中学物理教学中学生科学素养的培养和测评

金顺成　李贵安

[摘要]我国物理新课程将义务教育阶段的培养目标定位为“提高全体学生的科学素养”，并从知识与技能、过程与方法以及情感态度与价值观三个方面提出了具体的要求，高中教育也把进一步提高全体学生的科学素养作为总目标。如何培养和评价学生的科学素养，新课程标准中并没有明确的规定和相应的措施。本文从践行新课程标准出发，以物理学科为例，探寻培养和测评中学生科学素养水平的方法和措施。

[关键词]中学物理教学 科学素养 培养 测评

目前，我国基础教育课程推出了新的科学课程标准，将科学课程的目标定位于培养学生的科学素养，并在不同版本的科学教材和课堂教学中融入这一新的课程教学理念。然而，我国的科学教育界对于科学素养的操作性定义和评价测量标准尚没有深入研究和统一表述，在评价方法上也基本沿用了传统的学科知识测验方法。在新课程背景下，上述情况常常使处于教育一线的教师和广大教育工作者无法有效开展学生科学素养的培养工作。因而，在这方面进行相关研究是当务之急。

一、科学素养的界定与内容

科学素养通常是指对在日常生活、个人决策以及社会事务中所需要的科学概念和过程的认识和理解，并在此基础上形成的稳定的具有科学态度和科学精神的心理品质。科学素养是一个人综合素质的重要组成部分，在一个人成长的道路上直接影响其人生观的形成和价值取向。具体来说，科学素养至少应包括以下五个方面的内容：即一定的科学知识和技能；进行科学探究的能力；理解科学技术与社会发展的关系；科学的态度、情感与价值观；科学精神等。其中，科学精神是整个科学素养的核心。关于科学素养的界定，国际学生学业成就评价（Program for International Student Assessment，简称PISA）认为：科学素养是一种能力，是指能够运用科学知识去识别问题，经论证得出结论，以助于理解人类对自然界的改造和所作的决策。其中，科学素养测评应包括三个维度：即科学知识或概念、 科学过程，以及科学知识和过程应用的情境。由此可看出，科学素养的提高是以科学知识、技能的掌握和积累为基础，以使学生获得科学思想、科学精神和科学方法的熏陶和培养为主导。

二、中学生物理科学素养的培养

物理学是一门以实验为基础的学科，结合科学素养应涵盖的范畴和物理学科的特点以及中学生的认知特征来培养学生的科学素养，是国内外教育界一贯的主体思路。笔者认为，物理学有很强的理论性和实践性，应该重点突出物理学科的特点。按照课标要求，将教学内容进行分层，不同的层次采用不同的教学方法，不同的教学方法重点指向不同的能力培养，即科学素养的不同层面。具体来说，可从以下几个方面入手：

1．重视基础概念、基本原理的掌握，提高学生科学认知水平

科学素养最浅层的要求是对在日常生活、个人决策以及社会事务中所需要的科学概念和过程有一定的认识和理解，所以对物理教材中涉及的基本概念、物理名词（或物理量）以及一般物理规律，学生要有清晰而又准确的认识和理解。那么，如何掌握这些内容是提高学生科学素养首先要研究的问题。要了解概念提出的物理背景，明确其提出的意义和学习的必要性，在此基础上就比较容易理解其陈述的含义。然后了解其共性和个性以及和其他相关概念或物理量的内在逻辑关系，比较分析和归纳他们的异同点。同时，联系生活常识、运用多媒体等手段将有些抽象的概念形象化、具体化地呈现。在这样一个开放的空间中全面、系统地学习，才能做到认识深刻、理解到位。这样的学习方法既可以使学生掌握所学概念的含义，又能提高学生分析问题、归纳总结的能力。

上述思路看起来比较程式化，但是可以避免学生在学习基本概念和物理量的时候只知其一，不知其二以及了解过于片面和表面化的弊端。同时，可以训练学生的逻辑思维能力，将看起来零散的知识点用一条具有逻辑关系的主线有机地串联起来，对于学生建构完整的知识体系，并且活学活用有很好的效果，使学生在掌握知识的同时提高分析问题、总结和归纳问题的能力，从而进一步提高学生的科学素养。

2．重视科学探究，培养学生创新精神

探究活动的目的在于培养学生的探索能力，增强在探索过程中主动获取科学知识、领悟科学研究方法和进行理性思维的能力和意识，加强团队合作意识、培养学生严谨的科学态度和科学精神。基于物理学科性质，科学探究是物理教学的重要手段，应贯穿在物理教学的各个环节，尤其是重要的物理概念（物理量）、物理原理的学习。教师应指导学生掌握探究活动的步骤和方法，开展探究活动，解决问题。学生要参与整个教学活动，亲身体验每一个环节，最终达到掌握学习的流程，并从学习中收获知识，提高自身的知识层次，完善自身的知识系统，并将学习的能力固化为稳定的内在品质，只有这样才会有后续学习的动力和能力，才能不断提高自身的科学素养。同时，使学生在探究过程中体验到成功的快乐，并尊重学生的这种情感体验。教师要耐心指导、热情鼓励。使学生崇尚科学，尊重科学，在此过程中形成科学的态度和科学精神。

