对物理学科核心素养“科学态度与责任”的探讨

邓东东 严桂林 纪晓晗 叶菁

［摘 要］随着《普通高中物理课程标准（2017年版）》的颁布，物理学科核心素养成为物理教育者关注的焦点。物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面，受传统教育的影响，“科学态度与责任”素养的培养常常被忽视。文章基于对“科学态度与责任”的理解、评价、培养以及教学示例，探讨在情境教学、实验教学、反思教学、物理学史教学中培养学生“科学态度与责任”素养的策略，以供教师参考。

［关键词］科学态度与责任；物理学科核心素养；科学本质；科学态度

［中图分类号］    G633.7        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2024）02-0046-04

随着《普通高中物理课程标准（2017年版）》的颁布，物理学科核心素养成为物理教育者关注的焦点。物理学科核心素养主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面。经过上一次的课程改革，教育者在知识观、学习观、教学观上有了更深刻的认识，并在实践中取得了一定的成效。虽然在培养学生的科学思维和科学探究能力方面已经有了很大的改观，但由于受传统教育的影响，“科学态度与责任”素养的培养常常被忽视。四个物理学科核心素养缺一不可，物理观念是基础，科学思维是核心，科学探究是方式，科学态度与责任是必备品格和育人的最终目标［1］。科学态度与责任是学科核心素养目标实现增值的关键参量，有学者用“素养=（知识+能力）态度 ”这一表达式来加以阐述［2］。这足以说明科学态度与责任的重要性。因此，我们有必要讨论在物理实际教学中如何更好地培养学生的“科学态度与责任”素养。

一、对“科学态度与责任”的理解

“科学态度与责任”是指在认识科学本质，认识科学·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。“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［3］。

（一）科学本质

科学最初被理解为结果，即知识的积累；接着被理解为过程或者方法［4］。 例如，早期的物理学家伽利略和牛顿通过科学探究，归结出了运动学和万有引力定律等基本物理学原理，为我们提供了对自然界的认识基础。然而，随着认识的加深，人们发现经典力学的知识并不适用所有情况。知识是发展的，注定了科学也是发展的。以现代物理学为例，相对论和量子力学的发展将物理学的理解提升到了一个新的层次。爱因斯坦的相对论改变了我们对时间、空间和引力的理解，而量子力学引入了微观世界的不确定性原理。这些新的物理学理论需要更复杂的实验设计和数学模型来验证和解释现象，将科学的焦点从已知事实转向了不断的实验、观察和理论构建。举例来说，物理学家通过粒子加速器（如大型强子对撞机）的實验，成功探索了亚原子领域，发现了新的粒子及其相互作用。这不仅丰富了物理学的知识库，还展示了科学作为一种过程的本质，以及需要不断的实验和理论修正来推动前沿研究。科学从知识到过程的理解反映了它的不断演进和发展。科学作为一种方法，通过实验、观察和理论构建来不断深化我们对自然规律的理解。

（二）科学态度

科学态度是个体对科学对象、科学现象、科学过程、科学事实、科学理论以及科学研究等持有的稳定的心理倾向，它涵盖几个关键方面，如好奇心、实事求是、追求创新和合作分享［5］。

好奇心是科学态度的核心之一。它激发了人们对未知世界的渴望，推动人们提出问题、进行研究和寻求答案。好奇心促使科学家和研究人员进行深入的观察和实验，以解开自然界的谜题。例如，著名物理学家库里·佩林在好奇心驱使下进行了对宇宙射线的研究，从而有了重大的科学发现。实事求是是另一个重要的科学态度。实事求是意味着在科学研究中应真实记录数据和现象，再根据观察和实验的结果，提出客观和准确的解释。例如，当麦克斯韦提出电磁理论时，他依赖实验证据来支持他的理论，这种实事求是的态度确保了科学的可靠性。追求创新也是科学态度的一部分。科学家不断努力寻找新的方法和理论，以改进人们对自然界的理解。例如，爱因斯坦的相对论是一项革命性的创新，它重新定义了人们对时空的理解。而合作分享是科学态度的关键要素。科学家通常在团队中合作分享他们的观点、数据和发现。这协作精神有助于推动科学的进步。例如，国际空间站（ISS）是多国科学家合作研究宇宙的杰出例子。

