在高中物理教学中培养学生的科学素养的实践初探

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  “科学技术是生产力”是马克思主义的基本原理,“科学
  技术是第一生产力”是邓小平坚持和发展马克思关于生产力
  的理论,于1988年提出的精辟论断,科学技术已越来越成为
  生产力解放和发展的重要基础和标志,当今世界各国综合国
  力的竞争,其核心和关键在于科学技术的竞争,而科学技术
  的竞争归根结底是人才素质的全面竞争,要培养有科技创新
  能力的人才,首先要培养其科学素养。
  什么是科学素养?科学素养的首创者——美国学者乔
  恩·米勒认为,科学素养由相互关联的三部分组成:科学知
  识、科学方法和科学对社会的作用,具有科学素养的人,会对
  科学产生兴趣并渴望探究,能发扬质疑、验证的科学精神,运
  用自己所掌握的科学知识和科学方法,去发现问题、提出问
  题,去解答与实践有关的问题,或者能描述、解释和预测自然
  事物与自然现象,2011年3月18日,中国科普研究所公布了
  第八次中国公民科学素养调查结果:2010年,我国具备基本
  科学素养的公民比例为3.27%,这个数字意味着,每100位
  中国公民中,仅有3位具备基本公民科学素质,与发达国家
  相比,中国的公民科学素质水平仍有较大差距,可见,提升我
  国公民的科学素养是一个任重而道远的系统工程。
  物理学是一门实践性、科学性、创新性很强的自然科学,
  包括哲学在内的许多自然科学都源于物理学,高中物理教学
  的主要目标是全面提高全体学生的科学素养,物理教学在培
  育学生科学素养的过程中具有得天独厚的优势,那么我们应
  该怎样通过物理教学来培养学生的科学素养?2006年,国务
  院颁布的《全民科学素质行动计划纲要》指出:科学素质是公
  民素质的重要组成部分,公民具备基本科学素质一般指了解
  必要的科学技术知识,掌握基本的科学方法,树立科学思想,
  崇尚科学精神,并具有一定的应用它们处理实际问题、参与
  公共事务的能力,因此,物理教学过程中在向学生传授科学
  知识的同时,更重要的是渗透科学思想方法和科学精神,培
  养学生应用科学解决社会、生活问题的能力,从而提高学生
  的科学素养,笔者从以下三个方面进行了教学实践探索。
  1 不失时机地渗透科学思想方法
  国际科普理论学者认为,掌握科学思想方法才是科学素
  养中最重要的内容,正所谓“授人以鱼不如授之以渔”,即传
  授给学生既有知识,不如传授给学生获得知识的科学研究方
  法,科学研究方法的大致步骤是:首先研究相关现象;其次提
  出关于诸事物如何相互作用或它们怎样相关的假说;第三,
  应用这些假说直至得出独特的可检验的预测;最后进行周密
  的观测和实验,来检验假说的真理性,高中物理课程中有大
  量的体现以上科学研究方法的资源,老师应不失时机地利用
  这些资源渗透科学思想方法,例如:安培提出的分子电流假
  说;卢瑟福根据a粒子的散射实验提出原子的核式结构模
  型;查德威克发现中子的过程;法拉第根据奥斯特现象逆向
  思维提出:既然电能生磁,那么磁也能生电的假说,并历经十
  年去实验验证;富兰克林提出天电和人间的电是同一种东西
  的假说,并用生命破解了天电与地电之谜;爱因斯坦的光子
  说、质能方程及相对论等等……这些物理规律和现象的发
  现都是在这种正确的科学方法指导下完成的,当然,实际上
  事情少有如此简单,在科学发展中,预测从来不是尽善尽美
  的,实验的结果可能是不肯定的或者使人误入歧途的,例如,
  解释光的传播介质问题的“以太说”,解释热的本质问题的
  “热质说”,后来都证明是错的,还有统治人们两千多年的亚
  里士多德的观点:“力是维持物体运动的原因;物体下落速度
  和重量成正比”后来被伽利略的理想斜面实验和比萨斜塔实
  验证明是错误的观点,这些也是宝贵的素材,它们从另一个
  侧面印证着科学思想方法。
  2 培养学生严谨的科学态度,敢于质疑、坚忍不拔的科学
  精神
  在物理教学过程中,教师应充分利用教材资源和物理学
  史,挖掘物理定理、规律发现过程中体现出物理学家的一些
