對物理學科核心素養“科學態度與責任”的探討

鄧東東 嚴桂林 紀曉晗 葉菁

［摘 要］隨著《普通高中物理課程標準（2017年版）》的頒布，物理學科核心素養成為物理教育者關注的焦點。物理學科核心素養包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任四個方面，受傳統教育的影響，“科學態度與責任”素養的培養常常被忽視。文章基于對“科學態度與責任”的理解、評價、培養以及教學示例，探討在情境教學、實驗教學、反思教學、物理學史教學中培養學生“科學態度與責任”素養的策略，以供教師參考。

［關鍵詞］科學態度與責任；物理學科核心素養；科學本質；科學態度

［中圖分類號］ ? ?G633.7 ? ? ? ?［文獻標識碼］ ? ?A ? ? ? ?［文章編號］ ? ?1674-6058（2024）02-0046-04

隨著《普通高中物理課程標準（2017年版）》的頒布，物理學科核心素養成為物理教育者關注的焦點。物理學科核心素養主要包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任四個方面。經過上一次的課程改革，教育者在知識觀、學習觀、教學觀上有了更深刻的認識，并在實踐中取得了一定的成效。雖然在培養學生的科學思維和科學探究能力方面已經有了很大的改觀，但由于受傳統教育的影響，“科學態度與責任”素養的培養常常被忽視。四個物理學科核心素養缺一不可，物理觀念是基礎，科學思維是核心，科學探究是方式，科學態度與責任是必備品格和育人的最終目標［1］?？茖W態度與責任是學科核心素養目標實現增值的關鍵參量，有學者用“素養=（知識+能力）態度 ”這一表達式來加以闡述［2］。這足以說明科學態度與責任的重要性。因此，我們有必要討論在物理實際教學中如何更好地培養學生的“科學態度與責任”素養。

一、對“科學態度與責任”的理解

“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?！翱茖W態度與責任”主要包括科學本質、科學態度、社會責任等要素［3］。

（一）科學本質

科學最初被理解為結果，即知識的積累；接著被理解為過程或者方法［4］。 例如，早期的物理學家伽利略和牛頓通過科學探究，歸結出了運動學和萬有引力定律等基本物理學原理，為我們提供了對自然界的認識基礎。然而，隨著認識的加深，人們發現經典力學的知識并不適用所有情況。知識是發展的，注定了科學也是發展的。以現代物理學為例，相對論和量子力學的發展將物理學的理解提升到了一個新的層次。愛因斯坦的相對論改變了我們對時間、空間和引力的理解，而量子力學引入了微觀世界的不確定性原理。這些新的物理學理論需要更復雜的實驗設計和數學模型來驗證和解釋現象，將科學的焦點從已知事實轉向了不斷的實驗、觀察和理論構建。舉例來說，物理學家通過粒子加速器（如大型強子對撞機）的實驗，成功探索了亞原子領域，發現了新的粒子及其相互作用。這不僅豐富了物理學的知識庫，還展示了科學作為一種過程的本質，以及需要不斷的實驗和理論修正來推動前沿研究?？茖W從知識到過程的理解反映了它的不斷演進和發展?？茖W作為一種方法，通過實驗、觀察和理論構建來不斷深化我們對自然規律的理解。

（二）科學態度

科學態度是個體對科學對象、科學現象、科學過程、科學事實、科學理論以及科學研究等持有的穩定的心理傾向，它涵蓋幾個關鍵方面，如好奇心、實事求是、追求創新和合作分享［5］。

好奇心是科學態度的核心之一。它激發了人們對未知世界的渴望，推動人們提出問題、進行研究和尋求答案。好奇心促使科學家和研究人員進行深入的觀察和實驗，以解開自然界的謎題。例如，著名物理學家庫里·佩林在好奇心驅使下進行了對宇宙射線的研究，從而有了重大的科學發現。實事求是是另一個重要的科學態度。實事求是意味著在科學研究中應真實記錄數據和現象，再根據觀察和實驗的結果，提出客觀和準確的解釋。例如，當麥克斯韋提出電磁理論時，他依賴實驗證據來支持他的理論，這種實事求是的態度確保了科學的可靠性。追求創新也是科學態度的一部分。科學家不斷努力尋找新的方法和理論，以改進人們對自然界的理解。例如，愛因斯坦的相對論是一項革命性的創新，它重新定義了人們對時空的理解。而合作分享是科學態度的關鍵要素?？茖W家通常在團隊中合作分享他們的觀點、數據和發現。這協作精神有助于推動科學的進步。例如，國際空間站（ISS）是多國科學家合作研究宇宙的杰出例子。

