浅谈在大学物理课程教学中如何提高大学生的科学素养

李泽军 贺梦冬 谭永宏

（1.中南林业科技大学 理学院，湖南 长沙 410004；2.湖南科技学院 发展规划与学科建设处，湖南 永州 425199）

如何通过物理教学培养和提高学生的科学素养，许多文献中都谈到了这个问题[1-6]，也提出了许多切实可行的建议。不过，现有的文献中，大部分研究的是如何通过物理教学提高中学生的科学素养，对于有一定物理基础的大学生，研究得较少。本文主要研究如何通过大学物理课程教学提高大学生的科学素养。“素养”《现代汉语词典（第 7版）》（商务印书馆）指“平日的修养”，随着时间的变化，其含义也在不断丰富。“素养”一词可以和不同的定语相结合，扩展其含义，例如，文化素养、艺术素养、数学素养、物理素养、科学素养等等，其表示的含义与“素养”原来的本义已经有了较大的区别。

平时我们经常使用“科学素质”这个词，那么“科学素质”和“科学素养”之间有什么关系呢？按照《现代汉语词典（第7 版）》（商务印书馆）的解释，素质包括“事物的本来性质”“素养”和“心理学上指人的神经系统和感觉器官上的先天的特点”，因此，素质包括先天和后天两个方面的因素。而素养是指后天培养的、平日的修养。由此可见，科学素养是科学素质的重要组成部分。因此，可以认为，具有科学素质的人，具备了科学素养的重要条件；而提高科学素养有助于科学素质的提高。两者是相互促进，共同提高的[7]。简单来说就是，素质原指人的天赋条件，通过后天素养的提高可以使素质得到提高。就人才成长看，素质和素养密切联系，在学习实践过程中，大家提高了各方面的素养，从而促进了素质的进一步提高。所以，现在大家谈的素质，是一个向素养方面扩展和引伸的概念，加强素质培养和提高科学素养是一致的[7]。

从以上素养的定义来看，可知素养是通过后天的学习和实践来培养的。学生在整个学习阶段学习科学知识，其实就是在老师的指导下持续不断地提高科学素养的过程。现代科学素养观认为科学素养主要由科学知识、科学方法、科学态度、科学精神与科学价值观这五大要素构成。具体到物理学，应该注重物理知识、物理方法、物理态度、物理精神与物理价值观这五个方面的教学。然而，在现阶段，不管是在中学还是大学，物理教学只注重学生是否学好物理知识，掌握考试技能，取得好分数，也就是说，现在的物理教学就是为了考试而教学。至于利用物理教学来提高学生的科学素养，这一点还做得很不够，基本上就停留在获取物理知识和考试技能阶段，也就是前面所提到的科学素养的第二层意思，即短期的实用技能。并没有注重于内在的、深层次物理品质和批判精神的培养和提高，对物理方法、态度、精神和价值观的培养和提高还很不够。基本上是将提高物理素养等同于掌握物理知识，并没有培养学生对物理的兴趣和感情，只是将物理作为一个进入高一级学校的条件。如果不需要这个条件，考虑到物理学的特殊性，可以说，大部分人都会放弃物理学习。例如这几年的高考改革，表面上看是重视物理，但实际上大部分学生在高考中都绕过物理，导致出现大面积弃考物理的现象，这几年浙江、上海和山东高考中，学生选考物理的人数比例严重下滑就证实了这一点。

教育的目的是为社会培养全面的人才，然而，现在的教育，强调的是“基本知识和技能”。因为只注重于知识技能方面而忽视了方法、态度、精神和价值观的教育，这样培养出来的具有一定知识技能的人才，是不全面的。利用科学教育提高公众的科学素养这一点，相比国外，我们的科学教育还做得很不够。调查结果显示，我国具备科学素养的公众比例一直处于低位。例如在 1992 年中国具备科学素养的公众比例为0.3%，而美国1990 年的数据为6.9%（摘自人民日报，1995 年1 月16 日《中国公众科学水平如何》）[8]，欧共体 12 国的数据为4.4%[9]。即使到了2001 年，中国的数据也只有1.4%，而2003 年也不过1.98%[10]。这种现象说明我国科学教育在提高国民的科学素养水平方面，一直没有较大的改观。而中国学生学习刻苦的程度是世人皆知的，那为什么国民的科学素养水平一直提不上去呢？只能说是教育的导向出现了问题。