因此，科学态度是一种综合性的心理倾向，它鼓励好奇心、实事求是、创新和合作，这些因素共同推动科学不断发展和进步。

（三）社会责任

社会责任是在研究和应用科学时意识到自己的道德责任，将科学知识与社会需求相结合，促进可持续发展，包括热爱自然、保护环境、合作参与社会决策。例如，科学家在开发新能源技术时，不仅要关注技术的创新，还要考虑其对环境的影响，确保能源生产不对生态系统造成破坏。又如，积极参与社会决策，提供科学依据支持政策制定，推动社会朝着可持续的方向发展。这种综合性的社会责任有助于人们在利用科学为人类谋福祉的同时，学会保护自然环境并维护道德标准。

培养科学态度是追求科学本质的必然过程，而科学态度又反过来引导人们对科学本质进行不懈追求。追求科学本质为人们履行社会责任提供了坚实的基础，同时，社会责任也促使人们更深入地探索科学本质。科学本质、科学态度、社会责任三个要素相互交织，广大物理教育者应加强对“科学态度与责任”的理解，这是落实核心素养培养目标的第一步。

二、对“科学态度与责任”的评价

教学评价在教育中具有多重作用，它有助于发现问题，改善教育效果，优化教学方法，评估教师表现，为政策决策提供数据，同时促进学生全面成长。分析新课标对科学态度与责任的定义，结合课程目标和核心素养的五个水平，可以得出科学态度与责任的评价关键要素为好奇心、对道德和规范的认识、可持续发展的责任感、学习物理的内在动机、抵制不实行为与遵守道德规范［6］。可以参考表1对学生的科学态度与责任的发展作出评价。

三、“科学态度与责任”素养的培养

（一）在情境中思考

课前导入环节的情境创设在物理教学中至关重要。根据建构主义理论可知，创设一个引人入胜的情境可能直接影响一堂课的成功。成功的情境导入能够激发学生的好奇心和学习兴趣，引发学生思考和质疑，帮助学生体会物理学的实用价值，并引发对伦理、道德和社会责任的思考，为更深入的学习奠定坚实的基础。

例如，在教学“能源”章节时，教师可以在课前向学生展示我国的能源工程建设，如光伏发电、核电站、火电站等，并提出相应的问题让学生进行讨论。比如，太阳能发电的原理是什么？火力发电对环境有什么影响？核电站潜能巨大，但如果发生核泄漏怎么办？通过此情境可以激发学生的好奇心和学习兴趣，使学生体会到物理学的实用价值，以及产生保护环境的意识。

（二）在实验中探索

实验是物理的基础，是追求科学的过程，是实践的过程，是质疑的过程，是培养批判性思维、求实精神的过程，是学生亲身体验的过程。因此，实验在培养学生的科学态度与责任方面发挥着不可替代的作用。实验的过程包括提出问题、作出假设、设计实验、进行实验、收集数据、分析数据、得出结论、撰写报告和不断改进。首先，提出问题时就是质疑的开始，是好奇的体现，教师应鼓励学生积极提出问题。其次，作出假设需要一定的事实依据，可培养学生实事求是的态度。再次，收集数据和实验现象记录需要真实，不能凭空捏造，这是严谨求实的态度体现。最后，对实验结果的讨论能培养学生的批判性思维。

（三）在反思中深化

课后反思是学生在学习某个内容后重新审视学习过程的关键环节。这是一项有助于提高学生元认知能力的有益活动，也是一个深化学习的过程，我们应该抓住机会引导学生进行课后反思，从而培养学生的科学态度与责任素养。

