“科学本质”教育的实施策略

摘 要：加强科学本质教育在当下高中物理教育教学中迫在眉睫，关系到新课程标准的贯彻与实施，高中物理教学加强科学本质教育，必须通过充分挖掘教材、物理学史中的相关素材，加强科学探究教学、注意严密性和逻辑性培养、开展STS教育等策略实施.

关键词：高中物理；科学本质；实施策略

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1008-0333（2023）18-0095-03

收稿日期：2023-03-25

作者简介：张敬春（1967.2-），男，福建省连城人，中学高级教师，学士，从事高中物理教学研究.

基金项目：本文系福建省龙岩市课题“核心素养在高中物理教学中实施策略研究”（课题编号：GZZJ2020-007）

2017年版2020年修订的《普通高中物理课程标准》指出，学科核心素养中的“科学态度与责任”维度主要包括科学本质、科学态度、社会责任等要素^[1]，科学本质是“科学态度与责任”中重要组成部分，而科学本质教育在高中物理教育教学中长期没有得到重视.一方面，教师认为学生只要掌握了物理知识也就掌握了科学本质，不需要专门强调科学本质问题；另一方面，由于高考不会单独考查科学本质问题，所以学生在学习过程中也就不会重视科学本质方面的学习，这两方面的片面认识严重阻碍了学生“科学态度与责任”这一重要核心素养的形成与发展.加强科学本质教育在当下高中物理教育教学中迫在眉睫，关系到新课程标准的贯彻与实施，为了适应新课标要求，本文就高中物理教学如何加强科学本质教育提出如下实施策略.

1 充分挖掘教材中的相关素材，提高学生对科学本质的认识教材是学生学习物理知识的重要课程资源，是教师展开教学的重要参考，教材在呈现物理知识的同时，也呈现了大量与科学本质有关的素材，教师必须挖掘

与科学本质相关素材，并加以整合，对学生进行科学本质教育，提高学生对科学本质的认识.

如在“力与运动”的教学中，先对运动学中速度、加速度概念进行学习，然后对力的相关概念进行学习，再学习牛顿运动定律，体现了物理知识的建构性.科學是为了发现自然界的客观规律，但发现的过程不是单纯对客观世界进行真实的描述，科学是解释自然的一种尝试，在教学中教师必须让学生明白概念与概念之间的内在联系，以及每个概念在知识结构中的位置和作用；又如，关于牛顿第二定律，教科书中是这样表述的，从“物体加速度的大小与所受的合外力成正比，与物体质量成反比”，得出F=kma，若定义力的单位1牛顿为使质量为1 kg的物体产生1 m/s²加速度，则系数k=1，从而牛顿第二定律的数学表达式为F=ma，这说明通过对力的单位的定义不同，式中的比例系数k值也就不同，牛顿第二定律的表达也就不同，体现了物理知识的非固定性；再如在万有引力定律的教学中，教材中谈到牛顿得出了万有引力定律后，猜想地球对月球的引力也属于万有引力，通过计算发现月球绕地球转动的向心加速度等于地球表面重力加速度的1/60²倍，而月球绕地球的半径恰好为地球半径的1/60倍，从而证明了地球对月球的引力也属于万有引力，通过教材中“月—地”检验的挖掘，让学生明白物理知识的“可论证性”，同时牛顿的“月—地”检验，将地球对地面物体的引力、行星对卫星的引力统一起来，让学生明白科学知识的形成发展是知识系统不断统一的过程.

2 充分挖掘物理学史中的相关素材，提高学生对科学本质的认识物理学的发展是人类不断认识和探索物理世界的现象、特征、规律和本质的过程，物理学史中蕴藏着大量科学本质素材，在教学中，教师可根据教学内容呈现相关物理学史知识，让学生在了解物理学史的同时，接受科学本质的教育.

如在中子的发现教学中，可介绍如下物理学史知识：1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子而发现了质子，并预言了中子的存在；1930年德国物理学家发现用α粒子轰击金属铍时，产生一种穿透力很强的射线，当时他们认为这是一种高能的γ射线；1932年约里奥·居里夫妇重做了该实验，他们惊奇地发现用这种射线去轰击石蜡时，竟能从石蜡中打出质子来；查德威克也马上重做了该实验，根据相关的数学计算证实了中子的存在.作为卢瑟福的学生查德威克能根据导师的预见敢于打破常规、破除传统思想的束缚，最终发现了中子.而约里奥·居里夫妇虽然已经遇到了中子，却坚信射线是γ射线，而与中子的发现失之交臂.通过物理学史知识的介绍，学生在了解这段有趣的物理学史的同时，也深刻地体会到了物理学具有预见性这一重要的科学本质.

物理学的发展过程中，有些物理学史知识是很有教育价值的，在教学中如果对这样的史实简单呈现给学生，往往达不到教育学生的目的.如果对这样的史实进行深度加工和挖掘，不但可以提高学生的思维能力，而且还可以大大提高学生对物理学科科学本质的认识.

