指向学生科学态度与责任培育的高中物理教学实践——以“共点力平衡”为例

◎ 杨鸣华

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《2020修订版课标》）中，明确提出高中物理课程要在义务教育的基础上，进一步促进学生物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任四个方面的学科核心素养落实，帮助学生逐步形成正确的价值观念、必备品格和关键能力。

培育学生核心素养是高中物理课程的总目标，该总目标必须通过单元教学、课时教学的精心设计和有效实施才能逐步达成。新教材投入使用后，很多教师围绕物理学科核心素养的落实，展开了大量的研究和教学实践。相对于物理观念、科学思维和科学探究这三个方面，教师对科学态度与责任的培育而言更觉得无从下手。笔者在解读“科学态度与责任”素养的基础上，在“共点力平衡”一课的教学中，通过精心创设情境、设计活动，努力实现对学生“科学态度与责任”素养的培育。

一、 对“科学态度与责任”核心素养的认识与理解

（一）对“科学态度与责任”的解读

《2020修订版课标》中，关于科学态度与责任的解释是“在认识科学本质，理解科学·技术·社会·环境关系的基础上，逐渐形成的探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度，以及遵守道德规范保护环境并推动可持续发展的责任感”。

对于这一解释，笔者的理解是要帮助学生：①形成科学本质和STSE（Science、Technology、Society和Environment的缩写）这两个方面的认知；②形成三个方面的态度，即对待学习本身的积极态度、探索自然的好奇心和热情，以及对待科学严谨认真、实事求是、持之以恒的态度，这其实也是做人、做事应有的态度；③形成对待周围人、环境以及未来的社会责任感。

（二）对“科学态度与责任”三要素的理解

根据《2020修订版课标》，“科学态度与责任”主要包括科学本质、科学态度、社会责任等要素。

（1）“科学本质”是如何看待科学的一些观念。它的提出是要求通过物理学习，学生能认识到：①自然界是可以被认知的，物理学科就是描述、解释物质世界的学科；②科学认识是发展变化的，在物理学发展过程中各种理论、学说不断形成、被改变或修正，不同领域的、逐渐深入的认识汇总，逐渐形成了今天人类对客观世界的认识；③科学能认识到的客观世界是有限的，科学是有局限性的，不能为所有问题提供完整的答案，不能解决所有问题。

（2）“科学态度”“社会责任”与之前三维目标中的“情感态度与价值观”相当，主要是指通过物理学习培养学生：探索自然的热情和积极的学习态度，严谨认真、实事求是、持之以恒的科学态度，对人、环境、未来的社会责任感，等等。

（三）对“科学态度与责任”与其他素养关系的理解

物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任，这四个部分是不可分割的有机整体。物理观念是指物理概念、规律以及在此基础上提炼出的观点，是运用物理知识和规律解释现象、解决问题的基础；科学思维是对客观事物本质属性、内在规律准确反映的理性思维；科学探究是指科学领域发现问题、解决问题的基本科学方法和过程；科学态度与责任则是指学生通过物理学习，需要养成的科学的态度、科学的价值观，还需要认识到自然界的可认识性、科学认识的发展性等科学本质的有关内容。

根据以上认识，笔者认为形成物理观念是培养学生物理学科核心素养的基础，科学思维是物理学习的核心，科学探究是物理教学的手段与方法，而科学态度与责任是物理教学的总目标，是贯穿在整个物理教学过程中的。

二、培育学生“科学态度与责任”素养的教学实践

基于以上认识，笔者认为，学生的“科学态度与责任”这一素养的形成是伴随着物理观念的形成、科学思维的发展、科学探究能力的养成过程的。因此，教师在开展一切教学活动时，都需要认真思考：这个环节怎样做可以更好地实现科学态度与责任的培育。笔者以“共点力平衡”为题，开设了一节指向培育物理学科核心素养的教学研究课。

共点力的平衡是力学的核心知识，学习过程中学生将综合应用之前学到的知识与方法，通过问题解决获得共点力作用下物体的平衡条件，并初步学会应用这个条件解决实际生活中的简单问题。用共点力平衡条件分析具体问题，需要选择相互作用的对象、分析相互作用的物理量、列出相互作用关系的方程，这是一种分析物理问题基本而且重要的思路，这种核心思路和视角，普遍应用于对力、电、热等问题的分析，是概念和规律的提炼，是运动与相互作用观的重要内容。

下面以本节课教学实施的环节为线索，重点介绍笔者在培育科学态度与责任方面的做法和由此提炼出的实施策略。

（一）建立平衡状态的概念

情境1 制作课件时，选择了一张照片作为课题的背景，如图1所示。大海、晨晖、礁石等大自然要素，几块礁石高叠而不倒，很有趣，且与本节课的学习内容相关。

图1

【设计思路】用这种富含寓意的图片作为课题背景，教师不用过多的语言，学生可以获得很多暗示：物理是描述自然、解释自然的科学；大自然是美好的，世界是很奇妙的，从而激发学生热爱自然的情愫以及探索自然的学习热情。

情境2 在教学引入环节，用马踏飞燕的照片和高铁行驶中硬币不倒的视频作为示例，分别介绍静止和匀速直线运动这两种平衡状态，如图2所示。

图2

【设计思路】用国宝文物来介绍静止的平衡状态，学生能感受到我国古代人民的智慧及中华古代文明；用高铁行驶的视频来介绍匀速直线运动状态，观看过程中学生能感受到我国在高铁领域的发展以及受到全世界的高度认可，在不知不觉中培养学生的民族自信和自豪感。另外，用这些联系生活和现代科技的示例作为情境，营造了生动活泼的课堂氛围，激发了学生的学习热情。

