田春鳳

(包頭師范學院物理科學與技術學院 內蒙古 包頭 040130)

新一輪的物理課程改革將物理學科核心素養(yǎng)確定為課程的總目標,除知識和能力外,還明確提出了科學本質和物理學史的要求.可見,了解物理學發(fā)展歷程以及典型物理規(guī)律和理論的研究過程,形成對科學本質的合理認識,不僅是物理學師范生自身學科核心素養(yǎng)發(fā)展的需要,也是將來從事中學物理教育的迫切需求.

物理學史是很多高師院校物理學專業(yè)開設的一門選修課,然而,當前該課程的教學并不能滿足課程改革的需求.首先,課程中雖然涉及物理學思維、科學觀等內容,但教學中隨意性較大,缺少有意識的、系統(tǒng)的設計;其次,物理學史內容多、課時少,講授為主的教學導致學生被動學習,難以對學史進行深層思考,更談不上形成正確的科學觀了.

為了更好地適應基礎教育課程改革的需求,我校首次將課程名稱改為物理學史與科學本質,以主題式教學理論為指導,構建了以科學本質的若干核心問題為主題,典型的物理學史案例為情境的課程體系,將物理學史與科學本質有機融合,促進學生對物理學史的深層思考,從而幫助學生有效提升科學本質認識和發(fā)展學科核心素養(yǎng).

1 圍繞科學本質確定教學主題

所謂主題式教學是指提供恰當的學習情境和主題,圍繞其制定需要達成的學習目標,以學生主動建構為活動主線,在重過程的生成理解中,實現課程主題意義建構的一種開放性教學[1].設計主題,基于主題優(yōu)化和整合教學內容是主題式教學實施的基礎性和關鍵性一步.以科學本質的若干核心問題作為主題,便于學生圍繞主題反思物理學史,深化對科學本質的認識.

1.1 主題確定的幾點考慮

首先,基礎教育領域對科學本質的理解源于科學哲學,縱觀科學哲學的發(fā)展史,對比傳統(tǒng)和當代的科學哲學觀,認為科學本質的核心問題主要包括如下幾個[2]:第一,科學知識的相對與絕對,這是關于科學知識的“真理性”問題;第二,科學發(fā)現的過程;第三,觀察與理論的關系;第四,科學的合理性.

其次,為了幫助學生從不同角度理解科學,建立全面的、立體的、真實的科學觀,科學教育者們吸收科學哲學、科學社會學、科學史等領域的研究成果,不斷豐富其內涵.科學教育領域的科學本質一般認為包括如下三維結構[3]:

(1)科學知識的本質,包括建構性、實證性、條件性、暫定性、邏輯一致性、可預測性等;

(2)科學探究的本質,包括科學探究的動力、科學與提出問題、科學探究的過程、證據的重要性、研究方法的多樣性、創(chuàng)造性、主觀性等;

(3)科學事業(yè)的本質,包括社會性、科學社群、科學與技術、科學家的公民性等.

1.2 主題的確定

綜合兩方面的考慮,完成了課程內容的主題設計,如圖1所示.

圖1 課程主題的設計思路與依據

主題1：科學需要證據.

實證性作為科學的最本質特征之一,無論是傳統(tǒng)的還是當代的科學哲學都非常強調這一點,也是學生關于科學本質的原有認識,本主題試圖通過科學家獲取和使用證據的典型史實,發(fā)展并深化他們關于科學實證性的認識,從而正確認識科學實驗的地位與作用,初步了解觀察與理論的關系.

主題2：歸納并不充分.

傳統(tǒng)科學哲學是建立在歸納法基礎上的,實驗歸納是一種樸素的科學發(fā)現觀,也是學生在長期科學學習中容易形成的一種科學發(fā)現觀.本主題試圖通過典型的科學史實,使學生客觀認識歸納法的價值與不足,意識到自己原有認識的缺陷,為建立正確的科學發(fā)現觀奠定基礎,并豐富關于科學研究方法的認識.

主題3：科學發(fā)現的過程.

本主題試圖選取不同的物理知識類型,呈現它們建立的過程,幫助學生形成全面、立體、開放的科學發(fā)現觀,既認識到科學發(fā)現沒有固定的模式,是一個問題解決的開放過程;也認識到科學發(fā)現過程包括一些共同的核心要素,即問題、證據、解釋、交流與評估等.

主題4：研究方法的多樣性.

不僅不同類型的科學知識具有不同的發(fā)現模式,會采用不同的研究方法,而且對同一問題的解決,科學家也可能經歷不同的研究過程,采用不同的研究方法.該主題試圖選擇典型的科學史實,進一步說明科學探究并無固定模式,進一步深化對研究方法的多樣性、科學的主觀性、創(chuàng)造性等特征的認識.

主題5：是發(fā)現還是發(fā)明.

該主題的核心是關于科學知識的真理性問題,通過對典型史實的分析與討論,對科學是絕對真理還是相對真理進行深度反思,從而回答科學是發(fā)現還是發(fā)明這一主題問題,體會科學知識的建構特征,認識定律與理論的區(qū)別,形成正確的科學知識觀.

主題6：是確證還是確認.

關于科學合理性的討論是最后一個主題,學生一般認為只要有了證據的支持,科學觀點就應該被認可,卻很少考慮社會因素、政治因素、人為因素等的影響.通過前5個主題的學習,學生已經潛移默化地意識到科學合理性的確認是一個復雜的過程,這一主題將通過典型史實的討論、分析,進一步發(fā)展學生對科學合理性的認識,深化對科學的社會性、主觀性本質的認識.

