浅谈初中物理教育中学生科学素质的培养

进入二十一世纪来,随着经济全球化发展,世界各国之间的竞争日趋激烈,国与国之间的竞争归根到底是人才的竞争,只有国民的整体素质提高了,一个国家的整体实力,综合国力才会提高。因此,世界各国相继进行了教育体制改革,我国也不例外,提出了加强素质教育的口号。人的素质是多方面的,其中科学素质是很重要的一个方面,在当今科技发达的时代,只有具备了一定的科学素养,才能适应这个社会。我国公民的科学素质水平相对较低,学校教育是提高未来公民科学素养水平的重要途径,所以我国新一轮课程改革提出了“加强科学素质培养”的课程理念。目前,我国基础教育课程推出了新的科学课程标准,将科学课程的目标定位于培养学生的科学素养,并在不同版本的科学教材和课堂教学中融入这一新的课程教学理念。初中物理新课程标准指出:“义务教育阶段的物理课程应以提高全体学生的科学素质为主要目标,满足每个学生发展的基本需求,全面提高公民的科学素质。” 初中学生无论从年龄上看,还是从知识结构上分析,他们对科学知识都充满了好奇心理,很多初中学生,都有立志于将来从事研究科学事业的志向。在物理教学中,对他们进行科学态度的培养,是非常必要的,也是新课程教学的要求。然而,在历年的物理教学中发现,大多数学生通过学习,只是了解了一些物理概念,掌握了几个公式,解决了几道题目而已。严重背离了物理教学的初衷。究其原因,一方面学生受应试教育毒害严重;另一方面,我国的科学教育界对于科学素养的操作性定义和评价测量标准尚没有深入研究和统一表述,在评价方法上也基本沿用了传统的学科知识测验方法。教师的科学素养参差不齐,教学理念、模式、方法也存在严重的滞后。在新课程背景下,上述情况常常使处于教育一线的教师和广大教育工作者无法有效开展学生科学素养的培养工作。因而,在这方面进行相关研究是当务之急。

第一章 物理教学的目标

我国已经普及九年义务教育。义务教育是面向全体学生的大众教育,不是面向部分学生的精英教育。初中物理教育的目标是提高每一个学生的科学素养。这个阶段的学生年龄在13岁到14岁之间,正处于生理和心理快速发展的时期,求知欲望强烈,思维发展处于形象思维像抽象思维过渡阶段,是学生科学素养形成和发展的关键时期。《义务教育教科书》提出了知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三方面的具体目标,这是确定物理教学目标的主要依据。

1.1物理学与物理教育

1.1.1物理学简介

物理(Physics)全称物理学。欧洲“物理”一词的最先出自古希腊文φυσικ,原意是指自然,泛指一般的自然科学。在古希腊人那里,物理学就是“自然哲学”,出现了泰勒斯、阿基米德等一批著名的自然哲学家、科学家,“物理学”的名称就来自亚里士多德的《物理学》一书。后来牛顿的经典物理学奠基之作,就叫做《自然哲学之数学原理》[1]

物理学是研究物质运动一般规律和物质基本结构的学科。物理学研究大至宇宙,小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律,因此成为其他各自然科学学科的研究基础。它的基本理论充分地运用数学推理及计算,以实验结论作为检验理论正确性的唯一标准,它是当今最精密的一门自然科学学科。

在当今科技迅猛发展的时代,物理学对于人类文明有极为显著的贡献。例如,电磁学的快速进展,电灯、电动机、家用电器、手机、电脑、通讯设备等新产品纷纷涌现,人类社会的生活水平也得到大幅提升;核子物理学的日趋成熟,核武器不断更新,核能发电不再是蓝图构想,但引致的安全问题也使人们意识到地球的娇弱。类似的,量子力学也对于现代计算机的硬件有着卓越的贡献,而且基于量子力学叠加态原理的量子计算机如今已经初步的得到使用,其在处理某些计算的时候拥有远强于普通计算机的计算能力。

1.1.2物理教育

物理教育是全世界的初高中和大学教育的一个重要组成部分。许多综合大学都拥有物理专业。由于物理学是自然科学和工程技术的基础学科,因此物理也是取得科学和工程学位的必修课程。[2]

初中物理学主要学习内容包括力学、热学、电学、光学、声学等内容。主要介绍日常生产生活中的物理现象,定性的内容多,定量研究的较少,并且数学计算比较简单。通过初中阶段的物理教学,使学生认识了基本的物理现象,学习了一定些物理学的基础知识,对物理有了初步的了解。培养学生怎样利用所学的物理知识解释生活中一些自然现象,掌握物理学的基本理论与方法、具有良好的数学基础和实验技能,获得教育教学的初步训练。