一个国家的综合国力是衡量一个国家经济、政治、军事、文化、科技、教育、人力资源等实力的综合性指标。而国民的科学素养与一个国家的文化、科技、教育、人力资源等直接相关，是国家综合国力的重要组成部分，是关系到国家经济可持续发展的重要条件。在新的发展时期，我们要实现从“制造大国”转变为“智造大国”，需要一支与社会经济建设相匹配的高素质的人才队伍支撑。但中国国民科学素养整体偏低、城乡差异明显、与国外发达国家差距较大等一系列的现实问题，严重地制约了我们建设创新型国家的进程，已经成为了制约中国社会经济发展的瓶颈之一[11]。

1 提高大学生科学素养的具体措施

大学阶段的物理教学对象，面对的是已经学过了5 年物理知识的大学生，他们的现状是具备了一定的科学素养，只是发展不平衡，在科学方法、科学态度和科学精神和科学价值观等方面还有所欠缺，如何在大学物理课程教学中全面地提高大学生的科学素养？笔者认为可以从以下几个方面去考虑。

1.1 强化大学阶段的人文物理教育。

大部分学习大学物理的学生将来不会从事与物理有关的工作，所以大学物理课就不能只是停留在让学生拿学分的阶段和层次，必须有助于学生在将来有更广阔的发展。物理学是研究自然物质的学科，几千年以来，除了形成一套完整的理论知识体系，还形成了一套特有的思想和方法。而挖掘隐藏在物理理论背后的思想和方法，对于提高学生的科学素养水平，是非常有益的。

现阶段的物理教学中，讲到某个物理学家、物理史实，往往只是一带而过。老师特别强调的是物理知识和结论，而物理学家的辛苦和努力，就这样被有意无意地忽略了。使得学生也只重视物理结论，把物理知识的获取看作是一种当然。这种只注重结果，而不重视过程的学习方式，无法让学生静心下来体会物理学家的研究过程，当然也就无法形成完整、系统的物理思想和科学方法论。学生掌握的物理知识也不是一个完整的体系，而是片段的、零碎的。物理知识的掌握都不完整，就不用说形成完整的物理思想和方法了。而按照现代的科学观和科学教育观，作为结果的知识是不断发展更新的，发现真理、探求结果的方法才是更重要的。教育目的不是知识本身，而是建立科学知识的工具和手段。因此，现代教育中更关心的是怎样使传授知识的过程成为掌握科学研究方法、开发学生智慧的过程。所以，物理教学应该以物理学科内容为核心，强调一种全面的、体验式的教育形式。即，不仅要给大学生提供物理科学的实体内容和学科结论，而且还要介绍这些科学结论，也就是定理、定律等的研究过程和发现过程，这才是一种完整的教育。

We shall show that g(ζ)g(k)(ζ)-c(z0) ≢0.If,to the contrary,g(ζ)g(k)(ζ)-c(z0) ≡0,then we have g(ζ) ≠0,∞ since c(z0) ≠0,∞ and thus c(z0)/g2≡g(k)/g must be an entire function.This together with Nevanlinna’s first fundamental theory gives