（二）研究共点力作用下物体平衡的条件

活动1 研究二力作用下物体平衡的条件

播放视频1：在电梯中，随着电梯从地下一层上升到六层，手机中的软件记录了这一过程的v-t图像，如图3所示。通过观察图像，引导学生认识到在电梯上升过程中有一段匀速运动过程。

图3

播放视频2：电梯中放置一个安装有力传感器的铁架台，力传感器下挂有一瓶矿泉水，如图4所示。随着电梯从地下一层上升到六层，电脑屏幕上获得力传感器示数即瓶装水所受向上拉力随时间变化的F-t图像，如图5所示。

图4

教师引导学生观察图5所示的F-t图像，分析图像，并说明结论。最终获得两个结论：一是物体静止和匀速运动时受力情况相同；二是物体平衡时所受二力合力为零。

图5

【设计思路】利用身边的事物，如手机、电梯、矿泉水等，创造实验条件、开展实验，学生感受到物理学习就在身边，培养乐于观察、试验和思考的学习习惯；应用手机软件记录运动、录制视频，DIS实验，这些技术融合在实验中，学生体会技术与科学的相辅相成；教学中先通过v-t图像说明电梯上升中有匀速上升的过程，然后同时记录电梯的上升与传感器示数的变化，学生从中感受到实验数据的可靠性与真实性，体会物理研究的严谨性。

（三）研究三力作用下物体的平衡条件

理论演绎：利用等效替代的思想，将三力平衡的问题转化为二力平衡，进而得出三力平衡的条件也是合力为零。

DIS实验验证：用图6所示的实验装置，利用相关软件直接得出F1、F2的合力与F3是一对平衡力，所以三力作用下物体的平衡条件也是合力为零。

图6

【设计思路】理论演绎与实验验证相结合的研究过程，向学生展示了科学研究的方法，有助于学生形成对科学本质的认识。

（四）应用共点力平衡条件解决问题

第一步，播放一段视频，内容主要为：拆房工地上，在屋顶和地面间斜架着一根钢轨，屋顶上的工人将几块砖摆放在钢轨上，轻轻一推，砖块沿钢轨下滑，由站在地面的工人搬送至小推车上。

第二步，提出一个问题：砖块从屋顶运动下来的过程中，钢轨对砖块的支持力和摩擦力大小约为多少？

第三步，在师生互动中抽象出图7所示的物理模型。

图7

【设计思路】这个情境、问题、模型的学习过程暗示学生物理问题是来自实际生活的，以及物理学习是可以解决实际问题的。同时，情境中砖块的回收利用，暗示学生要保护环境，节约资源，有利于可持续发展观念的形成。另外通过观察发现砖下滑过程做匀速运动，不可过快，以免伤人，可实现对学生的安全教育。

（五）归纳解决问题的思路

面对问题，要求学生运用已有知识自行解决问题，教师通过巡视，搜集不同解法，用手机拍成照片，通过投屏向全班学生展示，组织学生们与自己的解法进行比较。再请学生分小组讨论，归纳出运用共点力平衡条件解决问题的一般步骤。然后由各小组派代表在全班交流，最后达成共识。

【设计思路】这个解决问题的过程对初学者而言是有一定难度的，在这种设计中学生们通过交流，分享不同的解决问题方法。他们经历合作与分享，从自己解决问题的过程中归纳出学习结论，可以体会合作与成功的愉悦，激发学习的兴趣。

（六）布置作业

教师创设了图8所示的一个情境和任务：学校创新实验室有个风洞，请学生应用共点力平衡的条件，设计一个能测量飞机在风洞中所受风力大小的方案。

图8

【设计思路】这样的作业题，以身边的事物为情境，创设具有真实需求的任务，要求学生通过建模抽象出物理情境和问题。学生能够学以致用，从而激发学习热情。

三、教学反思

反思整堂课的教学，笔者认为课堂教学可以通过创设情境，引领学生通过一系列的活动，获得对物理知识和概念的认知。而科学态度与责任的培养，则是整个教学过程中涌动着的一根暗线，在备课、教学时，它应该是教师心中的一根明线。在设计、实施教学时，教师可从以下两个方面具体着手实现“科学态度与责任”素养目标的落实。

（一）怀揣目标设置情境

教师在进行教学设计时，要始终怀揣着科学态度与责任的目标，在引入、例题、应用、作业等环节，尽量创设真实的情境，并且要选择联系生活和现代科技的情境与素材。努力激发学生的好奇心和探究热情，养成学生乐于观察、实验和思维的习惯，有意识地帮助学生了解科学、技术、社会、环境间的关系。

（二）心有所向设计活动

在设计实验、探究等各种教学活动时，教师要在“科学态度与责任”素养目标的引领下精心设计活动：可适当增加自主学习的部分及其难度要求；引导学生深入参与探究学习的过程；设计通过合作完成学习任务的环节，创造学生交流机会；实验教学中要引导学生在实验中如实记录、客观对待所获取的实验数据，尊重实验结果与事实，杜绝编造和修改实验数据，要求学生实事求是且持之以恒，且教师要以身作则；设计各种学习活动，给学生机会使用信息技术等。

培育学生的科学态度与责任素养，要求教师心怀目标，发挥主观能动性，有意识地在教学的每个环节予以渗透。科学态度与责任的培育是润物细无声的，是日积月累的，相信如此的用心一定会对学生产生深远的影响。