學生科學素養的培養和提高

【摘 要】新的課程目標是培養學生的科學素養，強調要改變以往的學科中心和知識本位的課程目標，建立科學知識、科學過程、科學文化的統一的課程目標。這就要求教師在物理教學中要著重培養學生的科學素養，使學生不但具有廣泛的科學知識，還要掌握一定的科學方法，具有較高的科學覺悟和較強的科學精神。

【關鍵詞】科學素養 科學方法教育 物理學史 創造性思維

當前新的物理課程改革主要是改變以往的“精英教育”模式，克服應試教育的片面性，使之面向全體學生，立足學生的發展。新的課程目標是培養學生的科學素養，強調要改變以往的學科中心和知識本位的課程目標，建立科學知識、科學過程、科學文化的統一的課程目標。強調了對過程和方法的學習；強調了課程在情感態度與價值觀方面的教育功能；重視了科學探究的教育作用；要求學生對科學、技術與社會之間的關系有更多的認識和理解。這就要求教師在物理教學中要著重培養學生的科學素養，使學生不但具有廣泛的科學知識，還要掌握一定的科學方法，具有較高的科學覺悟和較強的科學精神。筆者認為可以從以下方面著手培養。

一、科學方法教育

在物理學發展的漫長歷程中，不僅積累了龐大的知識體系，而且形成了“觀察實驗→提出假設→實驗驗證→理論建立→實踐檢驗”科學的理論建立方法體系，此科學方法對于探索自然和其他科學領域的研究具有普遍適用的意義。教師在教學中要教育學生沿著此途徑去思考問題、去尋求解決問題的方法，這是學生一種很重要的能力。為此應作以下努力：

1.課堂上通過對物理學史和前輩科學家的介紹，使學生認識到每個物理規律的得出并不是通過一兩個實驗、收集三五組數據就可以的，它們都是經前輩科學家使用眾多的科學方法，一代代不懈努力、艱難探索才有此收獲，課堂上用于歸納規律的典型實驗只不過是對他們所做工作的濃縮。如萬有引力定律的發現：第谷三十多年精心觀察得到的寶貴資料→開普勒經過觀察和推算在近二十年的時間里陸續提出了三個定律→開普勒三定律解決了行星的運動學問題，關于行星的動力學問題科學界提出了各種猜想→牛頓經多年觀察計算提出萬有引力定律，并進行了多次地月驗證，直到十多年后才確立了萬有引力定律→卡文迪許用經典實驗測出了G的值→科學家用它作為理論依據，預見并發現了許多新的行星→證實萬有引力定律的正確性。通過這些事例的學習使學生充分認識和理解科學方法的重要性。

2.利用教材中“猜一猜”“思考與討論”等欄目，用猜想、直覺等非常規方法，將學生的經驗世界引入到教學中，調動和發揮學生的創造性思維，引導學生提出假設，如在講解力時可先列舉學生日常熟悉的事例，讓學生猜想、分析有沒有力的作用、如何作用、怎樣表現出來的，然后師生共同總結出力的概念。講解摩擦力時，也是先舉出多個例子讓學生猜想、分析摩擦力的有無、大小及其變化與那些因素有關，最后總結出動摩擦力的決定式F摩擦=μFN并可使學生深刻領會理解FN的意義；歸納出靜摩擦力的特點。從教學中的大量事例可看出學生已有知識和經驗的引入常常是促進新知識獲得的有效手段，教師在教學過程中，要充分利用學生的已有經驗，還要結合學生所處的環境狀況，將學生其他方面的實際經驗作為學習的基礎，充分發揮猜想、直覺對于科學發展的作用。

3.在物理教學中根據課程內容，適時地向學生介紹一些普遍適用的研究方法，（1）觀察法：有意觀察（講開普勒三定律時向學生介紹丹麥天文學家弟谷的觀察才能和科學精神）、無意觀察（X射線就是倫琴憑無意觀察和敏銳的洞察力才發現的）、直接觀察、間接觀察等；（2）實驗法：探索性實驗、驗證性實驗、實驗數據處理方法、實驗中常用的控制變量法等；（3）理想化方法：理想模型（質點、單擺、光滑平面等）、理想實驗；（4）歸納與演繹方法：簡單枚舉歸納推理法、科學歸納推理法、演繹推理法；（5）分析與綜合方法：定性分析、定量分析、因果分析、綜合歸納等；（6）假說方法：科學的假說對科學發展起了重大作用；（7）類比方法：庫侖定律就是庫侖在做了大量的測定兩個帶電球體之間的相互作用的科學實驗的基礎上，與牛頓萬有引力定律進行類比提出的；（8）比較和分類方法：異中求同、同中求異、分類等；（9）模擬方法：等效替代法、近似處理法等；（10）數學方法：比值定義物理量（E=F/q、R=U/I、B=F/IL等）、表達物理規律的形式化語言、運用圖象描述物理現象和規律等。這些方法在科學認識過程中發揮著不同的作用，它們相得益彰。在一門課程中學到的知識是有限的，對于不以物理學為自己專業的學生而言，某些知識的細節可能以后也不會用到，但是通過學習所掌握的科學方法卻可以遷移到社會生活的方方面面，使學生終生收益。

