在物理學科中培養學生科學態度與責任的教學策略及案例

王玉春 張 曉

（北京市第二十中學，北京 100085）

1 “科學態度與責任”及其重要性

1.1 對“科學態度與責任”的理解

中學物理課程標準中指出：“科學態度與責任”是指在認識科學本質，認識科學·技術·社會·環境關系的基礎上，逐漸形成的探索自然的內在動力，嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態度，以及遵守道德規范，保護環境并推動可持續發展的責任感.

在人對自然的認識與實踐活動中，科學態度與責任具有決定性的導向作用，是人的科學素養的核心要素，應該是貫穿于整個中學物理教學過程中，在學生形成物理觀念、提升科學思維能力和培養科學探究能力過程中逐步滲透的.如何通過日常教學使學生對“科學本質”的認識能力逐步提高，培養學生嚴謹的科學態度，進而提升學生的科學素養，直至最終形成學生的科學精神，是所有中學物理教師需要思考的問題.傳統物理教學的內容體系與教學模式更多是注重于知識點的講解與應用，缺乏對物理學史的挖掘及認識過程中的科學方法的教育，對學生的自主探索、勇于實踐等方面的能力鍛煉較少，因此對學生科學精神的培養也較少.隨著課程改革的不斷深入，在物理教學的實施過程中，日益重視對科學本質的認識和對科學精神的培養，其內涵、教學策略與途徑需有進一步的認識和發展.

1.2 應重視對“科學態度與責任”的研究及在物理課堂教學中的落實

（1）經過全面、科學的統計，在物理學科核心素養的研究中，學者們大多數集中在物理觀念、科學思維、科學探究方面，科學態度與責任方面的深入研究并不多見，這與國家提出的核心素養的初衷還有一定差距，我們還是要注重培養學生的科學態度與科學責任，并在教學中不斷研究、形成切實可行的教學策略.

（2）在教學設計中，科學態度與責任這方面的體現也不是很充分.多數是從愛國主義教育和保護環境這些方面去設計，尤其是對學生“科學本質”的培養不夠.在多數專家的新課標學習輔導講座中也是一帶而過，挖掘不夠.要想培養出真正的能夠對人類科學發展做出突出貢獻的科學家，這方面素養的提升是非常重要的，甚至比科學知識本身更重要.

在培養學生的科學態度與責任的教學過程中，應對教學資源和內容進行整合，并且在教學設計中有明確的體現，形成較為完善的教學策略.筆者思考如下，供讀者參考.

2 培養學生科學態度與責任的教學策略

2.1 關于“科學本質”的教學策略

在物理課堂教學中要充分利用好物理學史這一教學資源.通過學習物理學史，一方面能夠了解科學家是如何研究某一問題的，另一方面能夠從中學到科學家們的一些重要的科學研究方法及其演化過程，在形成學生的科學思維能力的過程中逐步提升對科學本質的認識能力.

在教學中要讓學生充分認識到物理學的研究是建立在科學觀察和實驗的基礎上進行的具有創造性的工作.所以，在教學中要注意每一個概念和物理規律的得出過程，能做實驗的就一定要做實驗，即便有些實驗還不太完美，還比較費時間，教師只有長期這樣做了，才能使學生逐步認識到科學本質.

同時，也要讓學生認識到科學研究就是在觀察和實驗的基礎上的一種科學的抽象活動.比如，在“彈力”概念的教學中，讓學生能夠從生產、生活中的現象抽象出形變、彈力的概念，并體會物理學建立概念的一般性的科學方法：從簡單到復雜，從個別到一般的歸納方法.并讓學生體會建立物理概念的重大意義.學生的科學抽象能力只有經過學生不斷地體會，才能逐步形成.

通過物理課的學習，要讓學生充分認識到科學是不斷向前發展的，很多科學原理具有持久性和普適性，同時也有局限性.比如：講萬有引力定律時，引導學生充分認識到其在解決天體問題時具有的重大意義、普適性；同時，結合相對論初步的講解，認識到其局限性.講近代物理時，在進行教學設計時要給予充分的考慮，通過引導學生在認識原子和原子核的組成時，要以問題引領學生的思維.這樣，學生就會逐步認識到科學本質.

2.2 關于“科學態度”的教學策略

逐步形成學生正確的科學態度的第一步：我們的教學設計和學生的學習過程，要考慮到激發和保護學生的好奇心，因為好奇心是創造力最活躍的因素.教師的問題設置就顯得比較重要了，通過問題引領學生探索自然規律.