例如，在物理教学中教师可以设计适当的课后反思问题引导学生反思，如实验设计是否合理？是否考虑了控制变量？是否准确记录了实验数据（包括测量值和观察结果）？是否遵循了实验室安全规定？是否采取了必要的安全措施？是否能够清晰地解释实验现象或物理原理？通过对课后反思，学生不仅加深了对物理知识的理解，还培养了对科学实验负责和谨慎的态度，并逐渐养成了反思的良好习惯。

（四）在历史中升华

物理学史是物理学领域的珍贵遗产，它记录了一系列理论、发现和杰出科学家的奋斗历程。物理学史蕴含丰富的教育价值。通过深入研究科学家的研究历程，我们能够获得宝贵的经验财富。首先，物理学史强调科学方法（如观察、实验、推理和验证）的重要性。其次，物理学史体现持之以恒的严谨态度，其中包括不断反思、修正和完善理论。物理学史还教导我们要有克服困难的坚忍精神，以及无私奉献的精神。物理学史还强调了促进社会发展和人类进步的责任感，因为许多物理学家的工作直接或间接地造福了整个人类社会。这些历史都在启发和指引今天的科学家和研究者，为推动科学和社会发展贡献自己的力量。

例如，教师可以向学生讲述费尔米的故事。费尔米是一位杰出的物理学家，他的生平充分展现了坚韧不拔、无私奉献的优良品质。他的坚韧不拔体现在他的科研工作中，不仅在量子物理和核物理领域取得了杰出成就，还创立了费米子统计，对理论物理有深刻的影响。他无私奉献的精神在曼哈顿计划中体现得尤为明显，尽管争议重重，但他参与了核武器的开发，以防止纳粹党更早地研发出原子弹，他将社会责任置于个人荣誉之上。此外，费尔米在教育领域和科学传播中也有杰出贡献，他培养了一代又一代的物理学家，并推动了科学知识的普及。

四、培养“科学态度与责任”的教学示例

下面以探索电磁感应现象为例进行说明。

（一）课前情境导入环节

【情境导入】教师首先展示一个小型演示实验装置：用一个线圈连接一个小灯泡和一个磁铁，当将磁铁来回快速穿过线圈时，小灯泡突然被点亮。当学生目睹这一现象时，好奇心被激发，他们开始思考为什么会发生这种奇妙的现象。

【问题引导】教师向学生提出问题：“你们刚才看到的这个现象是如何发生的？为什么当磁铁穿过线圈时，灯泡突然被点亮？”教师以问题引导学生思考，并鼓励他们分享自己的猜测。

【学生讨论】学生分成小组，开始讨论教师的问题。学生自由发表自己的看法，或者尝试提出可能的解释，或者表达对电磁感应的了解。

【师生对话】教师积极参与小组对话，鼓励学生分享他们的看法，并进一步提问：“感应电流的大小可能跟什么有关？感应电流的方向可能跟什么有关？”教师的引导有助于学生深入思考问题并提出新的问题。

设计意图：课前导入电磁感应现象，以激发学生的好奇心和学习兴趣。学生亲眼见到电磁感应的奇妙现象，不仅直观地了解了电磁感应现象，还产生了猜想和提问的欲望。教师的引导与师生对话的目的是引导学生深入思考问题并提出新的问题，这为接下来的实验探索奠定基础。

（二）实验探索环节

【提出问题】教师引导学生思考并提出问题：“当一个磁铁靠近或远离导线时，感应电流的方向会如何变化？”

学生带着问题开展实验探索。

【裝置搭建】准备一条长直导线，一个磁铁，一个电流表，一条连接导线和一块支持装置。确保实验设备正常工作，电流表的连接正确。

【实验操作】学生将磁铁快速移近或远离长直导线，同时注意观察电流表的指针方向。

【数据记录】学生记录观察到的电流方向和磁铁的运动情况。

【数据分析】学生分析记录的数据，比较不同情况下感应电流的方向，尝试总结规律。

【结果讨论】与学生一起讨论实验结果，帮助他们得出关于磁场变化对感应电流方向的影响的结论。

设计意图：在实验中，教师重点强调观察的重要性、数据记录的准确性和实验操作的谨慎性，以有针对性地培养学生的科学态度。这个实验可让学生深刻理解磁场变化对感应电流方向的影响，同时培养他们有效提出问题、细致观察、如实记录数据、科学分析数据以及认真操作实验等科学态度。

