長，科學素養的內涵必然擴充，必然與科學發展相吻合，為使科學技術造福于人類，理科教學的科學素養觀發展了新的內涵：“科學與社會”，“科學與人文”，“科學與技術”。

現代科學素養包涵六個范疇：

概念性知識——構成科學的主要概念，概念體系及觀念。

科學的理智——科學研究的方法論。

科學的倫理——科學所具有的價值標準。或叫科學態度、科學精神。

科學與人文——科學與哲學、文學、藝術、宗教等文化要素的關系。

科學與社會——科學與政治、經濟、產業等社會諸側面的關系。

科學與技術——科學與技術之間的關系及差異。

我國新一輪基礎教育課程改革規定，中學物理教育(教學)的任務是培養學生的科學素質。推進物理學科的素質教育，關鍵是教師要更新教育思想，擯棄狹隘的教育觀念，樹立開放兼容的大教育思想，要用多層次全方位的教學目標，代替單一的知識教學目標。以物理基礎知識、基本技能、科學思想方法、科學技術與社會聯系等方面為教學的主線目標：以思想品德、情感意識、審美情趣、辯證觀念、人文精神諸方面的陶冶為副線目標，把副線教育滲透到主線教育之中。總之，應注重物理教學全面科學素養的培養，科學素養的諸多方面在物理教學都要體現不能偏廢。因為科學素養教育有著基礎性和協調性的特點。基礎性表現在科學素養所瞄準的是，對人的發展起根本作用的內在的穩定的身心素質，使所有受教育者都具備一種最基本的學識、能力、思想和品質，為受教育者在人格上、文化上、品德上和其他所有方面發展奠定基礎。協調性表現在科學素養作為一個人的基本素質的一部分，它的發展必須是全面、均衡協調的，從科學素養內部的各個因素來看，不能偏重某一方面而忽視另一方面，這有利于受教育者的各學科素養相輔相成和諧發展。

如何讓物理教學有效地增進科學素養呢?2000年以來我們就這方面問題，通過理論學習和實踐探索獲得一定的認識，我們認為：在現代教育教學理念樹立之后，物理教師進行有效課堂教學才是增進科學素養的關鍵。從物理教學的學習方式，教學方法和教學內容組織等方面人手改善課堂教學，便能收到增進科學素養的良好效果。下面舉三個案例，供同事們面對物理教學增進科學素養問題時參考和借鑒。

典型案例一初中物理《質量》課——學習方式改進的課例。

初二(6)班教室課。窗外秋高氣爽，教室窗明幾凈，書桌上擺著天平，學生生氣勃勃，二人一組，授課課題是《質量》，教科書是北京師范大學2003年6月版本八年級物理。上課了，教師先舉起一把鐵錘。問：“這是什么物質組成的?”“鐵和木頭”，學生答。教師接過話題，引入課題：質量——物體內所含物質的多少。接著闡述質量的大小與物體的形態、狀態和空間位置無關。教師舉例豐富生動，如：冰溶解成水；中國鑄的銅鼎送到紐約聯合國；物體隨飛船進入太空。它們的質量是不變的。隨后教師與學生討論質量的單位：克，千克，噸。調動學生的感性認識，借助雞蛋、蘋果、人和汽車等物體來講。接著討論質量的測量工具：臺秤、戥和天平。天平就在學生桌上，學生觀察天平，聽老師講授使用天平的注意事項。

上課進行到此，時間已過30分鐘。接下來老師引導學生怎樣調整天平平衡：游碼歸零，調節平衡螺母；引導學生怎樣稱量物體質量：左盤物體，右盤砝碼，砝碼的增減和讀數。這過程老師講解與學生動手同時進行。

盡管有人認為，本節課教學學科雙基扎實，教學效果有保證，經得起中考的檢驗。但總的說來。該節課是教師牽著學生的鼻子走，不能很好地體現新課程的精神。初二物理新課程應該體現為一種活動課程。新課程的追求是學生學習方式的改變，追求自主性、探究性和合作性，把課堂激活更完善地解決問題。