自始至終要培養學生實事求是的科學態度，無論是建立一個科學概念還是處理一個實驗數據.教師要在這方面起到榜樣的力量；并且，不要回避教學過程中每一個難解決的問題，這對學生形成科學精神至關重要.在課堂教學中對于學生學習過程中生成的問題，要和學生一起認真對待、解決，實事求是.即便當時解決不了，也不能隨意對付過去.其實，課堂教學最好是能激發學生更深層次的思考.

與人合作的習慣和意識，需要培養.在物理教學中有以下幾個地方教師們要特別關注：（1）實驗課，尤其是學生分組實驗，要在課堂上引導學生分工合作，共同完成實驗、分析實驗數據和誤差.（2）課堂上要設計一些需小組討論的問題，要有小組交流展示環節.（3）作業講評前讓學生討論，每次在作業講評前先讓學生討論5 min左右的時間.這樣一些個性化的問題就能很好解決，教師再講時，解決的就是整體出現的共性的問題.長時間堅持這樣做，好處有：（1）課堂的效率提高了，使課堂真正成為了高效課堂.（2）學生間互相講題，提升了用自己的語言表述一個物理問題的能力，達到了真正理解物理概念、規律的目的.（3）在學生間的辯論中，對很多問題加深了理解.尤其是自認為理解的知識，在給別的學生講解過程中才發現掌握的不到位.這樣，豐富的物理教學活動，才能使學生不斷養成合作交流意識和提升這方面的能力.教師要引導學生養成既能堅持自己的觀點，又能修正錯誤的科學態度.鼓勵學生主動與他人合作.使學生認識到，在科學研究的歷程中，有很多科學家成績的取得都有賴于與他人的合作，因為，每個人的研究方向不同，思考的問題不同，擅長的領域和研究方法不同.相互的融合、借鑒、啟發，才使我們取得當今社會的科學成就.即便在我們完成學業和獲取知識過程中，與人交流和合作是應有的素質，是一種科學態度.在中學物理課堂教學中應該創設機會，讓學生養成這種習慣.在一些課題研究中，讓學生在交流合作中獲得取得成績的喜悅，真正懂得交流和合作是科學研究過程中必備品格.這對培養學生的科學素養非常有好處.

在課堂教學中培養學生實事求是的科學態度.在一些實驗結果的處理中，應本著實事求是的科學態度來正確看待實驗數據和處理實驗數據，認真分析實驗誤差，絕不弄虛作假，養成良好的科學道德規范.在學習科學家的研究的過程中，也要正確看待科學家在特定歷史時期出現的認識上的不足，尊重別人的研究成果，并學會修正錯誤應有的方法和態度.

2.3 關于“社會責任”的教學策略

在教學中要強化物理學的發展在不斷促進技術的進步的同時，還應注意與社會的發展、保護環境的關系，讓學生有一種社會可持續發展的意識.能依據普遍接受的道德與規范認識和評價物理研究與應用.這就需要我們教師在進行教學設計時考慮這方面的因素，不能靠灌輸，而在于滲透.比如：在講航天航空事業的發展時，讓學生知道要和平利用太空，合理、可持續的利用太空資源.在講到核能的利用時，一方面要讓學生明白理論的突破可推動技術的進步，另一方面也必須明確，在利用科技上的進步來改變我們的生活的同時，要關注核能的利用對環境的影響，與人類發展的深刻關系.教學中要讓學生充分表達自己的觀點，并且在網上查閱資料，能夠認識到科學進步對社會發展的影響.也讓學生能夠認識到，人類的發展應該注意可持續性，使得人與自然的和諧發展.這有利于提升學生整體的素質和培養合格的接班人.

2.4 利用好教學資源培養學生的科學態度和社會責任

培養學生的科學態度和社會責任需要我們教師不斷捕捉可利用的教學資源，不斷滲透，不能刻意為之，是一種思考問題的習慣，是一種科學素養.以下略舉幾例.

在討論“速度與現代社會”的過程中就學生學過的速度概念來聯系社會的發展，使學生認識到科技進步對社會發展的影響，并提出了：交通工具是不是速度越快越好的問題，這對學生樹立可持續發展的觀念和養成質疑的習慣非常有好處.

在探尋法拉第建立場的概念的過程，通過學習法拉第及麥克斯韋等科學家對電磁本質的深思以及他們的科學研究方法和思維方法，使學生們樹立和豐富正確的物理觀念起到了很好的作用，也使學生的心中埋下了一顆想要探究科學本質的種子，也會從他們的研究過程中學到一種求真務實的科學態度.這對培養學生對學習和研究物理的內在動力產生很重要的作用.同時，通過人們對場這種物質的認識歷程也使學生形成更加規范、嚴謹的科學態度.