因此，科學態度是一種綜合性的心理傾向，它鼓勵好奇心、實事求是、創新和合作，這些因素共同推動科學不斷發展和進步。

（三）社會責任

社會責任是在研究和應用科學時意識到自己的道德責任，將科學知識與社會需求相結合，促進可持續發展，包括熱愛自然、保護環境、合作參與社會決策。例如，科學家在開發新能源技術時，不僅要關注技術的創新，還要考慮其對環境的影響，確保能源生產不對生態系統造成破壞。又如，積極參與社會決策，提供科學依據支持政策制定，推動社會朝著可持續的方向發展。這種綜合性的社會責任有助于人們在利用科學為人類謀福祉的同時，學會保護自然環境并維護道德標準。

培養科學態度是追求科學本質的必然過程，而科學態度又反過來引導人們對科學本質進行不懈追求。追求科學本質為人們履行社會責任提供了堅實的基礎，同時，社會責任也促使人們更深入地探索科學本質。科學本質、科學態度、社會責任三個要素相互交織，廣大物理教育者應加強對“科學態度與責任”的理解，這是落實核心素養培養目標的第一步。

二、對“科學態度與責任”的評價

教學評價在教育中具有多重作用，它有助于發現問題，改善教育效果，優化教學方法，評估教師表現，為政策決策提供數據，同時促進學生全面成長。分析新課標對科學態度與責任的定義，結合課程目標和核心素養的五個水平，可以得出科學態度與責任的評價關鍵要素為好奇心、對道德和規范的認識、可持續發展的責任感、學習物理的內在動機、抵制不實行為與遵守道德規范［6］?？梢詤⒖急?對學生的科學態度與責任的發展作出評價。

三、“科學態度與責任”素養的培養

（一）在情境中思考

課前導入環節的情境創設在物理教學中至關重要。根據建構主義理論可知，創設一個引人入勝的情境可能直接影響一堂課的成功。成功的情境導入能夠激發學生的好奇心和學習興趣，引發學生思考和質疑，幫助學生體會物理學的實用價值，并引發對倫理、道德和社會責任的思考，為更深入的學習奠定堅實的基礎。

例如，在教學“能源”章節時，教師可以在課前向學生展示我國的能源工程建設，如光伏發電、核電站、火電站等，并提出相應的問題讓學生進行討論。比如，太陽能發電的原理是什么？火力發電對環境有什么影響？核電站潛能巨大，但如果發生核泄漏怎么辦？通過此情境可以激發學生的好奇心和學習興趣，使學生體會到物理學的實用價值，以及產生保護環境的意識。

（二）在實驗中探索

實驗是物理的基礎，是追求科學的過程，是實踐的過程，是質疑的過程，是培養批判性思維、求實精神的過程，是學生親身體驗的過程。因此，實驗在培養學生的科學態度與責任方面發揮著不可替代的作用。實驗的過程包括提出問題、作出假設、設計實驗、進行實驗、收集數據、分析數據、得出結論、撰寫報告和不斷改進。首先，提出問題時就是質疑的開始，是好奇的體現，教師應鼓勵學生積極提出問題。其次，作出假設需要一定的事實依據，可培養學生實事求是的態度。再次，收集數據和實驗現象記錄需要真實，不能憑空捏造，這是嚴謹求實的態度體現。最后，對實驗結果的討論能培養學生的批判性思維。

（三）在反思中深化

課后反思是學生在學習某個內容后重新審視學習過程的關鍵環節。這是一項有助于提高學生元認知能力的有益活動，也是一個深化學習的過程，我們應該抓住機會引導學生進行課后反思，從而培養學生的科學態度與責任素養。