  品质和能力(让学生自行来分析总结),浓墨重彩,不怕“花
  费”时间,强化科学研究方法的重要性,培养学生严谨的科学
  态度,敢于质疑、坚忍不拔的科学精神。
  探寻物理学家进行科学研究的过程,是培养学生科学素
  养的最佳途径,在学习新定理、定律时,老师可以将科学家发
  现定理、定律的过程及生平简历印成阅读材料,在课堂上共
  同学习,然后让学生自行讨论分析这些科学巨人具有什么样
  的品质,从中得到启示,比如伽利略的生平介绍及关于轻重
  物体下落快慢相悖的逻辑分析;富兰克林的生平介绍及关于
  破解天电与地电之谜的实验过程;法拉第的生平介绍及十年
  磨一剑发现磁生电的过程;开普勒发现行星运行三大定律过
  程及生平介绍等等,学生在学习物理学家的生平事迹的材料
  过程中,潜移默化地获得认同感,这些科学巨人都有着:实验
  和观测能力;对事物的专注能力;善于合作的能力;善于反思
  的能力、善于批判的能力、善于质疑不畏权威的能力;终生学
  习的能力;严密的逻辑思维能力;归纳总结的能力;善于捕捉
  新信息的能力;危机应变能力;具有不怕吃苦的坚韧的意志
  力和为科学献身的精神;稳定的心理品质;富于乐善好施、公
  平公正的高尚人格,只要教学内容中涉及到物理学家,就把   他们的生平材料印发给学生,让学生了解物理学家从小也是
  凡人,出身可能也很寒微,他们之所以能在科学上有伟大的
  成就,关键就是他们身上蕴藏着从小养成的科学素养,如果
  我们从现在开始有意识地掌握科学方法,培养自己各方面的
  能力和坚忍不拔的科学精神,相信我们将来在自己的工作岗
  位也一定能为社会做出卓越的贡献。
  物理是一门实践性很强的学科,所以,能用实验验证的
  就尽量鼓励学生多做实验,从而培养学生严谨的科学态度,
  例如,在研究“物体下落的快慢与物体的轻重关系”时,提前
  给学生设置问题:自己搜集证据证明观点是对的或者错误
  的,让学生到实验室去做实验来证明:学生拿着他们的橡皮
  擦、书本、利用实验室提供的钩码等器材,轻重不同的物体,
  让它们在空气中下落,比较观察结果,最后再做牛顿管实验;
  又如,在研究“运动是否要用力来维持”的问题时,在气垫导
  轨上给滑块一初速度,观察滑块的运动情况,让学生在实验
  中体会,学生从心里上接受正确的观点需要一个认知过程,
  实践才能出真知,搜集证据证明观点是对的或者是错的,在
  这个过程中能够培养学生的观察、分析、归纳、解决问题的综
  合思维能力和严谨的科学态度。
  创新始于质疑,而质疑意识和能力是科学素养的重要组
  成部分,又恰恰是我国中学生普遍缺失的,因此,高中物理教
  学应着力培养学生敢于向权威挑战的自信心,大胆质疑,进
  行科学预测的能力,老师要鼓励学生多提问题,没有问题的
  学生才真有问题,在学习完牛顿的万有引力定律后,学生明
  白了天体互相绕转的原因,有一学生马上提出了一个很有质
  疑精神的问题:“老师,地球绕太阳进行公转是太阳对地球的
  万有引力的作用,那么地球自转靠什么力来驱动?”(也即地
  球为什么会自转?)书本上没有的,他能提出来,我对这位同
  学具有的科学质疑能力表示赞赏,书本不是万能的,老师也
  不是万能的,只能求助于网络了,课后师生共同在网上进行
  查找,原来这是一个爱因斯坦都回避的问题,科学永无止境,
  物理教师要不断鼓励学生进行科学假设和预测,激发学生进
  行更深入地学习。
  3 关注社会、关注生活,培养学生应用科学的意识和能力
  “从生活走向物理,从物理走向社会”是新课程物理教学
  的基本理念,因此,物理教师应该有意识地把所学物理知识
  应用于生活实际,提高学生应用知识的能力,人类依据法拉
  第的电磁感应的原理,制造出了发电机,电能的大规模生产
  和远距离输送成为可能;电磁感应现象在电工技术、电子技
  术以及电磁测量等方面都有广泛的应用,人类社会从此迈进
  了电气化时代,学习知识是为了在生活中很好地应用知识,
  所以学完一个单元知识后,应该让学生回到生活中去体验去
  应用,如学完匀速圆周运动后,对于向心力的来源,学生只限
  于理论层面,可以布置体验作业:乘车过程中,让学生体验当