在必修3“法拉第與電氣化時代”一文中，使學生體會到，科學家的重大發現和取得研究成果，其實源于對以往知識的熟悉和新鮮事物的敏感.另外，科學研究的真正動力是科學家們具有的社會責任感，并非功利利益.充分認識到物理研究是一種對自然現象進行抽象的創造性的工作，理解科學本質.

通過學生對美、加、英發生大面積停電引發的思考，認識到科學技術與社會的關系，從而引發更多的思考：人類有必要在這樣大的程度上依賴技術嗎？這對學生能依據普遍接受的道德與規范認識和評價物理研究與應用，具有保護環境、節約資源、促進可持續發展的責任感有重要的意義.在選修2《輸電技術的發展》一文中，使學生充分認識到物理學是人類認識自然的方式之一，是不斷發展的；并讓學生體會到研究物理在技術和社會發展中的重要作用，激發學生學習物理的內在動機，實事求是，既能利用已有的科學成就又能根據社會的發展，不斷發展科學理論及技術；對學生養成保護環境、節約資源、促進可持續發展的良好習慣也是一個很好地教學素材.

3 教學案例

3.1 教學案例1：萬有引力與宇宙航行

（1）在人類探索行星的運動的規律過程中，包含有非常豐富的科學研究問題的方法和思維方法，以此為依托，可以很好的提升學生對“科學本質”的認識能力.

古代天文學家托勒密雖然提出了地心說，但托勒密也是長期觀察天體的運行規律后，才得出的結論.要讓學生體會到物理學的研究是建立在觀察的基礎上的一種創造性工作，提出的理論需要接受實踐的的檢驗，要和自然規律相吻合.所以，為了解釋行星的逆行，古希臘人提出一個理論，提出了“輪上輪”的物理模型.開普勒以全部的精力研究了第谷的觀察數據，并用哥白尼的學說，按照圓周運動的觀點思考問題，以此得到的計算結果和第谷的觀察數據有些偏差.開普勒的偉大之處在于他的工作的創新性，這體現了偉大科學家的科學素養，他相信和尊重第谷的觀察數據，對完美的圓周運動提出了質疑.推動物理學的發展過程中，最活躍的因素就是大膽的猜想，當然也需要小心求證，開普勒就用了9年的時間去不斷探索和進行了大量復雜的計算.在其中，很好地體現了物理學的發展是一門具有創造性的工作，并且不斷向前發展著.在開普勒行星運動定律學習過程中，可以使學生認識到物理研究是一種對自然現象進行抽象的創造性的工作.

在教學中，我們不要急于批判托勒密及其他幾位科學家的理論的不成功，而要引導學生沿著科學家的足跡，體會人類認識自然的科學本質的過程中體現出來的思維過程和探究方法.對這種思考問題的方式的深入體會，才能使學生不斷提升科學素養.

（2）萬有引力定律的提出和發展過程是人類對自然現象的又一次解釋與深入思考過程，是對科學本質的逐漸認識過程.

什么是科學，就是在大量的自然現象背后遵循的本質規律.萬有引力定律的發現過程的教學片段，是提升學生科學素養難得的好的素材和載體，要利用好.通過歷史上科學家們對這些問題的思考，讓學生體會到：在尋找運動現象背后的規律時，認識是逐步深入的，但一直是在科學本質的探尋道路上不斷前進著.在這一過程中，也必然會用到科學探究的方法和推理、論證的科學思維方法.

萬有引力定律的得出過程，很好的體現“科學本質”的幾個核心要素：科學抽象、創造性，規律的相對持久性、普適性和局限性.

隨著引力常量的得出，又測量了多種物體間的引力，所得結果與利用引力常量G按萬有引力定律計算所得的結果相同.引力常量的普適性成了萬有引力定律正確性的有力證據.萬有引力定律對人類認識宇宙和進行宇宙航行起到巨大的指導作用，讓學生體會到物理學的基本規律得出的重要性.相對論時空觀與牛頓力學的局限性一節課的教學不是可有可無，使學生對“科學本質”的整個認識體系的形成起到很重要的作用，使學生能夠客觀看待物理規律，這對學生形成正確的科學態度和科學世界觀至關重要.