在大学物理课程教学中，可以加强人文物理的教育。人文物理教育能以浅显易懂的语言揭示物理学的基本发展模式和过程，能够以更明确的方式展现物理科学理论的形成和发展过程。使教育对象能够体会到物理科学理论不是静态的，而是处在动态变化的过程中，物理学理论同样有一个产生、形成和发展的历史过程。我们只有了解了它的历史，深刻理解了它的现状，才能把握它的发展方向和趋势，预测它的发展前景，从而更加自觉地推进物理学的发展[3]。例如：讲到电磁感应的知识时，可以详细地介绍人们对电磁感应的研究，除了法拉第十年如一日的研究，还有亨利、阿拉果、科拉顿等物理学家，他们都在电磁感应方面做了大量的研究工作。将他们的研究过程、实验方法完整地介绍给同学们，可以让学生对电磁感应知识有一个完整全面的认识。再比如介绍人类对宇宙的认识过程等等。这样自然就能激发学生学习物理、探索自然的兴趣。而在这个教育过程中，学生自身的科学素养也得到了提高。

1.2 培养学生的科学意识，树立正确的自然观和科学知识观，增强学生的科学识辨能力。

所谓科学意识，也就是人们对科学的态度以及对科学行为的控制和调节。培养学生的科学意识，才能使学生在现在和将来具有科学的行为。因此，为了培养和提高学生的科学素养，在物理教学中必须始终贯穿科学意识的培养教育[6]。

在物理教学中，除了培养学生的科学意识，还要帮助学生树立正确的自然观和科学知识观。所谓自然观，就是人的意识对自然这个客观存在的反映。自然是可以被认识的，能被人的意识所反映，物理教育的目的就是帮助学生建立起辩证唯物主义自然观。物理学是研究物质的理论，是关于客观事物内在规律的描述，是对自然界自身行为的认识。人类在认识自然的过程中，所形成的理论体系就是科学知识。而正确的科学知识观除了描述自然客观事物的内在规律之外，还应该包括人的主观能动性。要帮助学生树立正确的科学知识观，除了教给学生理论知识之外，还必须要强调在人类探索自然的过程中，人的主观能动性所起的作用，这样才能帮助学生树立正确的科学知识观[12]。

只有培养了学生的科学意识，树立了正确的自然观和科学知识观，才能增强学生的科学识辨能力。现在网络发达，人们很容易在网络上获取各种信息。近些年大量出现的各类“民科”，在网络上散布大量的所谓重大发现和各种标新立异的理论。尤其以物理方面为甚，例如发明永动机、水变油、各种超自然能力以及披上科学外衣专门欺骗老年人的各种保健治疗仪等等。这些伪科学的东西被包装上新颖、前沿的外衣，对人们具有很大的诱惑力，如果学生的科学意识和科学知识观不强，就很容易上当受骗。

所以，只有当学生树立了正确的自然观和科学意识时，就具备了抵抗伪科学的能力。不管在什么情况下，学生遇到反科学的问题，就会利用在物理学习过程中培养的科学识辨能力，做出合理的分析和判断。

1.3 强调物理学科的基础性，注意物理学和其他学科的融合。

现阶段，我国的学科教育都是以相关的学科知识为核心而展开，教学的主要任务就是让学生掌握相关学科的一些既成规则、概念、定理和定律等知识，形成运用这些知识解决题目的能力。不同学科之间都是相互割裂的，不同学科的老师在知识上基本没有交流。如果学生的学习自主性和主观能动性不足，就不会去思考不同学科的知识之间的联系，学完之后，知识依然停留在物理是物理，化学是化学的条块分割状态。

现在的教学中，并没有突出或者强调不同学科知识体系之间的联系。例如这些年的中考和高考中设置的文综和理综，本意是强调不同学科之间的交叉融合。然而，这么多年过去了，也就仅仅是将不同学科的知识“综合”在同一张考卷上而已。可见，不同学科之间的融合教育，还有很长的路要走。