  车转弯时,感受身体倾斜的方向,与我们所学知识吻合吗?学
  完摩擦力后,学生普遍对摩擦力的方向感到很抽象,同样可
  以布置感受作业:做用手攀爬的动作时,手的摩擦力方向如
  何?刚上自动扶梯时是否感觉到了一个向前的推力,说明人
  受到的摩擦力方向又是如何?人走路时靠什么力推动?学完
  功率公式“P=Fv”后,让学生观察汽车爬坡时有经验的司
  机都会换成高速档还是低速档?让学生在生活中去体验和应
  用知识,不仅可以加深学生对知识的理解,对提高学生的科
  学素养也能起到潜移默化的作用。
  善于捕捉有用信息的能力也是科学素养的一个重要表
  现,1920年卢瑟福在巴黎讲学时就预言了中子的存在,但约
  里奥·居里夫妇认为与其听一次学术报告,还不如自己在实
  验室里做实验,所以就没有去听讲,以至中子在他们实验中
  出现了,而他们却不认识它,令人遗憾的与中子的发现失之
  交臂,物理教学也应有意培养学生捕捉新信息的能力,老师
  可以引导学生随时捕捉国内外先进的有价值的信息,开阔的
  眼界,灵敏的嗅觉,是开拓事业的先机,我国近几年来航天事
  业的发展突飞猛进,每一次的发射我都提醒学生注意多从媒
  体上关注发射过程,关注为什么变轨?如何变轨?航天员在太
  空中的运动情况等,除了增强学生的民族自豪感外,还可以
  对牛顿万有引力定律在航天事业的应用有一个深刻的认识。
  《全民科学素质行动计划纲要》指出:公民的科学素质还
  包括应用科学知识和思想方法处理实际问题、参与公共事务
  的能力,科学家预测2036年有一小行星阿波菲斯将要与地
  球迎面相撞,可以引导学生思考和讨论如何避免这一毁灭性
  的灾难,你能想出什么好的对策,2011年3.11日本大地震,
  让人类对核能利用前景产生担忧,发展新型能源迫在眉睫,
  人类生存问题日益恶化,著名物理学家史蒂芬·霍金预测,
  如果人类不改变“自私、贪婪”的基因,再有不到200年地球
  将毁灭,人类是改变自己?或者是开拓新的生存环境?这一痛
  苦的课题摆在了我们每一个地球人的面前,这一系列社会问
  题呈现给学生,让学生去思考和讨论,可以增强学生的社会
  责任感及运用所学知识和本领参与公共事务的意识。
  让学生从科学意识走向科学实践,学以致用,让科学素
  养的种子生根发芽,平时在物理教学过程中渗透的科学技术
  知识、科学方法、科学思想、科学态度、科学精神、科学技术与
  社会及科学发展观,如果不付之于实践,不让学生充分参与,
  不进行强化训练,科学素养的培养就会流于形式,如何把科
  学意识转化成学生热爱科学的源动力?只有让每个学生都积
  极地投身到“学科学、爱科学、用科学”的科学殿堂中,才能充
  分激发学生进行科学创新发明的兴趣,我校每学年度都开展
  一次全校性的科技活动周,以“科学性、创新性、实用性”为活
  动宗旨,让全体学生参加科学创意活动,全面展示学生的创
  意作品,选出具有创新的小制作、创意作品,参加市级以上的
  青少年科技创新大赛,我班吴宇同学在2008年广东省青少
  年科技创新大赛成果竞赛项目中,他的发明:“创新发电自行
  车”荣获三等奖,黎满君同学制作的《振动图象的演示》作品
  在2007年东莞市创意物理实验制作比赛中荣获二等奖,在
  这种良性互动的活动下,所教班的学生对科学充满兴趣,平
  时几个人组成的兴趣小组在一起讨论切磋小制作小发明,遇
  到困难询问老师或从网络查找资料,真正地养成了积极探
  索、创新质疑的科学素养,同学们在进行科学发明创造的过
  程中逐步提升了为社会为他人服务的社会价值。
  在培育学生科学素养的过程中,作为传道授业的物理教
  师肩负着重大使命,物理教师首先要有培育学生科学素养的
  意识,高瞻远瞩,灵活使用教材,不被教材束缚,多设计一些
  创新实验,鼓励学生多动手,多动脑,凡事问个究竟,大胆质
  疑,不畏权威,自信执着,养成终生学习的习惯,为提高我国
  公民的科学素养做出自己的贡献,也为增强我国综合国力提
  供人才保障做好后勤服务。
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