體現科學本質觀的物理教學設計研究

王宇新

【摘要】因為科學本質是科學素養的核心部分，所以，可以通過培養學生對科學本質的認識與理解來培養他們的科學素養。在培養學生對科學本質的認識的各種途徑中，通過物理教學來滲透科學本質觀是重要的途徑之一。通過構建“講授-反思-探究-明示”的教學模式，并且將其應用于物理教學設計中，形成了基于科學本質觀的物理教學設計，其具體流程為：首先是創設情境，然后是提出問題，接下來就是主要的步驟——滲透物理學史，之后輔以實驗探究，最后是教師直接點明科學本質觀的明示。以高中物理必修一第二章第五節“自由落體運動”為例，闡述基于科學本質觀的教學設計的具體流程中每一步的應用及設計意圖。

【關鍵詞】科學本質觀 物理學史 自由落體 教學設計

一、引言

科學本質觀是人們對“科學是什么”的看法，如有些人認為科學知識是客觀性的真理，不隨人主觀因素的想法而改變，而有些人卻認為科學知識是人主觀建構的，會受到人剛開始建構知識時的本身主觀因素而改變。隨著時代與科技的發展，科學也一直處于飛速發展之中，人們對于科學其本質的探究也在不斷的變化與發展。因為對科學本質觀的研究一直在進行著，所以它的內涵也一直處于不斷發展和完善的過程中。

在新修訂的《普通高中物理課程標準》中界定了高中物理課程的目標：進一步促進學生物理核心素養的形成和發展。其中提出的“科學態度與責任”就是指在認識科學本質、理解科學·技術·社會·環境關系的基礎上，逐漸形成應有的科學態度和社會責任感，明確指出科學本質是高中物理教學的重要內容。所以，將科學本質觀滲透到日常高中物理教學中是非常有必要的。

二、基于科學本質觀的物理教學設計基本流程

在物理課堂教學設計中體現并滲透科學本質培養和發展學生的科學本質觀的重要途徑。科學探究和滲透物理學史相結合是物理課堂常用的方法，教師可以基于此來構建“講授-反思-探究-明示”的教學模式。在“講授-反思-探究-明示”的教學模式下，基于科學本質觀的教學設計的具體流程如圖1所示。

（一）創設情境

在中學物理教學中，教師需要培養學生探究科學本質的興趣，讓學生進行思考和觀察，就有必要在課堂上根據教材內容創設物理情境，引導學生自主思考，分析并解決問題。物理情境的創設，不僅可以激發學生的學習興趣。而且當學生置身于物理情景中，更易于學生思考和接受物理知識。

（二）提出問題

教師在物理教學時提出問題可以幫助學生確立一個方向，引導學生進行思考與討論，來幫助學生為思考和學習科學知識做鋪墊。教師提出的問題不能過于簡單，過于簡單的問題會導致學生不能進行深入地思考或者深入地學習。因此，教師在提問題時，語言要精煉，同時要表達準確，避免造成歧義。

（三）滲透物理學史

這是最主要的部分，教師通過向學生介紹物理學史，借此來滲透科學本質觀。物理學史濃縮了人類揭開世界奧秘和令人興奮的科學探索歷程，濃縮了科學知識發展的過程，它不僅能呈現醞釀科學家創造新知識的背景，也能獲得當時科學科技發展與需求的資料。豐富的物理學史不僅為培養學生的科學本質觀提供了素材，而且能夠激發學生學習物理的興趣。

（四）實驗探究

物理是一門以實驗為基礎的自然科學，因此實驗教學在物理教學中占有舉足輕重的地位。實驗探究不僅能讓學生感受到物理的魅力，而且能夠增強學生的動手能力。學生可以親自動手做實驗的時候，能夠體會當時物理學家的探究過程，有助于學生的感知和認識科學本質。

（五）教師明示

在物理教學中，有關科學本質的內容是隱性課程，它需要教師在物理課堂教學中以各種教學方式來明確的表示。這是學生學習科學本質很重要的一步，正是因為明示的作用，前面的各個環節的意義和價值才能顯示出來。學生也正是因為這個環節，才能學習到物理課程中關于科學本質的內容。教學中融合的科學史教育不應是課堂的附加任務，也不能只靠教師敘述式的講解來完成，學生的主體性、探究性和知識技能目標的達成性，同樣重要。科學家的探究過程還是學生的探究性學習過程都能在某些方面體現科學的本質，如果教師能抓住教學時機，引導學生對這個過程進行反思，并通過師生之間的交流和相互修正，必然會更有效的幫助學生認識科學的本質問題。所以，教師應在關鍵的地方，以問題的方式進行教學。

三、基于科學本質觀的教學片段設計

下面我們以《自由落體》為例，介紹一下關于基于科學本質觀的教學片段設計。

（一）創設情境

1.教師向學生展示生活中有關自由落體運動的圖片或者是動圖;