決定第二天在初二(5)班，用新的教學設計上課。授課教師還是那位年輕人。上課了，老師走到一個同學桌前，舉起一個同學的筆盒問：“同學們，你知道自己的筆盒有多少克嗎?你們桌上的儀器叫天平，可以用它來測量。”老師托起天平說：“天平的構造和使用方法，有一‘說明書’——請看課本第30頁，學會使用它。”學生很感興趣地觀察天平，閱讀教科書，很快他們就開始操作天平。老師提醒同學們：不要急著動天平，兩人合作，互相探討意見統一后再動手。

約8分鐘后，老師用問答式點明天平的調整和使用注意事項。接著教師要求學生測量自己的筆盒或計算器，記下天平平衡后砝碼和游碼的讀數，即多少克?

大約十分鐘之后，抽幾個小組報上測量數據。老師說：克是質量的單位，質量的單位還有千克，噸。舉例：一個雞蛋50g，人的質量50kg，小汽車2t等，從生活感知中認知質量單位及單位換算。“天平、臺秤和戥子測得是物體的質量。質量的概念，請同學們閱讀教科書第29頁。”教師說完，學生自學課本。

隨后教師在黑板上板書：“質量是物體內所含物質的多少”，“物體的質量與物體的形態、狀態和所處空間位置無關”。略加解釋后，緊接著提問：誰能說清楚物體的質量與物體的形態、狀態無關?物體的質量與物體空間位置無關?舉例說明就行。話音剛落就有好幾個同學舉手。一個同學發言：“橡皮擦撕成幾塊，質量不會變。”老師做好奇狀說：“真的，你的橡皮擦撕成幾塊吧，再放在太平上稱一稱。”同學們笑了。

接著老師引導說：“冰化成水、中國貨運到美國。質量會變嗎?”，“還有其他例子嗎?”同學議論紛紛很來勁。

下課的鈴聲響起。同學們意猶未盡，臉上露出興奇的笑容。窗外陽光燦爛。這快意與昨日初二(6)班同學們平靜的表情形成鮮明對照。

授課老師興高采烈地說：今天這課輕輕松松拿下!

“這次上課不用擔心學生亂動天平了吧。”有同事打趣地說。

該節課區別于前一節課是學習方式改變了，學生自主、探究和合作的學習精神得到一定的發揚，教學效果顯然不同，肯定比前一節效益更顯著。

案例二初三物理《變阻器》課——教學方法更新的課例。

這節課是在學完電路、電流、電壓和電阻等概念之后學習的。該課有多種教法，其中有代表性的兩種。

第一種教法——誼示講授法：教師先演示變阻器能改變電路中電流的大小，從而改變小燈泡的亮度，然后介紹變阻器的構造、原理和用法。只要有一定的器材，加上教師細心的講解，學生接受起來不難，在學生接受后，再輔于有關變阻器的連接類習題，教學效果不錯。

第二種教法——問題討論探索法：在介紹滑動變阻器的作用與原理時，教師先根據生產、生活、實驗的需要并實驗演示，提出如何調節燈光亮度的問題；根據電壓是形成電流的原因，電阻是導體對電流的阻礙作用等已有知識，通過師生討論找出解決問題的可能途徑——調電壓或調電阻；教師加以引導——如果電壓保持不變，只改變電阻，怎么改變電阻?教師引導學生從電阻大小與哪些因索有關人手加以分析：電阻大小與導體的材料、長度、橫截面積有關，還與溫度有關；進一步引導學生對以上四個因素加以討論分析，優選出調導體長度為最佳方法。在這個基礎上再讓學生用導線夾在電阻線上移動，觀察小燈泡亮度變化的情況，將理論和實踐結合起來。以上討論可以歸納為：提出問題一解決問題途徑一優選最佳方法一變阻器原理(調亮度)(調電壓、調電阻)(調電阻線長度)

通過以上討論分析不僅讓學生知道滑動變阻器的作用和原理，而且知道知識產生的過程。

在介紹滑動變阻器的構造的同時，討論系列問題：(1)怎樣縮小電阻線占有的空間——電阻線密繞在瓷筒上；(2)怎樣防止電阻線因密繞出現短路一電阻線表面涂上絕緣漆；(3)怎樣解決電阻線涂漆造成與滑片斷路問題——接觸處刮去漆：(4)怎樣組成變阻器——安裝問題。上述討論過程可以用計算機輔助教學課件邊討論邊展示，化抽象為形象，化小為大，化靜為動，提高教學效果。