（三）反思环节

课后反思旨在帮助学生巩固学习成果、培养科学态度和学习技能，并激发他们对物理学的学习兴趣。课后反思可以是书面形式的作业，也可以通过小组讨论或写日记的方式进行。以下是一个课后反思环节的设计示例。

【总结学习】要求学生总结当天在课堂中学到的电磁感应知识和重要概念。可以让学生用自己的话简洁地表达这些内容，这有助于学生强化记忆和理解知识。

【提出问题】鼓励学生提出他们在学习电磁感应中的疑惑或需要更深入了解的方面。这有助于培养学生的探究精神和提问能力。

【应用知识】要求学生思考如何应用电磁感应知识解决实际生活中的问题，理解物理学肩负着社会发展的责任。可以让学生考虑如何改进某种电子设备或设计一个基于电磁感應原理的新产品。

【反思科学态度】鼓励学生反思他们在学习电磁感应时所需要的科学态度，包括好奇心、观察技能、批判性思维、实验操作的责任感、与他人合作和交流的重要性等。可以让学生思考在未来如何更好地培养这些科学态度。

（四）物理学史陶冶环节

【介绍法拉第】教师简要介绍法拉第的生平、工作和对电磁感应的贡献，让学生了解法拉第是电磁感应研究领域的杰出科学家。

【学生搜集资料】教师布置任务，要求学生分成小组，每组负责收集与法拉第和电磁感应相关的资料，可包括法拉第的生平事迹、法拉第的电磁感应实验以及法拉第对科学发展和社会发展的影响。

【分享学习成果】每个小组分享他们所搜集到的资料。学生可以通过图像、文本或简短的报告形式呈现相关资料，强调法拉第的科学态度和社会责任感。学生可以讨论法拉第是如何面对困难、坚韧不拔地完成科学研究的，以及他的研究工作是如何影响现代科学和技术的发展的。鼓励学生思考如何在自己的学习和生活中运用法拉第的这些科学态度和社会责任。

设计意图：物理学史陶冶环节旨在让学生了解法拉第的生平事迹和对电磁感应发现的贡献，帮助学生学习如何搜集资料、分析信息和进行小组分享，这是发展学生批判性思维和合作能力的重要环节。强调学生科学态度与责任素养的养成，包括形成坚韧探索的勇气、克服困难的精神，以及将科学发现与社会责任联系起来。

五、总结

“科学态度与责任”在物理学科核心素养中扮演关键角色，它代表着学生在学习物理学后所必须具备的品质，这些品质不仅对学生的科学研究产生深远的影响，还对他们未来的学术发展和职业发展产生积极的影响。教师有必要深刻理解科学态度与责任的重要性，并运用多种方法在培养学生的科学态度与责任素养。同时，通过不断优化教学方法，提高教学效果，有效促进学生学科核心素养的不断发展。

［   参   考   文   献   ］

［1］  彭前程.《普通高中物理课程标准（2017年版）》的变化［J］.课程·教材·教法，2018（9）：99-106.

［2］  曹俊，钟志鹏.核心素养视阈下科学态度与责任培养的实践与思考［J］.物理之友，2017（12）：15-17，20.

［3］  中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准：2017 年版［M］.北京：人民教育出版社，2018.

［4］  王高.科学态度与责任的构成及培养策略［J］.教育研究与评论（中学教育教学），2017（11）：60-63.

［5］  胡卫平.物理学科核心素养的内涵与表现［J］.中学物理教学参考，2017（15）：1-3.

［6］  魏晓东.物理核心素养中科学态度与责任的培养路径研究［J］.天津师范大学学报（基础教育版），2022（6）：62-66.

（责任编辑 黄春香）