綜上述,六大主題涵蓋了科學哲學的四大核心問題以及科學本質的三維結構,不僅能夠幫助學生基于典型史實的分析,形成正確、全面的科學觀,而且還能提升學生對物理學思想方法的認識.為了更好地體現物理學科特點,提升學生的物理學科核心素養(yǎng),增強學生對物理教育的信念和責任感,還設計了科學與技術、物理學之美、中國科學技術的過去現在和未來等幾個選修主題.

2 精選物理學史內容創(chuàng)設主題情境

在主題式教學中,教師將教學內容主題化,并要據此創(chuàng)設一定的問題情境,而學生的學同樣圍繞主題,在情境中分析解決問題,完成主題內容的學習與能力遷移,充分實現了師生在教學過程中的主體性,實現了教與學的有效整合.物理學史就是學生思考、認識科學本質的情境.

2.1 學史內容選擇的幾點考慮

物理學史內容的選擇,既要考慮科學本質觀形成的需求,也要考慮物理教師職業(yè)發(fā)展的需求.

首先,物理學史與科學本質觀形成存在著內在必然聯(lián)系[4]:

(1)展示科學的研究過程,從研究初衷、研究過程、科學成敗的歸因、合作與競爭等方面進行歷史分析與反思,能體現科學探究的諸多本質,主要包括科學探究的動力、科學探究的過程、證據的重要性、研究方法的多樣性、創(chuàng)造性、主觀性、社會性、合作與競爭、科學與技術的關系等.

(2)科學知識的歷史演進展示了科學家在與自然界、自己與他人和社會的不斷互動中,逐步形成對自然現象的描述與解釋的過程,其中還包括著不同觀點的論爭和同行評議,充分體現了科學知識的建構性、暫定性、邏輯一致性、社會性等特征.

(3)呈現科學研究的歷史背景,可以體現科學的社會性、科學與技術的關系、科學研究的主觀性和創(chuàng)造性、科學探究的過程等特點.

其次,中學物理課程中也包含著豐富的物理學史內容,以人教版為例,在必修模塊和選擇性必修模塊共包括37處物理學史內容,在課程標準中也有多達8處對物理學史提出明確要求.從時間上看,不僅包含從近代科學建立到現代科學發(fā)展的主要內容,而且也包括我國古代的科學技術成就;從內容上看,不僅涉及經典物理力學、熱學、電磁學、光學的內容,也包括近現代物理、量子力學、原子原子核物理的內容;從類型上看,不僅包括科學研究的過程、科學知識的歷史演進,而且也包括科學家生平、科學的社會背景、科學技術應用等的介紹.豐富多樣的物理學史內容,不僅能更全面地了解物理學的發(fā)展歷程,反映物理學的思維和特征,而且有利于學生形成更立體、更開放、更全面的科學觀.

2.2 物理學史的確定

綜合考慮時間、內容、類型等因素,選擇如下物理學史內容創(chuàng)設主題學習情境,如表1所示.

表1 物理學史內容的選擇

3 整合教學內容形成課程體系

基于科學本質的核心問題確定主題,以典型的物理學史案例創(chuàng)設情境,整合形成物理學史與科學本質的課程體系,如圖2所示.

圖2 物理學史與科學本質的課程體系

3.1 必修模塊

必修模塊涵蓋了科學本質的主要核心主題,學史內容豐富多樣,通過該模塊的學習,學生能夠了解與中學物理內容相關的典型學史,了解物理學的發(fā)展歷程,理解物理學的思維方法,體會物理學與技術、社會的關系,提升對物理學本質的認識,形成正確的科學觀,為今后的專業(yè)學習和物理教育課程的學習與實踐奠定基礎,從而更好地適應基礎教育改革的需求,更好地勝任未來中學物理教育工作.

3.2 選修模塊

考慮我國國情、師范生培養(yǎng)的需求及物理學科的特點,設置了“科學與技術”“物理學之美”“中國科學技術的過去、現在和未來”等幾個選修主題:“科學與技術”主題能夠幫助學生區(qū)分科學與技術,辯證認識二者的相互關系;“物理學之美”主題,不僅可以使學生感受物理學之美,提升對物理學的熱愛,而且也有助于提升他們的科學思維,深化對物理學科的認識;“中國科學技術的過去、現在和未來”主題試圖通過對李約瑟問題和錢學森之問的討論和交流,提升師范生關于科學教育的責任感和使命感.

4 總結與建議

以科學本質的核心問題設計主題,精選典型物理學史創(chuàng)設情境,構建物理學史與科學本質課程,能夠讓學生更好地融入學史、反思學史,提升對科學本質等問題的認識水平,能更好地適應基礎教育課程改革對本課程的需求.為了更好地實現上述目標,必須在教學方式、資源開發(fā)和評價等方面作出新的探索.

首先,主題式教學的最根本特征就是師生圍繞主題展開交互作用.借鑒HPS教育和NOS教育的研究成果,探索基于問題鏈的多種教學方法和策略,如歷史個案研究、角色扮演、歷史互動小故事等,使學生圍繞主題進行反思式互動學習,不僅可以更全面和深入地了解物理學發(fā)展歷程,而且可以深化學生對主題問題的認識,達到對科學本質的深度理解.

其次,借助信息技術手段,采用線上線下混合教學,有效地突破傳統(tǒng)教室和課時的局限性,向教學時空的“無限開放”轉化.此外,還可以借助圖片、視頻、動畫等形式展示科學家的生平、典型科學實驗,增強學生的直觀認識,以喜聞樂見的形式,增強了學生的學習興趣,同時借助思維導圖引導學生反思歷史,提升學習效果.

最后,堅持“以評促教、以評促學”的評價理念,堅持過程性評價與終結性評價相結合,嘗試設計多樣化的評價方式檢查學習效果,促進對歷史的反思,調動學生的學習積極性和主動性.