在以往的教學中，教師們更加關注的是在推導過程中的科學思維能力和科學探究能力的培養和提升，這是應該的.但作為教師，如何把學生培養成具有理性思維之人，不能缺乏對“科學本質”認識、方法層面上的引領和教學設計中的相關體現.

（3）以本單元豐富的物理學史為載體，幫助學生逐步形成正確的科學態度與促進社會責任感.主要是以下幾個方面進行.

① 對物理學有較強的學習和研究興趣.

歷史上，人類對行星的運動及其運動原因，到后來的萬有引力定律的發現過程，凝聚著眾多科學家的智慧和心血.從古代天文學家托勒密，到哥白尼、第谷、開普勒、伽利略、笛卡爾、胡克以及牛頓等科學家，他們對科學的發展都做出了突出的貢獻.在教學中，可以采取查閱資料等豐富的教學形式讓學生體會到他們在科學研究的道路上所表現出來的共同特征：他們對探索自然規律的熱愛、有科學的研究問題的方法以及較強的學習新知識的能力和意識.比如：天才的觀測家第谷，用了畢生的精力觀測行星的運動.是什么力量能夠支撐著他去完成這項艱巨的工作？是興趣，是對神奇宇宙的好奇.怎么能讓我們培養的學生在以后也能沖頂諾貝爾獎，我們中學物理教師有責任做好潛移默化的影響和方法教育，要不斷激發學生對科學研究的興趣和培養科學精神.這需要我們教師不斷設置教學情境和有價值的問題，引發他們的思考，還要注重保護學生的對自然探索的好奇心.這些是很難靠刷題來實現的.再比如：開普勒之所以偉大，在于能夠在第谷大量的觀測數據的基礎上，進行不斷地探索、復雜的計算、歸納總結和科學抽象，發現了現象背后的本質規律：行星的運行規律.牛頓將運動與力建立聯系，將行星的運動（向心加速度）與需要的力（太陽對行星的引力）聯系起來了，并且進行了更加深入的思考：將天上的力和地上的力統一起來，最終發現了萬有引力定律.要引導學生學習牛頓對自然現象的解釋與深入思考，對科學本質的逐漸認識的習慣與探索的精神.

②實事求是的科學態度.

開普勒對火星軌道的研究發現其計算結果和第谷的觀測數據有較大的偏差時，對第谷的觀測數據深信不疑，開始對完美的圓周運動進行了質疑，經過艱辛研究，終于發表了開普勒三定律.很好地體現了科學家實事求是的科學精神，這正是要讓我們學生應該具備的品格.

哥白尼、布魯諾的學說，體現了理論上突破，改變了人們的思維觀念，從而推動了人類的進步.應該引導學生深層體會到他們在追求科學真理的道路上為人類做出的巨大貢獻和表現出來的科學態度和科學精神.

③能夠深刻認識到科學·技術·社會·環境存在相互聯系.

很多著名的科學家就是在強烈的探索自然規律的好奇心的指引下，進行了理論的突破.我們要引導學生體會科學理論上的突破對技術的巨大作用以及其中豐富的科學思維方法.正是萬有引力定律的發現，才使人類實現了飛天的夢想，極大地改善和豐富了人類的生活.同時，要引導學生認識到技術的發展對社會和環境的影響.比如：北斗導航系統對于我國的重大戰略地位和對我國人民生活改善的巨大作用.這樣，結合具體的科學技術發展事例來不斷激發學生對科學的真正熱愛.

3.2 教學案例2：伽利略關于落體運動的研究

本節課的主要教學過程如下.

（1）思考與討論（一）.

① 亞里士多德關于落體運動的觀點和伽利略的觀點有何不同？是對什么因素的考慮不同才使他們有不同的觀點？

教學意圖分析：這個問題的提出，是后續的一系列討論的基礎.亞里士多德認為物體下落的快慢是由它們的重量決定的，伽利略認為只有一種可能性：重物與輕物應該下落得同樣快.是由于對空氣阻力考慮的不同才使他們有著不同的觀點.這個問題的設置是為了讓學生認識到物理研究是建立在觀察和實驗基礎上的一項創造性工作，他們的分析都是基于觀察、推理后得出的不同觀點.對這一問題的科學本質的認識過程中，課堂上不急于批判亞里士多德的錯誤，要引導學生認識到他們對空氣阻力考慮的不同著眼點，體會到伽利略在科學抽象過程中對空氣阻力的創造性思考，讓學生逐步養成實事求是的科學態度和尊重他人研究成果的習慣，要理性思維.