1.1.3初中物理教育的作用与意义

物理课程作为科学教育的组成部分,是以提高全体学生科学素质为目标的自然科学基础课程。教学过程中不仅应注重科学知识的传授和技能的培训,而且应注重对学生学习兴趣、探究能力和创新意识以及科学态度、科学精神等方面的培养。

八年级物理第二、三章的内容都是关于生活中的一些自然现象。通过经历生活到物理/物理到生活的认识过程,激发学生的求知欲望,让学生领略自然现象中的美妙与和谐;通过基础知识的学习与技能的训练,让学生初步了解自然界的基本规律,使学生能逐步客观地认识世界、了解世界。

物理学是自然科学的带头学科,一直在科学技术的发展中发挥着极其重要的作用,它与数学、天文学、化学和生物学之间有密切的联系,它们之间相互作用,促进了物理学及其它学科的发展。它研究的是物质运动的基本规律不同的运动形式具有不同的运动规律,因而要用不同的研究方法处理基于此物理学又分为力学、热学、电磁学、光学和原子物理学等各个部分,按照物理学的历史发展又可以分为经典物理与近代物理两部分。近代物理是相对于经典物理而言的泛指以相对论和量子论为基础的20世纪物理学,由于物理学研究的规律具有很大的基本性与普遍性,所以它的基本概念和基本定律是自然科学的很多领域和工程技术的基础。

1.2物理学在当今时代的发展

一般说来,物理学与技术的关系存在两种基本模式。其一是由于生产实践的需要而创建了技术,例如18世纪至19世纪蒸汽机等热机技术,然后提高到理论上来建立了热力学,再反馈到技术中去,促进技术的进一步发展;其二是先在实验室中揭示了基本规律,建立比较完善的理论,然后再在生产中发展成为一种全新的技术。19世纪电磁学的发展,提供了第二种模式的范例、在法拉第发现电磁感应和麦克斯韦确立了电磁场方程组的基础上,产生了今日的发电机、电动机、电报、电视、雷达,创建了现代的电力工程与无线电技术。正如美籍华裔物理学家李政道所说:“没有昨日的基础科学就没有今日的技术革命”。

在当今世界中,物理学已成为现代高技术发展的先导与基础学科,反过来,高技术发展对物理学提出了新的要求,同时也提供了先进的研究条件与手段,所谓高技术指的是那些对社会经济发展起极大推动作用的当代尖端技术。下面就物理学的基础研究在当前最引人注目的高技术即核能技术、超导技术、信息技术、激光技术、电子技术中所起的突出作用。

1.3物理学的发展前景

20 世纪初出现了两大划时代的理论突破:相对论与量子论。相 对论是经典物理学的压轴戏 ,由于狭义相对论继承了经典电动力学 ,并进而解决了运动 物体的相应理论问题 ,修正了我们的时空概念 ,同时带来了描述高速 运动的新 力学;而广义相对论则是引力的几何理论 ,对于近代天文学产生深远的影响。量子论则揭开了微 观物理的帷 幕 ,于1925 —192 7年量子力学的建立使量子论达到了登峰造极的地步[3]。量子力学一经建立 ,原子系统微观动力学的谜团就迎刃而解 ,使物理学家欣慰异常。

一条途径乃是从原子物理向下 ,物理学家致力于、探测更加微观的领域 , 深入到核物理,量子力学建立之后还有另一条发展途径:从原子物理向上 ,将量子力学应用于分子 ,诞生了量子化学;将量子力学连同统计物理应用于晶态固体 ,奠定了固体物理学的基础。

第二章 科学素质教育理论研究

2.1科学素质概述   科学素质也叫科学素养,科学素养是国际科学教育领域使用的术语,在我国许多文献中称为科学素质,是指一个人对科学的基本认识、态度以及应用科学处理日常和社会问题的能力。国务院2006年颁发的《全民科学素质行动计划纲要》指出,科学素质是公民素质的重要组成部分。公民具备基本科学素质一般指了解必要的科学素质知识,掌握基本的科学方法,树立科学思想,崇尚科学精神,并具有一定的应用它处理实际问题、参与公共事物的能力。

提高公民科学素质,对于增强公民获取和运用科技知识的能力、改善生活质量、实现全面发展,对于提高国家自主创新能力,建设创新型国家,实现经济社会全面协调可持续,构建社会主义和谐社会,都具有十分重要的意义(3)。由此可见,科学素质是指当代人在社会生活中参与科学活动的基本条件。包括掌握科学知识的多少、理解科学思想的深浅、运用科学方法的生熟、拥有科学精神的浓淡、解决科学问题能力的大小。综合表现为学习科学的欲望、尊重科学的态度、探索科学的行为和创新科学的成效。

