單元視域下科學精神培養的初中物理教學設計

摘 要：科學精神包括理性思維、批判質疑、勇于探究等基本要點.本文以“電與磁”一章為例，通過單元知識序設計，培養學生理性思維;通過單元問題鏈設計，鼓勵學生批判質疑;通過單元探究題設計，促進學生勇于探究.培養學生的科學精神，促進物理學科核心素養的落實.

關鍵詞：科學精神;初中物理;單元;教學設計

中圖分類號：G633.7?? ??文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）20-0009-03

基金項目：2021年浙江省教研重點課題“雙向·雙核·雙維：指向深度教學的初中科學單元設計研究”（ 項目編號：Z2021022）.

作者簡介：王雄（1977-），男，浙江嘉興人，本科，中學高級教師，研究方向：中學物理教研工作、初中物理“理性思維”教育.

1 單元視域下初中物理科學精神培養存在的問題

科學精神是人類科學探索經驗和教訓的凝結.是科學的靈魂與核心，它使科學具有理論的普遍性、結果的可檢驗性、邏輯的嚴密性、構造的簡單性以及價值的多重性等寶貴品格[1].科學精神主要包括理性思維、批判質疑、勇于探究等基本要素[2]，是六大核心素養之一.《義務教育物理課程標準（2011年版）》提出：物理課程要讓學生學習初步的物理知識與技能，經歷基本的科學探究過程，受到科學態度和科學精神的熏陶，促進學生全面發展[3].由此可見，培養學生科學精神具有重要意義.但在日常教學中，教師往往重視物理知識與技能的教學，而忽視科學精神的熏陶.具體而言，存在以下問題：

學習知識淺表化，科學精神培養趨隱形化.當前的物理教學設計比較關注知識本身，較少關注知識中蘊含科學精神的挖掘，未將知識、方法、精神的培養視為物理教學的整體.再加上科學精神本身具有內隱性，在“遮蔽”的知識中，科學精神難培養.

學習參與表面化，科學精神培養趨靜態化.科學精神形成于學生在深刻參與物理活動過程中的批判與質疑.但在現實課堂中，學生學習被動接受多，主動思考少;模仿操作多，深刻思考少;學生學習沒有全心投入，在“靜態”的思維中，科學精神難形成.

學習評價單一化，科學精神培養趨表層化.科學精神需要真實合作.但在現實課堂中，教師因為擁有評價權，完全掌握課堂方向，導致學生合作學習會出現“為合而合，合而不作”等問題，合作與學生精神世界缺少聯接，在“單一”的評價中，科學精神難深刻.

這些問題，需要我們從教學設計與實踐中進行破解.鐘啟泉教授認為：“基于核心素養的單元設計是撬動課堂轉型的一個支點”[4].而單元學習因其具有整體性、相關性、系統性等特征[5]，這些特征與解決科學精神培養的問題相匹配.因此，我們嘗試將單元設計思維與科學精神培養進行相互勾連，尋找初中物理科學精神培養的路徑與策略.

2 單元視域下初中物理科學精神培養的設計

以“電與磁”一章為例，結合科學精神三個基本要點，通過形成單元知識序設計，培養學生理性思維;通過單元問題鏈設計，鼓勵學生批判質疑;通過單元探究梯設計，促進學生勇于探究，培養學生的科學精神.

2.1 注重知識的內涵挖掘，構建單元知識序，促進理性思維，讓科學精神從“隱性”到“顯性”

理性思維是一種建立在證據和邏輯推理基礎上的思維方式.《中國學生發展核心素養》對科學精神之理性思維的主要表現描述如下：崇尚真知;能理解和掌握基本的科學原理和方法;尊重事實和證據，有實證意識和嚴謹的求知態度;邏輯清晰，能運用科學的思維方式認識事物、解決問題、指導行為等[1].