② 兩位科學家的研究方法有何不同？

教學意圖分析：亞里士多德經歷了觀察、歸納和得出結論的過程，伽利略經歷了觀察、猜想、推理和論證（邏輯推理、實驗驗證、數學演繹）和得出結論的過程.這使學生認識到物理學是人類認識自然的方式之一，是不斷發展的，并且認識到物理學的科學研究方法對科學本質的認識的重要性.通過對兩位科學家的研究方法的比較，充分認識到他們之所以能夠得出不同的結論的原因.對這一問題的思考過程，實際上就是學生科學素養的提升過程.并且要讓學生學習他們的對自然的好奇心和實事求是的科學態度.

③ 亞里士多德難道想不到“重物下落、輕物下落、及其捆綁下落……”這樣的邏輯推理嗎？

教學意圖分析：這一教學安排主要是想培養學生實事求是的科學態度，當然也是一個開放的問題，是沒有固定答案的.亞里士多德是一位偉大的哲學家，他應該能夠想到這種邏輯推理，那為什么他還堅持認為物體下落的快慢是由它們的重量決定的呢？不能說是亞里士多德沒有考慮空氣阻力，這正是他考慮了空氣阻力才得到這樣的結論；他是在觀察的基礎上歸納得出的結論，是有著實事求是的科學態度的.現在我們知道，若一個物體的速度比較大時，阻力差不多跟速度的平方成正比，再結合當物體下落的速度達到一定值時，重力和阻力就會相等，會得到一個收尾速度.推導的結果就是對于在空中下落的物體的收尾速度和質量有關，差不多是“越重的物體下落的越快”.學生在討論中得出不同的觀點都是可以的，只要有依據.伽利略對落體運動的理論是如何發展的？我們要向他學習什么？伽利略的偉大之處在于在觀察身邊事物的基礎上，進行一系列科學思維和探究活動，能夠抽象出自由落體運動的物理模型，讓學生充分認識到科學思維方法在物理研究中的重要性，并認識到物理研究是一種對自然現象進行抽象的創造性的工作.

（2）思考與討論（二）.

①伽利略的實驗研究首先遇到的困難是什么？

教學意圖分析：伽利略首先面臨的困難是概念上的，因為那時人們連速度的明確定義都沒有.因此，對伽利略來說，必須首先建立描述運動所需的概念.讓學生體會到科學概念對物理學的發展的重要意義.我們要學習伽利略那種研究物理的強烈內在動機.

②伽利略猜想落體運動是一種最簡單的變速運動，伽利略的猜想是基于對自然界怎樣的信念？

教學意圖分析：學習科學家在研究問題時對科學本質的思考過程中體現出來的豐富的物理思想.

③伽利略當時是怎樣理解速度均勻變化？相對于速度，長度的測量比較容易；時間該如何測量？

教學意圖分析：讓學生體會到物理學是人們認識自然的主要方式，通過課堂上的幾位學生同時用手機測小球下落時間的體驗，體會到這種在觀察和實驗基礎上的具有創造性的科學思維活動，并且是逐步發展的.

（3）思考與討論（三）.

① 面對物體下落太快，時間測量的困難，伽利略采用什么辦法來克服困難？

②小球沿斜面向下的運動并不是自由落體運動.伽利略的實驗怎么就說明自由落體運動是一種勻加速運動呢？

教學意圖分析：在推理、探究過程中讓學生們體會到當科學研究遇到困難后，應該有實事求是的科學態度和運用物理學規律不斷發現問題、尋找規律的習慣和意識；并體會科學研究方法對于物理學的重要性.

（4）實驗結果.

① 只要斜面的傾角一定，小球的加速度就是相同的；② 不斷增大斜面的傾角，小球的加速度隨傾角的增大而變大.③ 換質量不同的小球，結論一樣.

教學意圖分析：在科學推理和論證過程中培養學生在科學研究過程中嚴瑾認真的科學態度.

（5）體驗斜面實驗.

實驗儀器：一個大水桶（帶有控制閥門的出水管），3個25 m L的帶刻度的量筒，自制軌道（兩個4 m長的鋼管并在一起），小鋼球.

教學意圖分析：通過學生的實踐體驗過程，感受到伽利略的對落體運動研究過程中物理實驗在物理研究中的重要性；并能真正體會到伽利略的這個實驗所蘊含的豐富的物理思想和科學思維方法.同時，也是在科學本質的探尋過程中培養學生嚴瑾、認真的科學態度很好的教學載體.