怎样才能做好物理学科与其他学科之间的融合教学呢？前面提到，物理学科是其他自然学科的基础。其实很多学科都是从物理学中分离出去之后发展起来的，它们与物理学之间存在着天然的联系。另外，很多新学科都是借助于物理概念建立和发展起来的，在物理教学中，利用物理学科的这种天然的基础性，不断强调物理学和其他学科之间的关系，以及物理概念在其他学科中的应用。例如讲到“熵”这个概念时，可以介绍Shannon 引入“熵”这个概念之后建立现代信息学的例子；还可以将“熵”这个概念进一步应用到其他社会科学和自然科学中去；讲到能量与物质时，可以与哲学中的基本概念联系起来；讲到“混沌”时，可以介绍将混沌应用到社会学、经济学、天文学、历史学以及国际政治学中的例子；讲到热学中的布朗运动，可以向学生介绍经济学家是如何将布朗运动这种物理模型引入到经济学中，来处理经济以及股市的走向问题等等。从不同的学科知识角度引入物理学，可以让学生以全新的视角重新认识物理学，从而激发学生学习物理的兴趣，增加自己的知识面，拓展自己的视野，由此提高自己的科学素养。

1.4 改革课程教学评价方法，丰富课程考核方式

现阶段，由于大学物理课程课时不断缩减，老师能在课堂上讲授的内容也在不断减少。因此，学生并不能通过大学物理课堂教学形成完整的物理理论体系。而且不同专业的学生，所学物理内容也会有所差别，这就给大学物理的课程考核和教学评价带来一些问题。

现在大学物理的课程评价，简单来说，其特点就是评价方式单调、评价结果片面、评价主体单一。通过一张试卷的考试分数来决定教学效果。这种评价方法就是以解习题为主，只能考查学生的知识掌握程度和抽象思维水平。这与通过物理教学提高学生科学素养的理念是不相符合的。为了利用大学物理课程提高学生的科学素养水平，新的课程评价应从“知识与技能”“过程与方法”“情感态度与价值观”三方面进行[12]。通过笔试解答习题可以评价学生的“知识和技能”掌握情况。建立学生的学习档案，记录学生的学习过程，例如学生在活动、实验、制作、探究等方面的表现，客观记录学生学习过程中的具体事实，记录学生提出的问题以及在理论学习、阅读科普材料、物理实验、小论文、小制作和科学探究等活动中的表现，可以有效地对学生的学习“过程与方法”进行评价。关注学生的观察和实验能力、提出问题的能力、做出猜想和假设的能力、收集信息和处理信息的能力、交流的能力等，可以对学生的“情感态度和价值观”进行有效评价。

综上所述，为了更加全面地评价大学物理课程的教学效果，从而真正地做到利用大学物理课程的教学提高学生的科学素养水平，我们就必须在大学物理课程的评价方法和考核方式上进行改革。

1.5 关注STS（即科学、技术、社会）教育

所谓STS 教育，是一门研究科学、技术和社会相互关系的新型学科。它不仅将科学与技术视为社会子系统，研究科学与技术的性质、结构、功能及其相互关系。还研究科学技术与其他社会子系统，例如政治、经济、文化、教育之间的互动关系，以及研究科学、技术和社会在整体上的性质、特点、结构和相互关系及其协调发展的动力学机制[13]。

由于我国一直实行文理分科，所以，大部分学生的知识结构并不完整，或者偏文、或者偏理，相对来说，知识面比较狭窄。在平常的物理教学中，老师很少引导学生去思考物理学与其他自然科学和社会科学之前的关系。长此以往的结果就是，文科生想到理科知识就头晕，理科生见到文科知识就不感冒，相互之间的知识隔阂很深，而借鉴和启发相对较少。实际上，很多有名的物理学家在文学、艺术等方面也有很深的造诣，例如爱因斯坦、玻尔、费曼、钱三强等等，而这些文学或者艺术方面的爱好能够激发他们研究物理学的灵感。美国或者欧洲国家的很多高校，学生要毕业就必须选修大量的其他专业的课程，例如学习经济学的学生甚至要学习宇宙学、黑洞等知识。

相比注重知识实用性的传统教材，我国的新教科书在STS 方面做了很大的改变。主要表现在强调科学素养方面发生了积极的变化，例如，降低科学知识的比重和难度，更多地关注学生的主动探究和科学史教育。但科学、技术、社会关系主题内容仍然较少、范围较窄，相关的材料内容比较陈旧，绝大多数展示科学技术在社会中的正面效应，对其负面效应选择性地关注不够，导致学生对科学技术的利弊产生片面的认识。

