浸養科學素養的可行之道

周艷

[摘 ? 要]物理學發展既是科學進步的體現，也是文化傳承與突破交互作用的過程。初中物理教學可以物理文化為根基，通過滲透物理學史、創設物理情境、開展自助式實驗探究和創新科技小制作等方式，滲透物理文化，讓學生了解科學起源，欣賞科學成就，領悟科學方法，生成科學精神。教師要提升自身物理文化素養，精析教材中的文化元素，以物理文化浸養學生的科學素養。

[關鍵詞]物理;初中;科學素養;教學設計

物理學在形成與發展過程中，不僅建構了物理規律、物理概念等科學知識，還凝練并升華了科學思想、科學方法和價值取向等科學文化。核物理學家楊福家院士曾專題論述了物理文化教學的必要性，提出“我們今天紀念愛因斯坦，不僅僅要看到他的相對論、光電效應，還要看到他一系列的豐富思想”。《義務教育物理課程標準（2011年版）》也指出：物理學是人類科學文化的重要組成部分?？梢姡锢韺W本身是科學知識、科學方法和科學文化的有機整合，是科學與人文的統一。因此，初中物理教學中應重視物理文化教育。

一、物理文化的含義

物理學家陳佳洱院士站在人類文化與文明的高度提出，作為現代科學基石的物理學，是文化不可分割的一部分，物理學的發展引發了豐富多彩的科學文化，我們整個社會生產生活中處處都浸透著物理文化[1]。

從狹義上講，物理文化是指世界歷代物理學家在創建物理學理論的過程中，發現、創造和形成的物理思想、物理方法、物理概念、物理定律、物理語言符號、價值標準、科學精神、物理儀器設備以及約定俗成的工作方法的總和[2]。從廣義上講，物理文化是以物理工作者為核心，從而為人類創造出的一種文化價值體系，它主要表現在物理工作者的思維模式、情感模式、行為習慣、價值標準、工作方法等多個方面[3]。

物理文化跟人類的其他文化一樣，可以分為器物、制度、觀念三個層次[4]。器物是物理學發展的物質基礎，包括觀察測量器具、實驗設備等;制度主要指研究機構、學術團體、法規章程等;觀念是物理文化的核心，包括物理知識、物理思想、物理方法以及科學精神等。

二、融入物理文化的教學方式

物理文化指導著物理教育，物理教育傳承著物理文化，而指導與傳承的重要載體是教學活動。因此，物理教學不僅要重視知識的建構過程，還要關注思想、方法和科學精神等物理文化的滲透。

1.滲透物理學史，培養科學精神

科學精神是一種求真求實的追求與執著。在物理學史上，許多物理學家潛心研究，不迷信權威，大膽質疑，與錯誤的傳統觀念作斗爭，與研究過程中的各種阻力作斗爭。他們相信科學，相信實驗事實，追求真理。在教學中，要引領學生走進這些物理學家的精神世界，體會他們的艱辛與悲歡，感悟他們求真求實的態度。

以“怎樣產生感應電流”的探究教學為例。電磁感應現象是科學史上最偉大的發現之一，它揭示了電現象和磁現象的緊密聯系，奠定了麥克斯韋電磁場理論的基礎，標志著電力工業和電子技術時代的到來。教師可選擇恰當時機，向學生介紹發現電磁感應現象的歷史。在導入環節，可通過自制教具（見圖1）模擬科拉頓曾經做過的磁生電實驗，讓學生發現科拉頓與成功擦肩而過的原因。新課初始，可介紹安培的“同心線圈”實驗（見圖2），讓學生體會安培在真理碰到鼻尖的時候輕易放棄的懊惱。在進行實驗探究前，介紹法拉第在各種“穩態”條件下的失敗實驗，讓學生感受法拉第堅定的科學信念——電和磁彼此間一定有關聯。在完成實驗探究后，介紹法拉第的“圓環實驗”（見圖3），讓學生將自己的探究方案與之對比，從中提煉出感應電流產生的本質。在小結時，介紹法拉第舍棄優厚待遇、拒絕擔任皇家學會主席和皇家學院院長而甘做一個平凡人的故事，讓學生感悟其真誠質樸、獻身科學的精神。

