新课程背景下物理学科教学科学素养教育(中国教育学刊)

1、新课程背景下物理学科教学中的科学素养教育黎玉斌 重庆南开中学高级教师，教育硕士，市级骨干教师，市教育教学专家家库成员，市学科教学名师，市优秀党员（邮编：400039）摘要：提高学生科学素养既是物理新课程标的培养目标，也是新课程设计的理念，途径在于教学中实施科学的认识论和方法论教育；作者梳理了科学的认识论和方法论在学物课程中的体现形式；总结了常见几种科学认识论和方法论教育途径。关键词：科学素养； 新课程； 物理教学；认识论；方法论由2013中国最新国情报告提供的最新国情数据显示：我国13.4亿人中有97%公民不具科学素养 1 ，而教育部2003年版普通高中物理课程标准（实验）中明确指出：“高中物

2、理是科学学习领域的一门基础课程，旨在进一步提高学生的科学素养”2 ，由此不难看出：我们物理教学对学生科学素养的培养存在问题，这或许也是长期以来学生普遍反映高中物理难学的症结所在。尽管我们物理教师想了很多办法，企图去解决它，但效果不甚理想，尽管新课程改革实行必修和选修两种阶梯课程，主观和形式上试图降低物理学科学习难度，但各省市的理科高考考试大多要求的选修-3系列，与原教材相比总体难度没多大变化。同时，很多学校用的是新课标教材，但实际教学安排和难度要求、教学方法等基本没多大改变，这就是目前新课改高中物理教学的现状。它的形成，原因是多方面的，是多种因素构成的。本文中不去研究问题形成的原因，只想本着总

3、结经验和教训态度，根据多年来在这方面的思考和探索，用较新的视角，对这一问题进行再认识、再实践、再思考后提出：新课程标准背景下，物理教学中对学生进行科学的认识论和方法论教育或许能对其有所改观。这既是普通高中课程标准中对高中学生在科学的认识论和方法论的具体化要求，也是贯彻落实教育部基础教育课程改革纲要，全面实施素质教育，提高学生科学素质的有效方法，更是培养学生创造能力和创新人才基本要素，还是高中阶段学生应具有的科学素养和科学方法。2科学素养在物理新课程中的体现我国著名教育家陶行知先生曾指出：我以为好的先生不是教书，也不是教学生，乃是教学生学。纵观现代教育的发展，从赞可夫的“教育与发展并重”，到布鲁

4、纳的“学习发现法”，从苏霍姆林斯基的“让每个学生抬起头来”，到布卢姆的“掌握学习法”，从苏联合作派的“尊重、发展学生的个性”到魏书生“对学生自学，自育的能力培养”；无不都渗透着对学生科学认识论和方法论的教育。教育部普通高中课程方案（实验）在培养目标中特别强调使学生：“具有终身学习的愿望和能力，掌握适应时代发展需要的基础知识和基本技能，学会收集、判断和处理信息，具有初步的科学与人文素养、环境意识、创新精神与实践能力”。因此，历史和现实都要求我们在物理教学中应重视对学生进行科学的认识论和方法论的教育。其重要性在于：2.1在物理教学中，进行科学的认识论和方法论教育，有助于使学生树立起科学的世界观，培

5、养科学素养，形成科学的态度。教育部普通高中课程方案（实验）在培养目标中特别强调使学生：“初步形成正确的世界观、人生观、价值观，具有初步的科学与人文素养”。自然科学的认识论和方法论是自然科学与哲学的一个结合点，学生若掌握了科学的认识论和方法论，养成科学的态度，就能使科学思维逐步形成并扎根于学生头脑中，运用于学生的学习生活中，从而使学生从根本上树立起科学的世界观。2.2从人才培养上看，学生掌握科学的认识论和方法论有利于培养其创造性思维能力。创造性思维是创造性人才思维品质的本质特征，它是学生认识活动中重组已有知识经验，提出新方案和程序，创造性地解决问题，并产生新成果的思维活动。而这种创造性思维活动是

6、科学的认识论和方法论高度的统一。在中学阶段较早地接受科学认识论和方法论教育，既可培养学生科学素养，真正学好科学知识，提高成绩，又可培养学生创造能力，为今后的继续学习，打下坚实的认识论和方法论基础。对中学生进行科学的认识论和方法论教育不但有其重要性，在当前形势下，而且还具有一定的必然性。2.3科学认识论和方法论思想是新课程“以生为本”“全面发展”“终身学习”的教育理念在物理学科中体现。普通高中物理课程标准(实验)课程总目标中要求学生：“学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。” 这要求学生物理学习时须掌握这门科学的基本结构（即基础知识、基