2.教師向學生展示物理實驗中自由落體運動的動圖;

3.教師讓學生舉出他們想到的關于自由落體運動的實例。

設計意圖：在物理課堂開始，從生活實例入手，使教材中抽象的自由落體概念描述變成具體的學生能夠感知的實例，有助于學生理解自由落體運動。同時也能夠激發學生對自由落體運動的學習興趣和探究自由落體運動性質的欲望，為本節課提供一個良好的開端。

（二）提出問題

1.教師提問：同學們能否通過生活中的實例，談一下自己對自由落體運動的理解;

2.組織學生進行分組討論;

3.請每組派一個代表闡述他們本組的意見，同時教師進行評價;

4.教師進行總結，并提問：那么自由落體運動到底是什么運動呢？并說明這就是本節課所要研究的重點問題。

設計意圖：先引導學生進行思考與討論，開發學生的創造性思維。之后提出本節課所要研究的問題，明確本節課學習的重點，即探究自由落體運動的性質，為師生一起探究自由落體運動性質打下基礎。

（三）滲透物理學史

1.教師向學生講述有關自由落體運動的物理學史，從亞里士多德時代到伽利略時代，重點講述亞里士多德的觀點和伽利略的觀點;

2.教師向學生闡述亞里士多德觀點的缺陷及其時代背景;

3.教師向學生詳細介紹伽利略對自由落體運動的整個研究過程;

4.教師向學生提問：通過學習這段物理學史，同學們知道自由落體運動到底是什么運動了嗎？

5.教師提問：通過學習這段物理學史，同學們覺得科學家有哪些方面值得我們學習的呢？

6.教師進行評價，并引導學生學習物理學家實事求是和持之以恒的科學態度。

設計意圖：教師向學生介紹關于自由落體運動的物理學史，首先可以讓學生學習關于自由落體的相關知識，從物理學的角度入手，講授自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。然后，通過講述物理學史，可以讓學生了解到科學知識不是永恒不變的，是隨著時間發展。最后，可以讓學生學習物理學家的精神與態度。

（四）實驗探究

1.教師引導學生進行實驗，分組合作來探究自由落體運動的性質;

2.每組派代表展示結果，是否符合伽利略的結論;

3.教師進行評價與總結。

設計意圖：教師通過講授物理學史已經讓學生知道自由落體運動的性質，接下來引導學生親自做實驗來驗證，通過學生親身參與物理實驗來驗證物理結論，讓學生體驗科學家探究科學知識的過程，體會到其中的樂趣與艱辛，有利于學生理解科學的實踐性，進而培養學生正確的科學本質觀，同時又能培養其科學探究的能力。

（五）教師明示

1.教師請同學們回顧一下有關自由落體運動的物理學史，并找一位同學講述;

2.教師提問：同學們想一下，我們對自由落體運動的認識是不是經歷的很漫長的過程啊？

3.學生回答后，教師總結：同學們說的很好，其實我們對科學認識的過程是漫長的，充滿艱辛與曲折的，是無數科學家在經歷了無數次的實驗，不斷得出結論在推翻結論，一步一步發現探索出來的。我們要對科學懷有敬畏之心，向科學家們學習，學習他們不畏艱辛、用于探索的科學精神，認真嚴謹的科學態度。

4.教師提問：請同學們思考這樣的問題：伽利略是怎樣證明自己的觀點的？同學們有什么啟發嗎？

5.教師總結：科學知識不是永恒的，我們要有敢于質疑，不懼權威的精神。同時，我們知道伽利略是通過物理實驗來證明自己的觀點，推翻亞里士多德的觀點的。同學們，科學的理論要經過實驗的證明才行，所以我們要重視物理實驗，努力增強自己動手做實驗的能力。

設計意圖：教師在這一環節直接明示，目的是直接點明本節課的主旨，就是通過自由落體運動的物理學史和關于自由落體的實驗探究，幫助學生形成正確的科學本質觀。其中包括：幫助學生形成正確的物理觀念，培養學生的科學思維，提高學生的科學探究能力，和正確的科學態度與責任。

四、結束語

在本節課設計中，筆者滲透了科學本質觀的教育，注重物理學史的講解，通過實驗探究引導學生學習物理方法。其中，以物理學史為主、實驗探究法為輔對“自由落體運動”實踐了科學本質觀教育，目的是讓學生通過高中階段物理課程的學習，對科學有一定的了解與認識，提高實驗探究能力，有自己的見解，不迷信權威。最終，培養學生的社會責任感和正確的科學本質觀。

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基金項目：吉林省教育科學“十三五”規劃2017年度一般課題，課題名稱：核心素養理念下的職前教師教育改革研究，課題編號：GH170316。