2.創設物理情境，培養科學思維

創設物理情境，是指教師根據教學內容和學生已有的知識基礎、認知水平而構建教學環境和氛圍，讓學生從中體會并參與知識的形成過程，培養良好的思維習慣和科學方法。教師可通過精心設計的物理情境，讓學生體會類比法、控制變量法、轉換法、假設與推理法、等效替代法、逆向思維法等，并讓學生認識到領悟物理思維方法比掌握知識更重要。

以“原子核式結構模型的建立”一課的設計為例。人類很早就開始探索萬物的結構。從道爾頓提出第一個原子理論模型到湯姆遜的“葡萄干面包”模型，再到盧瑟福的“原子核式結構”模型，前后經歷了108年。盧瑟福用“高速粒子轟擊原子”的方法打開了研究微觀世界的大門，并被譽為“原子物理學之父”。教師可通過創設多種情境引導學生經歷微觀研究方法的發展過程。一是介紹湯姆遜的“葡萄干面包”模型，創設歷史情境，激發學生的探究動機。二是利用多媒體演示盧瑟福的“α粒子散射實驗”，創設實驗情境，引導學生提出想要探究的問題。三是設計層層遞進的問題鏈，創設問題情境，推翻“葡萄干面包”模型，建立“核式結構”模型，培養學生“實驗—假設—推理”的科學思維。遞進問題鏈如下。

①從α粒子散射實驗中，你觀察到了哪些現象？

②α粒子射入金箔時要與電子碰撞。那么，這種碰撞會讓α粒子發生大角度偏轉嗎？（α粒子質量是電子質量的7300倍）

③按照湯姆遜的“棗糕”模型，正電荷均勻分布在整個原子球體內。請分析：α粒子穿過金箔，受到電荷的作用力后，沿哪些方向前進的可能性較大，最不可能沿哪些方向前進？

④根據α粒子散射實驗現象，推證原子中的正電荷是如何分布的。

3.開展自助式實驗，培養科學探究能力

自助式實驗教學是在實驗探究環節，采用“開放—自主—自助—創新”的模式，讓學生通過感官去感受事物，通過觀察、分析、思考、實驗而掌握科學探究的方法，形成物理品格。自助式實驗教學有三大特點：一是鼓勵學生自主選擇實驗器材完成實驗，包括身邊的簡易物品;二是鼓勵學生對同一問題設計多種探究方案，打破教材的束縛;三是滲透觀察、實驗、分析、比較、歸納等物理方法的教育，為學生的終身學習奠基。

例如，“認識串聯和并聯電路”是電學中承上啟下的重要內容，是學習電流、電壓和歐姆定律的基礎，是學生的第一個電學實驗。所以，正確連接電路是核心，是學生認識串并聯電路特點的關鍵。在教學中，可先讓學生嘗試連接電路，然后對其中不規范的、錯誤的方法進行矯正，使學生在觀察、比較、模仿中掌握正確的電路連接。學生設計的電路各異，教師可引導他們分析不同電路的相同特點，從而認識串聯和并聯。首先，教師可利用自制的車模，打出“車語”，讓學生觀察左、右兩個轉彎燈的工作情況。然后提供實驗器材，包括兩節干電池、三個開關、兩個燈泡、若干導線，讓學生設計兩個轉彎燈的電路。同時，要求學生思考以下問題。

①兩個轉彎燈的電路圖應該是什么樣的？

②你是如何連接電路的？請說出連接步驟。

③連接電路時要注意些什么？

④在你的電路中，電流有幾條路徑？

4.開展科技小制作，培養器物創新能力

自制器材是歷代科學家從事科學研究的重要技能，物理規律多數情況下也是在不斷改進、創新器具的過程中誕生的?？萍夹≈谱骰顒幽艹浞职l揮學生的主體能動性，讓學生在觀察、選題、設計、制作中，發展敏銳的觀察力、創造性思維、靈活的動手能力等，這些都是創造能力的構成要素。