7、本原理、规律）和研究这门学科的基本方法。在这两方面中，从某种意义上讲，方法比知识更重要，知识是客观存在的，不变的，而方法则是灵活的、活跃的，富有创造性的，拉普拉斯说：“认识一位天才的研究方法，对于科学的进步，并不比发现本身更少用处，科学研究的方法经常是极富兴趣的部分”。伽利略死去三百多年，他所发现的自由落体规律在物理学知识的长河中所占比例愈来愈小，但他研究问题的创造的一套科学方法不断被后人所继承、发扬，创造了比自由落体规律高出很多的财富。2.4新课程改革要求在物理教学进行科学的认识论和方法论教育。普通高中物理课程标准（实验）中过程与方法目标明确要求使学生：“经历科学探究过程，认识科学探究的意义

8、，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。通过物理概念和规律的学习过程，了解物理学的研究方法，认识物理实验、物理模型和数学工具在物理学发展过程的作用。”所表述的其实就是认识论和方法论的基本思想。许多学生说，他们上课听老师讲课时，心里似乎很明白了，但是，一遇到实际问题就不知所措，这一现象表明，他们没有掌握认识问题、解决问题的方法，对老师讲的知识和方法仅知其“然”，实际并没知其所以“然”（我把这种现象称作“伪懂”）。还有学生，遇到一个问题不是先依据问题的条件和已知的规律，在头脑中建立起一幅合理的物理情景，而是拿起公式乱套，结果往往出差错，这一现象表明学生缺乏基本科学的认识论和方法论素养。

9、要改变这些现状，只有将“重”知识传授的教学模式向“重”方法和能力培养的教学模式转变，才能适应新形势，真可谓“授人以鱼，不如授人以渔”。3科学的认识论和方法论在物理学科中的体现形式。科学的认识论是关于认识的主体同认识客体之间发生信息交换，认识与被认识的相互作用过程中所遵循的规律；科学的方法论就是建立在科学认识论基础上，认识主体改造客体过程中所形成的普适方法。科学的认识论和方法论总是相互渗透，融为一体的，从科学认识论和科学方法论相统一的角度，探讨物理教学中的规律性问题，为物理教学的进一步改革和发展提供了认识论和方法论的指导。科学的认识论所决定的认识规律为：实践认识再实践再认识，循环往复，以至无穷。

10、科学认识论在物理教学活动中体现为学生在进行物理知识学习活动中，通过老师传授，感知物理概念、公式、规律（定律）及其所依赖的物理环境和物理模型，在大脑中形成表象，并记忆下来，从而得到对事物概括性的整体认识。全面、具体的认识过程为：文字（题目）、实物，图象（形）等认识客体作用于大脑，并依赖于已有的表象展开丰富的思维活动，进行加工、重组、分析、推理、归纳、综合，形成新知，并在后续学习中再检验修正。这就是物理教学中科学认识论的具体表现形式。科学方法论在物理学中体现为物理学研究方法，它是以唯物辩证法为指导探讨物理科学一般研究方法的理论，主要探讨用什么方法研究物理过程，怎样描述物理现象，如何探索并总结归纳物

11、理规律等，它与认识论有机渗透，并贯穿教训活动过程始终。物理学方法论蕴含在中学物理教材中，而且隐含在物理知识形成和发展过程中。教材总是要展示科学过程的，科学过程对应着一定的科学方法，科学方法无非是对科学过程的抽象。其具体地体现在物理教学过程中对概念教学、对规律课题的教学、对习题的教学。中学物理教材中隐含的科学方法有观察法、实验法、数学方法、比较-分类方法、分析-综合法、归纳-演绎法、理想化方法、类比方法，逻辑法（假言判断）等。4物理教学中进行科学认识论和方法论教育的几种途径科学的认识论和方法论是隐含于教材之中，应坚持以下原则：（1）必须与教学过程相结合的原则。（2）坚持以隐性教育为主，显性教育为

12、辅的原则。隐性教育就是在物理教学中潜移默化地发挥物理学方法的导向作用，使学生在学习过程中受到物理方法的熏陶，潜移默化，转化学生自觉行为；显性教育则一语道破，把方法的名称，概念告诉给学生，并进行较深刻的解释，二者是互补关系。（3）坚持循序渐进的原则。一般来讲，在必修课程阶段接触知识和方法，宜用隐性教育，在选修和总复习阶段可进行显性教育，使学生在知识和方法之间架起一座桥梁，使学生获得一块有血有肉，自成系统的知识和方法。（4）作为物理教学的主导者教师，一定要坚持自觉、有意识、有的放矢的原则。科学的认识论和方法论教育的实施是以我们手中的教材为载体，贯穿整个教学活动中.多年的教学实践主要从以下几方面着手