理性是從一些信念到另一些信念的真達能力.所以，理性精神的核心是求真.求指“求取，探索”，真指“本原”[6].即探索本原、追求本原.物理教學中的求真指的是：學生針對經驗事實，收集足夠的證據，然后對收集的證據通過邏輯推理得出結論，判斷觀點正誤，讓他們學會從復雜的現象中撥開重重迷霧，探索物質的本質、屬性、運行規律，讓自然界呈現出它本原的樣子.

案例1：

在《義務教育物理課程標準（2011年版）》中“電與磁”這一單元的學習主要有以下目標：（1）知道磁體周圍存在磁場并能說出其證據.（2）通過實驗認識通電導線周圍存在磁場，知道通電螺線管周圍磁場的特點.（3）通過實驗認識通電導體在磁場中受力方向與磁場方向、電流方向有關.（4）通過實驗了解導體在磁場中運動時產生感應電流的條件.

結合單元目標及教材目錄，筆者從整體上把握單元結構，形成單元知識序.將“電與磁”分為三個部分.第一部分“磁現象 磁場”：介紹常見的磁體與磁場知識.第二部分“電生磁”：介紹奧斯特實驗及其應用. 第三部分“磁生電”：介紹電磁感應現象及其應用.通過羅列核心知識，結合單元知識鏈，讓理性思維顯性化（見表1）.

在物理教學中，理性是科學知識的基石與靈魂，要培養學生的科學精神，首要就是培養他的理性精神.康德認為：人可能正確地從生活經驗中得到知識，而從無序的生活經驗到有序的知識，正是因為有理性的加工.在本案例中，筆者對單元目錄進行分析，梳理單元核心知識點，形成單元知識邏輯序，并尋找知識背后所對應的“求真”元素.在這些過程中，學生獨立思考、重視證據和邏輯推理的意識都會得到增強，有利于促進學生理性思維的發展，讓科學精神培養從“隱性”走向“顯性”.

2.2 注重探究的整體驅動，形成單元問題鏈，引發批判質疑，讓科學精神從“靜態”到“動態”

所謂質疑批判，是指人用一種非?？b密的懷疑態度看待各種事物和從事各種活動.《中國學生發展核心素養》對科學精神之批判質疑的主要表現描述如下：具有問題意識;能獨立思考、獨立判斷;思維縝密，能多角度、辯證地分析問題，做出選擇和決定等[1].在物理教學中，教師通過問題驅動與串聯，引發學生的自我認知沖突，在分析論證中逐漸糾正錯誤，可以培養學生的批判質疑精神.

案例2：“磁場”部分的問題鏈設計如圖1所示.

我們通過“指南針為什么能指南北？”這個熟悉但不一定熟知的生活情景問題引入，能很好激發學生的學習興趣;通過4個連續性的問題，串聯有關磁極、磁場、磁感線等核心知識，通過問題驅動，引導學生從感性走向理性.而“地磁場有哪些特征？”的設計作為學習支架，將學生的思維引回到核心問題上，最終指向核心問題的解決.這樣問題鏈的設計不僅串聯核心知識，更重要的是串聯學生的思維，有利于學生科學思維的培養.

“電磁轉換”部分的問題鏈對比設計如圖2所示.

從單元整體的設計視角，進行對比設計，從電動機、發電機的現實情景引入，以“電與磁之間是如何轉換？如何設計實驗？如何觀察與測量其磁場特點？”為問題鏈.通過現實情景—設計實驗—電磁轉換的相互運用和問題鏈，加強科學探究中要素“設計實驗”的培養.突出科學探究的“實踐證據與科學論證”.另一方面基于“自然界中各種自然現象之間應該存在著相互聯系”思想，通過“電生磁”推理“磁生電”.這種思維方法與探究設計有利于學生進一步形成“世界是由物質構成的，物質之間是相互聯系的”物理觀念.