3 在科学探究教学中让学生认识科学本质

科学探究的本质具有实证性、归纳性、创造性、预见性.例如在“验证牛顿第二定律”实验中，要求学生测量大量的数据去证实牛顿第二定律的成立，这就要求学生按“平衡摩擦力、小车质量远大于沙和沙桶质量”实验条件进行每一步骤实验，并精确测量相关数据，在获得大量数据后，利用数学归纳、图像的分析得到正确的结果.在本实验中由于器材的精密度不够等原因往往造成实验不成功，这就要求教师要引导学生要有证据意识，实验中所有的行为都必须围绕着实验条件和精确测量数据这个中心，引导学生对于在实验中出现的问题进行分析，并加以修订.通过实验教学培养学生对科学探究本质中实证性和归纳性的理解.

科学探究的本质具有创造性，笔者在分组实验“测量光的波长”教学中，由于实验仪器使用年限较长，仪器的破损率、故障率高，有的光具座松动，有的单缝和双缝严重不平行，有的小灯泡的接线断开，等等.笔者原以为学生完成实验的成功率会很低，于是课前告知学生仪器的坏损情况，要求学生要认真完成实验，并指出实验的关键是能调试出干涉条纹.在实验过程中，面对破损严重的仪器，学生做实验的热情反而很高，不少学生把损坏的器材东拼西凑，有的学生对实验器材进行必要的维修，并不断地探究和讨论问题，结果全班学生完成实验的成功率很高；有些学生实验调试成功后异常兴奋，尝到了实验成功的喜悦.教师抓住这个教学契机对学生进行表扬和鼓励，同时指出，在真实的科学实验研究中，往往仪器都不是现成的，实验的方法也不是事先预设好的，科研人员要在实验过程中不断改进实验仪器，不断优化实验方法，才能取得实验成功.学生在做分组实验时，在器材不太完备的情况下，教师如果能正确引导，反而更能激发学生科学探究的欲望， 更能让学生体验到科学探究的创造性和创新性，从而实现更高的教学价值.

4 教学中注意严密性、逻辑性培养，提高学生对科学本质的认识物理学是一门严密性、逻辑性很强的自然科学，在平常的教学中，我们发现学生主观臆造、凭空想象、缺乏严密性和逻辑性的例子比比皆是，这些不良的学习习惯往往

给学生的学习造成巨大困难，同时也大大阻碍了学生对科学本质的认识，所以在教学中教师要注意克服学生的不良习惯，注意培养学生的严密性和逻辑性.

为了解决实际物理问题，人们往往从实际物理情境中抽象出物理模型，在解决问题过程中，如果不注意这些模型的理想化条件，就会错误百出.如在单摆的教学中，单摆作为理想化模型，有严格的理想化条件，

如果实际摆摆中不能满足单摆的理想化条件，则不能用单摆的知识来处理.

在解决实际物理问题时，人们往往从某一特定物理条件下得出结论，然后应用到不同的实际情境中，这样可以使解决问题简单化，但是如果把结论随意应用到不同条件下的问题情境中，就会出现严重错误.

例题 在如图1所示理想变压器电路中，线圈匝数比n₁∶n₂＝2 ∶1，分别接有相同的两只灯泡A和B，若在a、b間接正弦交流电源，电源电压为U，求B灯两端电压是多少.

错解 设B灯电压为U_x、电流为I，则变压器输入端的电压为2U_x，根据变压器原、副线圈的电流与匝数成反比，原线圈电流为0.5I，A灯电压为0.5U_x，根据0.5U_x+2U_x=U，解得B灯电压为U_x=0.4U.

错因分析：错误原因在于学生认为电源电压等于A灯电压与变压器输入电压之和.在直流电路中，串联电路的总电压等于各部分电路的电压之和，而在交流电路中，电阻与线圈或电容器串联时，总电压不等于各部分电路的电压之和.

在教学过程中，教师应注意培养学生对物理问题的科学分析能力和逻辑推理能力，以提高学生对物理学具有逻辑性这一科学本质的认识.

5 加强STS教育，提高学生对科学本质的认识

STS教育，即“科学——技术——社会”教育，它强调科学教育应该密切联系人类的现实生产和生活，强调应该使学生了解科学技术在生产和生活中的应用，并形成对科学、技术和社会的正确态度.根据STS教育的理念，物理教学要重视情境创设，重视学生的学习体验.物理学的概念和规律是建立在科学家对物理现象观察基础之上，并经过物理实验论证而得出的，物理学的概念和规律又要在实际应用过程中进行检验和完善，最终形成全面、系统、相对稳定的结论.

在进行物理概念、规律的教学时，应根据学生已有的认知和经验，列举各种生活实例，让学生在丰富感性认识的基础上，再进一步对知识进行归纳与总结.如在《力的分解》教学中，教师应当呈现给学生生活中大量力的分解实例：如石拱桥的结构、斜面上的物体、各种物体的悬挂方式等，在此基础上得出力的分解必须按实际作用效果进行；同时让每个学生按如图2所示做“感受力的作用效果”实验，让学生体验细线对中指的拉力、杆对手掌心的压力，以加深学生对“力的分解必须按实际作用效果进行”的理解.

在STS教育教学时，老师要适时向学生强调科学本质来源于实践，应用于实践，任何科学都离不开学生自己的亲身实践，鼓励学生在学习中要勇于实践.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[责任编辑：李 璟]