13、实施的：4.1重视探究性课题教学，在规律课中进行科学认识论和方法论的显性教育步 骤研 究 过 程教 学 活 动问 题1820年奥斯特发现了电流能产生磁场；反之，磁场能否产生电场？演示奥斯特实验引导学生思考探索阶段观察实验（或做实验）让学生观察或亲手做闭合电路的部分导体切割磁力线运动和磁场动导体不动，回路中是否有电流产生猜想阶段分析归纳、猜想得出初步结论（假说）介绍法拉地电磁感应实验，分析猜想变化的磁场才能产生感应电流证实伪阶段再次实验验证完成教材上的实验科学理论阶段总结规律引导学生再次分析实验，得出结论：不论用什么办法，只要穿过回路的磁通量发生变化，闭合电路才有感应电流。这种方法在教学法称作实

14、验探究法，在方法论中叫做实验归纳法，其认识过程是：提出问题探索性实验分析归纳初步结论（假说）（证实或伪证）科学理论（见附表）。附表“电磁感应”中进行科学认识论和方法论教育实例在整个高中物理教材中，能用这种方法进行教学的内容还有：自由落体运动，折射定律，牛顿第二定律，楞次定律等，涉及的方法大体有：实验归纳法、演绎推理法、理想实验法等。通过这样的规律课教学，逐步使学生形成物理学科学研究方法。4.2在概念性课题中渗透科学认识论和方法论教育物理概念的建立是以观察实验为基础，进行科学抽象，抽取事物共同的或本质的属性，再给予概括表达。常见的方法有三种：（1）以观察实验为基础，运用分析、比较、综合抽象、概括

15、等思维方法和教学方法，建立概念。教材中有：周期、振幅、温度、电阻、加速度等概念。（2）以物理事实为基础，运用科学抽象思维方法，建立理想化的模型、过程模型或结构模型。在高中教材中，理想化模型有：质点、理想气体、点电荷、匀强电场、匀强磁场、光线等；过程模拟型有：等温、等容、等压过程，匀速直线运动、匀变速直线运动、抛体运动、简谐运动、稳恒电流等；结构模型：分子电流、原子核式结构、磁力线等。（3）以已有知识为基础，以物理客体为研究对象，运用逻辑的和数学的方法进行分析、综合、推理，建立起新概念，如：功的一般概念、电场强度、电势、磁场强度等。4.3在习题课中进行科学认识论和方法论显性教育在多年的教学中感觉

16、到：学生觉得物理难学，上课听得懂，而一遇实际问题，如练习题，又不知所措。这一问题的症结在于学生对知识和方法仅达到领会的认知水平，却未真正掌握解决问题的方法。通过一段时间的观察、调查分析，尝试在习题课教学中进行科学认识论和方法论教育，能有效解决这个问题。在教学实践中，通过实践、摸索，总结出了解决问题的一般程序，那就是：首先，设想要用什么知识作解决问题的基础；其次，分析必须满足什么条件才能运用这些知识；然后，进行一个理想实验，即把题目中问题在大脑中建立起相应的物理图象，构思出过程的细节和情境；再用已知定律、知识给出其数量关系，建立起方程；最后，进行数学推导求解。在这一过程中，既需要抽象（如选择恰当

17、的物理模型来代替实际问题），也需要直观（如按事物间的实际关系或实验的实际情况来限定构思各模型间的关系与过程的情景）；既有逻辑推理（如数学演绎），也有非逻辑的判断（如设想一个过渡的状态）。这种把形象与抽象、逻辑与直觉结合起来的方法，是自然科学中所常用的和特有的方法。在实际的习题教学中，将解题过程划分为三步：第一步：审题；第二步：解题；第三步：纳题。第一步：审题，即向学生明确提出目的和任务：（1）准确理解习题中的字词语句，正确断句，准确把握句群的真实含义，正确理解一些关键词语，在此基础上达到把常用语言换成规范的、核心的物理语言。（2）从整体上把握题目中各种数量之间关系，建立起合理的表象。（3）在已

18、有的表象基础上，判断题的类型，初步确定解题方法，此乃正确解题的基石。第二步：解题，即具体运用物理概念、规律模型进行对题目求解的过程。在实施这一教学中，我要求学生做到：根据已有的表象，建立起相应的物理过程、构思出过程的细节和情境，它是解决问题之魂。在常见的题型中，特别是高考题目，在文字叙述上，往往仅就其一物理过程的始末状态作一点交待，而叙述到涉及具体过程或实质时却只字不提，保持缄默。并非不是叙述的过程（或情节）不重要，恰恰相反，正确构想出来未描述的过程（或情境）才是解决问题的突破口。在构想出物理情境基础上，善于进行双向推理，充分利用已知条件进行顺向推理，重视利用所求结论来指引思维方向，积极克服思维定势，进行发散思维，寻找解决的具体方法，选择确定最优的方法解决问题。运用已知