比較上述兩種教法，它們都能讓學生明了變阻器的作用，原理和結果，但第二種教法還培養了學生根據生產，生活提出問題，利用已有知識，探索解決問題的途徑和具體措施，讓學生去探索成功，培養了創新精神，培養了技術創新的能力。

案例三高三物理“能級”課——教學內容重組的課例。

第二十一章第三節“能級”(人民教育山版社2003版高中物理第三，必修加選修)，按課本內容教學是先介紹能級理論，再認識原子光譜，而“原子的核式結構”編在下一章。“能級”課可以認為是知識傳授型的課。我們可以重組教學內容；使該課更具探究性，教學變得更有科學教育價值。第一課時講述玻爾理論的實驗基礎——盧瑟福原子核式模型及對核式模型的質疑，第二課時講玻爾理論的內容及其成敗。

第一課時學習盧瑟福原子核式模型，體驗有核模型在解釋粒子散射實驗上取得的成功。再從盧瑟福原子模型出發，從氫原子核外電子作勻速圓周運動出發結合麥克斯韋理論分析氫原子發光現象，電子高頻運動會輻射電磁波，引導學生自己得出兩個結論：一、氫原子將是不穩定的，電子很快將落人核中。二、氫原子發光應輻射出頻率連續的光譜。事實如何呢?氫原子是穩定的，這是已知的事實。它的發光呢?隨即演示用分光鏡觀察氫光譜，學生只看到如課本封二的氫的四條明線光譜。這一事實說明了什么?學生由理論與實驗不符提出一定是盧瑟福理論有局限性。根據課本設問：“為了解決以上矛盾，你能在盧瑟福原子結構上保留其合理部分，然后在發展一步提出自己的假設嗎?”鼓勵學生像科學家一樣大膽去猜測，提出設想。

在同學的眾說紛紜時播放了一段配樂散文：“尼爾斯·玻爾，丹麥人，早年在哥本哈根大學攻讀物理。1909年～1911年問作碩士和博士論文研究的是金屬電子論，在這個過程中接觸到量子論。1912年在曼徹斯特大學盧瑟福實驗室里工作過四個月，其時正值盧瑟福發表有核模型的原子理論，并組織大家對這一理論進行檢驗，玻爾參加了射線實驗工作，幫助他們整理數據和撰寫論文。玻爾堅信盧瑟福的有核原子模型是符合客觀事實的，也很了解盧瑟福的理論所面臨的困難。正在玻爾日夜苦思之際。他的一位朋友漢森向他介紹了氫光譜的巴爾末公式。后來玻爾回憶：當我看到巴爾末公式，我對整個事情就豁然開朗了。28歲的青年科學家玻爾提出了著名的原子定態躍遷模型。”播放之后接著介紹巴爾末公式及巴爾末線系。同學們帶著許多問題回家思考，查閱資料，下節課再來探討。

第二課時講述玻爾理論的三條假說，隨后師生一起討論波爾理論的成敗及其原因，最后指導學生閱讀“定態存在的實驗證明——弗蘭克一赫茲實驗”一文。在教學中力圖體現這樣的思想：科學是建立在觀察和實驗的基礎之上的。人們依據自己的感覺和知識來認識客觀世界，理論起源于猜想(假設)，猜想要能解釋一種以上的事件和現象，并接受進一步檢驗、證實、修改才能上升為新的理論。一個科學理論的誕生是科學工作者的群體活動的結果。在這里玻爾的“頓悟”實質是“水到渠成”，在當時的條件下，即使不是玻爾也會有其他人提出類似的原子模型。 從實踐效果看，這兩節課學生不僅學到了玻爾原子模型的知識，掌握了氫原子能級、軌道半徑與躍遷頻率的計算，更重要的是受到了一次生動的科學思維形成過程的教育，獲得了較為全面的科學素養陶冶。