例如，在物理教學中教師可以設計適當的課后反思問題引導學生反思，如實驗設計是否合理？是否考慮了控制變量？是否準確記錄了實驗數據（包括測量值和觀察結果）？是否遵循了實驗室安全規定？是否采取了必要的安全措施？是否能夠清晰地解釋實驗現象或物理原理？通過對課后反思，學生不僅加深了對物理知識的理解，還培養了對科學實驗負責和謹慎的態度，并逐漸養成了反思的良好習慣。

（四）在歷史中升華

物理學史是物理學領域的珍貴遺產，它記錄了一系列理論、發現和杰出科學家的奮斗歷程。物理學史蘊含豐富的教育價值。通過深入研究科學家的研究歷程，我們能夠獲得寶貴的經驗財富。首先，物理學史強調科學方法（如觀察、實驗、推理和驗證）的重要性。其次，物理學史體現持之以恒的嚴謹態度，其中包括不斷反思、修正和完善理論。物理學史還教導我們要有克服困難的堅忍精神，以及無私奉獻的精神。物理學史還強調了促進社會發展和人類進步的責任感，因為許多物理學家的工作直接或間接地造福了整個人類社會。這些歷史都在啟發和指引今天的科學家和研究者，為推動科學和社會發展貢獻自己的力量。

例如，教師可以向學生講述費爾米的故事。費爾米是一位杰出的物理學家，他的生平充分展現了堅韌不拔、無私奉獻的優良品質。他的堅韌不拔體現在他的科研工作中，不僅在量子物理和核物理領域取得了杰出成就，還創立了費米子統計，對理論物理有深刻的影響。他無私奉獻的精神在曼哈頓計劃中體現得尤為明顯，盡管爭議重重，但他參與了核武器的開發，以防止納粹黨更早地研發出原子彈，他將社會責任置于個人榮譽之上。此外，費爾米在教育領域和科學傳播中也有杰出貢獻，他培養了一代又一代的物理學家，并推動了科學知識的普及。

四、培養“科學態度與責任”的教學示例

下面以探索電磁感應現象為例進行說明。

（一）課前情境導入環節

【情境導入】教師首先展示一個小型演示實驗裝置：用一個線圈連接一個小燈泡和一個磁鐵，當將磁鐵來回快速穿過線圈時，小燈泡突然被點亮。當學生目睹這一現象時，好奇心被激發，他們開始思考為什么會發生這種奇妙的現象。

【問題引導】教師向學生提出問題：“你們剛才看到的這個現象是如何發生的？為什么當磁鐵穿過線圈時，燈泡突然被點亮？”教師以問題引導學生思考，并鼓勵他們分享自己的猜測。

【學生討論】學生分成小組，開始討論教師的問題。學生自由發表自己的看法，或者嘗試提出可能的解釋，或者表達對電磁感應的了解。

【師生對話】教師積極參與小組對話，鼓勵學生分享他們的看法，并進一步提問：“感應電流的大小可能跟什么有關？感應電流的方向可能跟什么有關？”教師的引導有助于學生深入思考問題并提出新的問題。

設計意圖：課前導入電磁感應現象，以激發學生的好奇心和學習興趣。學生親眼見到電磁感應的奇妙現象，不僅直觀地了解了電磁感應現象，還產生了猜想和提問的欲望。教師的引導與師生對話的目的是引導學生深入思考問題并提出新的問題，這為接下來的實驗探索奠定基礎。

（二）實驗探索環節

【提出問題】教師引導學生思考并提出問題：“當一個磁鐵靠近或遠離導線時，感應電流的方向會如何變化？”

學生帶著問題開展實驗探索。

【裝置搭建】準備一條長直導線，一個磁鐵，一個電流表，一條連接導線和一塊支持裝置。確保實驗設備正常工作，電流表的連接正確。

【實驗操作】學生將磁鐵快速移近或遠離長直導線，同時注意觀察電流表的指針方向。

【數據記錄】學生記錄觀察到的電流方向和磁鐵的運動情況。

【數據分析】學生分析記錄的數據，比較不同情況下感應電流的方向，嘗試總結規律。

【結果討論】與學生一起討論實驗結果，幫助他們得出關于磁場變化對感應電流方向的影響的結論。

設計意圖：在實驗中，教師重點強調觀察的重要性、數據記錄的準確性和實驗操作的謹慎性，以有針對性地培養學生的科學態度。這個實驗可讓學生深刻理解磁場變化對感應電流方向的影響，同時培養他們有效提出問題、細致觀察、如實記錄數據、科學分析數據以及認真操作實驗等科學態度。