二、科學覺悟啟發

學生對科學技術在人類社會進步中所起作用的認識，學生對科技成果的親近感是學生科學覺悟的主要體現。教師在物理教學中要根據教材內容不斷地對學生的科學覺悟進行啟發。首先，在教學過程中加強科學技術的作用教育，充分利用教材內容和閱讀材料，適時補充有關科學、社會的知識，把一些與生活密切相關而又十分有趣的知識介紹給學生，這樣不但可以說明科學技術對社會進步的推動作用，還可以使教學內容進入學生生活，激發學習興趣。其次，要通過教學使學生對于科技成果有親近感，所謂親近感并不要求人們對新科技有深入的理解，但是愿意接近它了解它，并在可能的情況下應用它。要求教師在教學中不能過分強調物理學科的主干知識和重點知識，不能使物理學科老是以嚴厲冷峻的面孔出現在學生面前，應根據學生的具體情況因材施教，貼近生活，使學生感到物理知識的學習并非枯燥無味、難以學懂學會，克服學生疏遠物理學進而疏遠科學技術的弊端。如（1）現代物理科學技術的新發展、新成果、新成就。如新型電池、半導體、超導體、激光技術、磁懸浮技術、現代航空航天技術、現代信息技術等。（2）與工農業生產密切相關的知識和技能。如太陽能的綜合利用、浮力與打撈沉船、低溫的獲得及應用、電能的開發和利用、微觀粒子射線的應用等。（3）與家庭、社會生活密切相關的知識和技能。如制冷設備、安全用電、安裝照明電路、各種家用電器知識、自動控制和檢測等。（4）一些重大社會問題。如環境保護、能源危機、噪聲污染、光污染等。通過以上學習，可以使學生關注物理科學與技術、社會的關系，即用學到的物理知識和科學方法來認知、解釋、分析和解決科學技術及社會生活中的重大問題。使科學方法教育更為貼近生活、貼近社會、貼近科技發展前沿，有利于不同學科之間知識和方法的整合。

三、科學精神陶冶

作為物理教師不只是單純地傳授知識，而是要引導學生體驗科學真理，繼承科學精神。通過教學逐漸改進和彌補學生受傳統文化太深太廣，許多場合用道德思維代替科學思維，重人情道德而輕邏輯規則這一科學精神上的缺欠。為此，在教學中應加強以下精神的熏陶：（1）培養學生的批判精神，使學生不唯書不唯上，不受傳統觀念的左右，把實踐作為檢驗真理的唯一標準，這是極為重要而基本的科學精神。通過介紹、學習解放了人們思想的哥白尼《天體運動論》、標志著物理學真正開端的伽利略的《兩種新科學的對話》、光的波粒二象性的研究過程、量子理論的建立等事例，用各位物理先輩大師在創立新理論、轉變舊觀念時的痛苦經歷和百折不撓的精神對學生進行教育。（2）相信科學技術的偉大力量，是又一種科學精神，在工業化社會中，龐大企業和復雜社會的管理都需要包括符號使用技術在內的管理技術，它是產業技術的延伸；企業與社會的法制化管理，則是科學公理化的延伸。以上技術和方法都需要學生了解。（3）注意培養學生質疑和獨立思考的科學精神，教學中要引導學生從“理所當然”的想法中、習以為常的現象中找出疑問、揭示矛盾，進而展開課題，探討研究，總結規律，決不能讓學生養成死記硬背、人云亦云的不良習慣。教師要對愛提問題的學生多鼓勵、多幫助，即使學生提出的問題是錯誤的或是非常簡單的，也要耐心解釋，錯誤也是一種教育資源，千萬不要挖苦批評，要讓學生從教師的語言態度上感受到老師對他這種行為的贊賞和肯定，使學生的質疑和思考精神逐漸培養起來，不致扼殺在萌芽中。

四、科學美的欣賞

審美教育是培養高素質公民的重要環節。美育并不是藝術課程的“專利”，物理課程同樣負有美育的責任。物理學在理論、實驗等方面表現出的和諧奇異美、對稱破缺美、簡單統一美等，都能在學生的心靈深處激起美的震撼。教師在教學中要注意引導學生進行從藝術美到科學美的類比和聯想，如電學和磁學的對稱和不完全對稱的對稱破缺美；各種守恒的對稱破缺美；光的反射、折射定律的簡單統一美；物質波的簡單統一美；光的波粒二象性的和諧奇異美；微觀粒子和宏觀世界的和諧奇異美等等。物理科學美有從微觀粒子到宏觀宇宙的多種運動形式的豐富內容，教師在教學中要潛心挖掘，啟發講解，教給學生發現美、欣賞美的方法和手段，使學生在學習科學規律的同時，逐漸總結出科學美的內涵，把科學內容和科學形式有機地結合在一起。

五、加強科學探究

學生科學方法與技能的訓練，科學能力的培養，以及科學情感、態度與價值觀即科學覺悟和科學精神的養成，是不可能通過簡單的記憶、模仿和操練而達到的，它必須通過親歷某些科學探究活動，在參與的過程中去體驗、感悟、最終內化。而學生通過自主的科學探究活動，可以更好地理解科學過程和科學方法的整體性，從而使學生更好地理解科學的本質。教師可經常給學生提出一些課題，也可讓學生尋找課題，進行探究性學習。教師在學生的學習過程中不必過多干涉學生的探究活動，除非學生的活動完全偏離了學習的方向；要記下學生在討論中發現的新問題、新概念，給予學生必要的支持和幫助；對于膽小、害羞的學生要有意識地鼓勵引導他們；活動結束后，要引導學生用自己的語言做出總結。活動中教師要多看、多聽、多感受而少說話，要鼓勵學生相互間多交流、多探討、多發表意見。科學的核心在于探究，而教育的目標在于促進人的發展，突出科學探究的過程正體現了科學的本質和教育的本質的結合。

【參考文獻】

[1]李忠民. 淺議中學生科學素養的培養，2011.

[2]黃熙. 加強實驗教學 培養科學素養，2011（6）.