例如，為了讓學生了解物理知識的構建、發展過程，領悟物理學家的科研方法，弘揚我國古代科學文化，重慶市鳳鳴山中學的物理教師組織了“物理學史之科技小制作”活動，前后歷時4個月?；顒舆^程如下。

（1）自制作品。學生利用暑假進行創作，作品既可以是物理學家曾經用過的實驗儀器，也可以是人們用于生產生活的某一工具，還可以是自己的發明創造。

（2）認真評審。評委會成員由全體物理教師和部分學生代表組成，從創新性、科學性、藝術性、實用性和節約性的角度，進行初評和復評。

（3）精雕細琢。獲得特等獎的學生（最終選出11位）要進一步琢磨作品、制作微課、撰寫科技小論文，教師提供必要的指導。

（4）作品匯展。舉辦科技創新作品匯展，初三年級全體師生參與觀摩、學習與交流。學生們用巧妙的制作、流暢的表達、規范的操作、嚴謹的思維，詮釋“傳承中有創新，創新中有超越”的科技創新精神。

三、對物理文化教學的思考

一是物理文化教學擔負著文化傳承的責任。學生只有經歷了物理概念、定理和定律的形成過程，經歷了問題的提出、猜想、實驗、論證及評估的探究過程，才能更深刻地感受到物理文化的內涵和精神。一節有文化品味的物理課，需要教師以扎實的專業技能、深厚的文化底蘊、超前的科學視野，從歷史、現實和前沿三個方面進行充分挖掘，培養學生的學科核心素養。

二是有必要開發滲透物理文化教育的校本課程。物理文化在教材中多有呈現，如滬科版教材中的“迷你實驗室”“信息窗”“交流與討論”“請提問”“實踐與總結”等欄目。但這些物理文化元素在不同模塊中的分布不均勻，甚至有缺失;呈現形式比較表面化，大多是圖片或資料介紹;呈現內容過于單一，主要解釋生活中的物理現象和小實驗。為彌補教材的不足，教師可開發滲透物理文化教育的校本課程，引導學生從觀點、思想、方法、精神上認識物理文化，真正實現傳承與創新。

三是初中物理教學要站在“以人為本”的高度實施物理文化教育。對于大多數學生來說，學習物理并非為了成為物理專家，而是在接受物理教育的過程中逐步形成適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。愛因斯坦曾指出，科學對于人類事務的影響有兩種方式，第一種是直接地、并在更大程度上間接地生產出完全改變人類生活的工具;第二種是教育的性質——它作用于心靈[5]。

科學給人類帶來了巨大的社會效益，但科學的非人道化使用也給人類帶來了威脅和災難。所以，教育者應倡導以科學為基礎、以人文為價值方向的社會發展觀和教育目的觀?？茖W教育需要人文教育的價值導向，物理教學需要文化教育的浸養。將科學素養與人文精神在物理教學中融會貫通，有利于培養人格健全、精神健康、素養全面的公民和科學家。

參考文獻

[1]陳佳洱.物理學與中國文化[EB/OL].http：//www.cas.cn/zt/jzt/kpzt/sjwlnzzg/05jj/200504/t20050419_2665845.shtml.

[2]解世雄.教學論視野下的物理教學設計[J].福建論壇（社科教育版），2008（6）：16-19.

[3]李培學，王風艷.現代信息技術與高中物理教學整合研究[J].中國教育技術裝備，2017（13）：141-142.

[4]李醒民.科學的文化意蘊[M].北京：高等教育出版社，2007：30.

[5]周遠清.在更高層次上推進人文素質教育與科學素質教育的融合[J].教書育人，2011（6）：28-29.

（責任編輯 ? 郭向和）