波普爾指出“質疑”是科學精神的核心，沒有質疑就沒有批判.在本案例中，筆者基于單元設計視角，通過問題鏈的設計，驅動單元的整體探究，從而讓學生經歷真實的批判質疑過程;讓學生初步形成“我愛我師，我尤愛真理”的批判質疑精神，讓科學精神從“靜態”到“動態”.

2.3 注重合作的深度學習，架單元探究梯，導向勇于探究，讓科學精神從“平面”到“立體”

探究是人在遇到問題時產生的一種探求答案的欲望和伴隨而來的一系列思維和行為方式 .《中國學生發展核心素養》對科學精神之勇于探究的主要表現描述如下：具有好奇心和想象力;能不畏困難，有堅持不懈的探索精神;能大膽嘗試，積極尋求有效的問題解決方法等[1].在物理教學中，教師應當針對學生的疑難困惑刨根問底，引導學生設計實驗探究，使得學生在合作中形成多元路徑、多條思路與多種可能，拓寬學生思維，可以培養學生勇于探究的精神.

案例3：

從單元視域下，“電磁感應”這一節是本單元核心，能很好地培養學生理性思維、質疑能力、探究精神.在“電磁感應”教學設計中，為了突破電磁感應現象實驗設計的難點、突出勇于探究的要素，我們把實驗過程分為三大模塊：一是“線圈的一側在磁場中靜止時”的三種情況.二是“線圈的一側在磁場中運動時”的三種情況.三是“導線靜止而磁體運動時”的三種情況.并進行不同層次的設計（見表2-4）.三個小組進行實驗并交流分享，形成九種情況，得出實驗結論.

蘇霍姆林斯基說過：“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，就是希望自己是發現者、研究者、探索者.”在本案例中，教師引導學生將總實驗分解成子實驗，通過不同層次的設計，讓探究過程形成階梯式上升，讓探究不斷深入.在這個過程中，引導學生自主設計實驗方案和實驗記錄表，通過表格的分類與梳理，通過小組合作實施，讓學生人人參與.在“參與式學習”中，體驗探究者的角色，通過分工、合作促進學生勇于探究精神的養成，從而讓科學精神從“平面”到“立體”.

3 單元視域下初中物理科學精神培養的關鍵點

物理教育是培養學生科學精神的重要場域，物理學科核心素養中的“科學態度與責任”也隱含科學精神培養的要求.就課堂教學而言，科學精神的培養還要注意三個結合.

真實情景+核心問題結合.科學精神的培養以問題為支架，以情境為載體，突出問題與情景的匹配，突出情景與問題的整合，以科學探究活動為明線，以實驗為抓手，以科學精神教育為暗線，學生核心素養的培養才能得以落實.

學生主體+教師主導結合.科學精神的培養主體是學生，這一點毋庸置疑，所以我們在設計過程中要加入學生提問、探究、實踐;但同時，這一過程也離不開教師的主導作用，教師通過精心設計、精準預見、精彩準備，為科學精神的落實保駕護航.

科學精神+人文精神結合.科學精神和人文精神都是人類精神的內在組成部分，單獨強調一方面不可能建構完整的人類精神世界.所以在教學設計中，教師要關注科學與人文的結合，讓核心素養在科學精神與人文精神的融合中形成.

參考文獻：

[1]張會亮.我國科學教育政策的梳理分析[J].科普研究，2017，12（04）：77-82+88+108-109.

[2]吳建鵬.大概念視角下高中物理大單元教學建構與設計——以“牛頓運動定律”教學為例[J].中學物理教學參考，2021，50（11）：25-27.

[3]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[4]鐘啟泉.單元設計：撬動課堂轉型的一個支點[J].教育發展研究，2015，35（24）：1-5.

[5]楊思鋒.單元教學設計——以人民教育出版社版《物理》（九年級）“電與磁”一章的教學為例[J].物理教學，2020，42（10）：37-41.

[6]潘蘇東，童大振，汪大勇.中學物理單元教學設計流程的探討[J].物理教師，2021，42（04）：11-13+17.

（收稿日期：2021-07-09）