2.2科学素质在物理教育中的理论研究

素质教育是目前中国教育改革的核心,科学素质教育是素质教育的重要组成部分。初中物理课程以物理现象为主,内容与实际生活密切联系。学生在初二才开始接触物理,对物理课充满好奇,教师要利用丰富多彩的物理现象,创设新奇的物理情景,激发学生的学习动机。譬如,在初二物理“物态变化”教学中,讲到汽化现象两种方式中的沸腾时,都会讲到纸锅能烧开水生活实例。让学生亲自做实验,亲身感受实验现象与日常生活经验相悖的物理现象,激起认识冲突,产生疑问:这个现象产生的原因是什么?纸锅为什么能烧开水?从而引发学生对物理探索的渴望和兴趣。

初中物理课本中有许多“想想议议”活动,这些小实验一般都来源于生活或贴近生活。教师要引导学生用生活中的废旧物品进行小实验小制作等,并定期进行展评,让学生把自己的作品向其他同学解释其原理、操作方法及应用。如简易冰箱、温度计、潜望镜等等。这样不仅能提高学生学习物理的兴趣,而且还能激发学生科学的创新热情。在我国深受“应试教育”的影响,传统的物理教学远离实际生活,忽略实际生活中的物理现象及其应用。因此在素质教育的大背景下,教师要启发、引导学生随时留意身边的物理现象,并问个为什么:彩虹是怎样形成的?怎样解释云、雨、雾、露、霜等的形成?海市蜃楼又怎样解释呢?这些疑问会让学生感受到科学就在我们身边,与我们的生活、学习息息相关,进而去亲近科学、热爱科学、学习科学、应用科学。

2.2.1物理科学素质教育的必要性与可行性

科学教育应该注重科学素质的教育,但封闭的专业教育模式,视“科学素质”教育仅为有关学科的“科学知识”的传授,造成了我国大、中学校学生科学素质发展的畸变。1992年中国科协对我国公众的科技素养所做的调查表明,我国公众掌握科学知识的水平与发达国家相近,但具有较全面科学素养的人仅为0.3%,是美国的1/23[4]。有人对北京市某重点高中学生进行了科学素质问卷调查,调查结果显示,中学生的科学水准并不能令人满意。学生对于科学知识的掌握较好,但在科学意识、科学价值观等方面还存在着明显地不足之处,与经济、社会的发展有较大的差距,实验能力相对不足,学生对物理学发展、科技进展了解少[5]。这些调查结果足以说明加强我国大、中学生科学素质教育的紧迫性。大学是学生进行集体学习的最后一站,也是我们能对学生施行科学素质教育、提高学生科学素养的关键一站;而且,随着大学的扩招,能进大学深造的学生愈来愈多,大学进行科学素质教育不仅有利于大学生科学素质的提高,而且有利于整个国民素质的整体提高,因此大学教育对学生科学素质的培养既义不容辞又刻不容缓。大学物理作为一门主要的理科基础课,肩负着提高学生科学素质、形成一定学力与研究能力、为专业课学习打下良好基础的重任,在大学物理教学中进行科学素质教育是必要性的,也是可行性。

2.2.2物理科学素质教育的内容

一、知识系统

初中物理的科学知识包括物理基础知识,基本实验技能,基本观点和物理研究的一般方法。重视双基教学是我国教育的一个优良传统,长期实践中已积累了丰富的经验,初中物理教育要继续发扬这一优势。由于初中物理是一切自然科学的基础,其基本知识、基本技能对处于科技信息时代的大学生学习专业知识、进行专业研究可以产生知识和能力的正迁移,有助于学生科学素质基础的奠定。

二、能力系统

科学自主探究能力主要包括抽象概括能力,分析综合能力,直觉想象能力与科学实验与研究能力。物理学的抽象概括能力是指对实际问题的去伪存真、去粗取精,忽略次要矛盾,抓其研究的主要矛盾,把实际问题抽象概括成一个物理模型进行理论研究的能力,它与物理研究方法中的物理模型法相对应。分析综合能力是指对实际问题、或抽象出的物理模型进行的理论分析与建构,其结果指向问题的解决或假说的形成,与物理学研究中的类比法、估算法、隔离法、整体法、作图法等研究方法相对应。直觉想象能力是科学素质中最重要的能力之一,科学研究不能没有想象力。爱因斯坦曾说:“想象力比知识更重要,因为知识是有限的,而想象力概括着世界上的一切,推动着进步,并且是知识进化的源泉。严格地说,想象力是研究中的实在因素[6]。”著名的法国哲学家庞加莱论述得更加具体:逻辑能给我们以可靠性,它是证明的工具;而直觉则是发明的工具。物理学的发展、物理思想的一次次革命,物理学家的直觉想象力做出了巨大贡献。自然科学中科学实验与研究能力主要指善于观察,对问题具有较高的敏感性,进行有意义的发现并形成问题,选取适当方法形成可行性实验方案,合理选用实验器材,科学测量,记录数据,判定变量,解释数据,形成假说并进行推论验证的能力。

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