3．重视科学技术和社会发展的关系教育，培养学生科学的价值观

科学技术和社会的发展相辅相成，科技的进步促进社会的发展，社会的发展为科技的进步提供良好的社会、人文环境。科技成果的应用改善了人类的生活品质和思维习惯，也产生了很多负面的效应，如，各类污染、臭氧层的破坏、全球气候变暖、赤潮、能源危机等。物理教材中提及的最新科技成果的应用，在使学生领略科技之美、感受科学家为科学奉献的精神之余，也展现了触目惊心的负面效应。重视这一部分知识的学习，指导学生广泛搜集素材，提取有效信息，丰富知识，加深对科技与社会发展关系的认识，关心自然，关注与社会发展密切的热点问题，增强社会责任感和爱国热情，形成科学的价值观。

4．注重人文关怀，培养学生的科学品质

科学品质是人文教育的核心，良好的科学品质包括勤奋、自信、客观、公正、团结上进等。人是主动的、上进的、好奇和充满荣誉感的，只是有一些不健全的体制、不太良好的家庭和社会环境泯灭了人的这些天性，只要唤醒人的这些天性，教学就有了良好的开端。中学生正处在长知识长身体的关键时期，有很强的求知欲，很好的记忆力，很敏感，并且非常在乎别人对自己的看法，在潜意识中都有超越别人的愿望。所以，只要在教学中努力摒除外围环境中的不良因素，营造健康、快乐的学习环境和积极向上的舆论导向，关心学生的身心健康，尊重学生的个性特点，尤其是关心后进生的成长，就不难调动大家的学习热情。结合物理课中丰富的科学品质教育内容，将其渗透在教学的各个环节当中，使学生学会坚持，发奋向上，并且能做到诚实、包容、客观、公正。

因此，在整个教学环节中，要始终秉承新课标的教学理念，实事求是，尊重学生个性特点和认知规律，挖掘学生潜能，努力渗透科学方法和科学精神，使学生无论是在基础知识的掌握，科学方法的获得，还是在科学精神的形成方面都有一个长足的进步，不断提高自身的科学素养，为以后获得很好的发展奠定基础。

三、中学生物理科学素养水平的测试

在践行新课程标准的同时，学生的科学素养是否提高，教学措施是否得力，必须要及时作出反馈。国际上多采用科学素养水平调查问卷的方式来衡量一个人的科学素养水平。对于中学生来说，同样可以用这种办法来评价其科学素养水平。那么，如何编著科学素养水平测试卷，才能真正反应学生的科学素养水平，这是首先要解决的问题。

国际上普遍承认的由美国著名科学素养专家米勒提出的科学素养有三个评价标准，即公众只有同时在科学基本术语及概念、科学研究过程和方法、科学技术对社会的影响等三个方面达到了基本理解的程度，才可被认为具备了基本的科学素养水平。根据米勒的理论，科学素养基本达标，就意味着至少要达到以下三个方面的能力要求，即理解基础概念、基本原理；掌握科学探究的方法、具有创新精神；具有良好的科学品质和科学的价值观。

笔者认为，一份科学素养水平测试卷，是否真正反应学生的科学素养水平，首先，其考察内容要充分体现以上的三个要求；其次，要对学生进行分层界定，测试内容不能超出学生的认知范围和知识层次，也就是说科学素养水平高低的比较应该在同年龄或同年级学生之间展开。同一份试卷，高中学生由于得分比初中生高，就认为高中学生的科学素养比初中学生高，这样的比较和界定是不科学的，也是没有意义的。所以，基于学生年龄特征和知识层次的科学素养测试卷才能反应该年龄段学生掌握科学知识的程度，才能正确反应出教育的有效性和教学改革的正确性。另外，对于题型也应有相应的限制，出于方便被测试者答题，测试题一般应该以选择和判断的形式出现。为了避免由于该类题型的偶然性和投机性大，导致结果失去可信度，测试题的选择和设计应该符合以下特点：

（1）表述要非常清楚，且答案明确；

（2）要符合学生的知识层次，不可超出认知能力范围；

（3）避免似是而非，不出偏题、怪题、难题。

总之，要做到使学生看到题目时，如果对问题有一定了解就能百分之百给出正确答案。例如，如果一个学生对于基本术语及概念达到了基本理解的程度，那么测试题中该类题目的得分应该是满分，除去偶然因素，将基本达标的分数设定为90分。那么在米勒提出的三个标准方面的试题得分均达到90分的学生，就意味着具备基本的科学素养水平。具体评价标准如表1所示：

表1中，考察内容一栏的基本术语、概念，研究方法以及科学精神是测试题中考察学生不同层次的能力范畴，每一类题目的分值比例可按不同年级、不同地域作适当调整。以表1为例，全卷满分为100分，其中三类题目所占分值分别为30分、40分和30分，那么张三同学的得分为：30×90%+40×85%+30×80=85分，因为低于90分，所以张三同学不具备基本的科学素养水平。同理，李四同学最终得分为93.5分，可以鉴定为具备基本的科学素养水平。

每一类知识的得分之所以用百分数来表示，是因为不仅可以得出学生的分数，而且也可以很直观地看出该生的长处和劣势，以便日后有针对性地加强薄弱环节的不足。

四、结论

科学素养是一个人综合素养中很重要的部分，它包含多种能力要求，在教学中，教师要注重学生科学素养的培养。科学素养水平测试卷是测评中学生具备科学素养的手段之一，要知道测试结果并不能完全代表学生的科学素养水平。它主要考察学生掌握基本知识和原理、科学的学习方法等理论水平，为最大限度地体现测试卷的评价功能，应尽量细化知识点，扩大测试所涵盖的范围。另外，还可以采用诸如科技小发明，小创造比赛、实验操作考核等多种辅助手段来综合评价学生的科学素养水平。

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