（三）反思環節

課后反思旨在幫助學生鞏固學習成果、培養科學態度和學習技能，并激發他們對物理學的學習興趣。課后反思可以是書面形式的作業，也可以通過小組討論或寫日記的方式進行。以下是一個課后反思環節的設計示例。

【總結學習】要求學生總結當天在課堂中學到的電磁感應知識和重要概念。可以讓學生用自己的話簡潔地表達這些內容，這有助于學生強化記憶和理解知識。

【提出問題】鼓勵學生提出他們在學習電磁感應中的疑惑或需要更深入了解的方面。這有助于培養學生的探究精神和提問能力。

【應用知識】要求學生思考如何應用電磁感應知識解決實際生活中的問題，理解物理學肩負著社會發展的責任?？梢宰寣W生考慮如何改進某種電子設備或設計一個基于電磁感應原理的新產品。

【反思科學態度】鼓勵學生反思他們在學習電磁感應時所需要的科學態度，包括好奇心、觀察技能、批判性思維、實驗操作的責任感、與他人合作和交流的重要性等?？梢宰寣W生思考在未來如何更好地培養這些科學態度。

（四）物理學史陶冶環節

【介紹法拉第】教師簡要介紹法拉第的生平、工作和對電磁感應的貢獻，讓學生了解法拉第是電磁感應研究領域的杰出科學家。

【學生搜集資料】教師布置任務，要求學生分成小組，每組負責收集與法拉第和電磁感應相關的資料，可包括法拉第的生平事跡、法拉第的電磁感應實驗以及法拉第對科學發展和社會發展的影響。

【分享學習成果】每個小組分享他們所搜集到的資料。學生可以通過圖像、文本或簡短的報告形式呈現相關資料，強調法拉第的科學態度和社會責任感。學生可以討論法拉第是如何面對困難、堅韌不拔地完成科學研究的，以及他的研究工作是如何影響現代科學和技術的發展的。鼓勵學生思考如何在自己的學習和生活中運用法拉第的這些科學態度和社會責任。

設計意圖：物理學史陶冶環節旨在讓學生了解法拉第的生平事跡和對電磁感應發現的貢獻，幫助學生學習如何搜集資料、分析信息和進行小組分享，這是發展學生批判性思維和合作能力的重要環節。強調學生科學態度與責任素養的養成，包括形成堅韌探索的勇氣、克服困難的精神，以及將科學發現與社會責任聯系起來。

五、總結

“科學態度與責任”在物理學科核心素養中扮演關鍵角色，它代表著學生在學習物理學后所必須具備的品質，這些品質不僅對學生的科學研究產生深遠的影響，還對他們未來的學術發展和職業發展產生積極的影響。教師有必要深刻理解科學態度與責任的重要性，并運用多種方法在培養學生的科學態度與責任素養。同時，通過不斷優化教學方法，提高教學效果，有效促進學生學科核心素養的不斷發展。

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ］

［1］ ?彭前程.《普通高中物理課程標準（2017年版）》的變化［J］.課程·教材·教法，2018（9）：99-106.

［2］ ?曹俊，鐘志鵬.核心素養視閾下科學態度與責任培養的實踐與思考［J］.物理之友，2017（12）：15-17，20.

［3］ ?中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準：2017 年版［M］.北京：人民教育出版社，2018.

［4］ ?王高.科學態度與責任的構成及培養策略［J］.教育研究與評論（中學教育教學），2017（11）：60-63.

［5］ ?胡衛平.物理學科核心素養的內涵與表現［J］.中學物理教學參考，2017（15）：1-3.

［6］ ?魏曉東.物理核心素養中科學態度與責任的培養路徑研究［J］.天津師范大學學報（基礎教育版），2022（6）：62-66.

（責任編輯 黃春香）