而在STS 教育方面，国外的很多成熟经验都值得我们学习，对我国教科书的建设有许多有益的启示。例如美国的《物理：原理与问题》设计了多个模拟实验，以实验的方式让学生体会到物理学中的STS 教育，从而增进学生对客观世界的理解。教材中还介绍了与学习内容相关的职业。1997 年澳大利亚出版的Jacaranda Physics 在涉及STS 主题的分析单元中，有56%的内容涉及科学技术在社会中的应用，其中有16%说明科学技术在社会中的负面效应，12%的内容讨论与科学技术相关的社会问题。这样，学生对科学技术的应用就会有比较全面的认识，从而提高自己的科学素养[14]。从以上数据可以看出，我国的STS 教育还有很长的路要走。

1.6 加强物理实验技术的教育和实验能力的培养

说到物理，都知道物理包括两个部分，即理论和实验，两者相互支撑，共同发展。所以，在物理教学中，加强学生实验技术的教育和实验能力的培养，对于提高学生的科学素养水平，是非常有意义的。然而，我国现阶段的中学物理实验教学情况是令人担忧的。调查结果显示，中学阶段，能完整地在实验室做完所有实验的同学非常少，大部分进过几次实验室，有少部分同学甚至从没有进过实验室，就是在黑板上做实验，学生的实验水平可想而知。进入大学之后，许多学生不会校调测量工具，面对仪器无从下手。所以，为了提高学生的科学素养水平，为将来的专业实验做好准备，必须要加强物理实验技术的教育和实验能力的培养。

为了在较短的时间内尽可能地提高学生的实验水平，我们采取了许多措施。

首先，我们要充分利用网络教学。预先录制部分实验的简短视频，发送到学生群里，学生随时随地可以利用手机观看，在实验前做好预习，加强印象。

其次，在课堂上加强指导。学生开始动手做实验时，老师在实验室内巡查，针对部分实验有困难的学生，加强指导。

最后，设置开放实验室。少数学生实验能力较弱，难以在规定的时间内完成实验，老师会要求他留下来，在开放实验室单独辅导。第一次批阅实验报告时，我们基本上都是采用面批的方式，老师当着学生的面，指出实验中存在的问题以及需要改进的地方。

通过这些方式，一般的同学在做完几个实验之后，实验水平就会有明显的提升，开始对物理实验表现出兴趣。处理数据、分析问题的能力也随之提升，后面的实验也就越做越顺手。有的同学做完实验之后，还对实验原理、测量方式提出改进，或者利用实验室的仪器设计了其他的实验。例如，在开放实验室，就有学生利用力敏传感器设计了测量重力加速度、测量肥皂膜的相关物理量以及测量液体膨胀系数的实验，而且还测出来令人满意的结果。说明这些学生的探索精神、实验能力、创新能力等科学素养得到较大的提高。

2 结 语

最后，需要指出的是，科学素养是一个重要而且富有生命力的、与时俱进的概念。由于科技对社会的影响，不管是科学素养的概念定义还是操作定义，都需要适应科技和文明发展而作出适时调整，科学素养所具有的内涵也就不断地在丰富。

由于物理学的特殊性，物理知识的学习永远是提高科学素养的基础，物理学的发展，要求人们也必须不断提高自己的科学素养。然而科学素养的培育、养成和提高并非易事，而是一项长期而艰巨的工程，物理教育在这个工程中将发挥重大的作用。所以，在大学物理课程教学中，注意从单纯传授理论知识走向与培养能力相结合，从狭窄的知识基础走向宽厚的知识基础和广泛适应性，从单纯获取知识走向学会查找和使用知识，从学习掌握已有的知识走向具有创新意识和能力的方向发展。在渗透科学素养的教育过程中，注重与教学内容的有机融合，注意方法上的灵活性，形式上的多样性，将会显著提高学生的科学素养水平。