田春鳳

(包頭師范學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 內(nèi)蒙古 包頭 040130)

新一輪的物理課程改革將物理學(xué)科核心素養(yǎng)確定為課程的總目標(biāo),除知識和能力外,還明確提出了科學(xué)本質(zhì)和物理學(xué)史的要求.可見,了解物理學(xué)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(xué)本質(zhì)的合理認(rèn)識,不僅是物理學(xué)師范生自身學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的需要,也是將來從事中學(xué)物理教育的迫切需求.

物理學(xué)史是很多高師院校物理學(xué)專業(yè)開設(shè)的一門選修課,然而,當(dāng)前該課程的教學(xué)并不能滿足課程改革的需求.首先,課程中雖然涉及物理學(xué)思維、科學(xué)觀等內(nèi)容,但教學(xué)中隨意性較大,缺少有意識的、系統(tǒng)的設(shè)計;其次,物理學(xué)史內(nèi)容多、課時少,講授為主的教學(xué)導(dǎo)致學(xué)生被動學(xué)習(xí),難以對學(xué)史進(jìn)行深層思考,更談不上形成正確的科學(xué)觀了.

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

1 圍繞科學(xué)本質(zhì)確定教學(xué)主題

所謂主題式教學(xué)是指提供恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)情境和主題,圍繞其制定需要達(dá)成的學(xué)習(xí)目標(biāo),以學(xué)生主動建構(gòu)為活動主線,在重過程的生成理解中,實現(xiàn)課程主題意義建構(gòu)的一種開放性教學(xué)[1].設(shè)計主題,基于主題優(yōu)化和整合教學(xué)內(nèi)容是主題式教學(xué)實施的基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性一步.以科學(xué)本質(zhì)的若干核心問題作為主題,便于學(xué)生圍繞主題反思物理學(xué)史,深化對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識.

1.1 主題確定的幾點考慮

首先,基礎(chǔ)教育領(lǐng)域?qū)茖W(xué)本質(zhì)的理解源于科學(xué)哲學(xué),縱觀科學(xué)哲學(xué)的發(fā)展史,對比傳統(tǒng)和當(dāng)代的科學(xué)哲學(xué)觀,認(rèn)為科學(xué)本質(zhì)的核心問題主要包括如下幾個[2]:第一,科學(xué)知識的相對與絕對,這是關(guān)于科學(xué)知識的“真理性”問題;第二,科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程;第三,觀察與理論的關(guān)系;第四,科學(xué)的合理性.

其次,為了幫助學(xué)生從不同角度理解科學(xué),建立全面的、立體的、真實的科學(xué)觀,科學(xué)教育者們吸收科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)、科學(xué)史等領(lǐng)域的研究成果,不斷豐富其內(nèi)涵.科學(xué)教育領(lǐng)域的科學(xué)本質(zhì)一般認(rèn)為包括如下三維結(jié)構(gòu)[3]:

(1)科學(xué)知識的本質(zhì),包括建構(gòu)性、實證性、條件性、暫定性、邏輯一致性、可預(yù)測性等;

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

(3)科學(xué)事業(yè)的本質(zhì),包括社會性、科學(xué)社群、科學(xué)與技術(shù)、科學(xué)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(nèi)容的主題設(shè)計,如圖1所示.

圖1 課程主題的設(shè)計思路與依據(jù)

主題1：科學(xué)需要證據(jù).

實證性作為科學(xué)的最本質(zhì)特征之一,無論是傳統(tǒng)的還是當(dāng)代的科學(xué)哲學(xué)都非常強調(diào)這一點,也是學(xué)生關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的原有認(rèn)識,本主題試圖通過科學(xué)家獲取和使用證據(jù)的典型史實,發(fā)展并深化他們關(guān)于科學(xué)實證性的認(rèn)識,從而正確認(rèn)識科學(xué)實驗的地位與作用,初步了解觀察與理論的關(guān)系.

主題2：歸納并不充分.

傳統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)是建立在歸納法基礎(chǔ)上的,實驗歸納是一種樸素的科學(xué)發(fā)現(xiàn)觀,也是學(xué)生在長期科學(xué)學(xué)習(xí)中容易形成的一種科學(xué)發(fā)現(xiàn)觀.本主題試圖通過典型的科學(xué)史實,使學(xué)生客觀認(rèn)識歸納法的價值與不足,意識到自己原有認(rèn)識的缺陷,為建立正確的科學(xué)發(fā)現(xiàn)觀奠定基礎(chǔ),并豐富關(guān)于科學(xué)研究方法的認(rèn)識.

主題3：科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程.

本主題試圖選取不同的物理知識類型,呈現(xiàn)它們建立的過程,幫助學(xué)生形成全面、立體、開放的科學(xué)發(fā)現(xiàn)觀,既認(rèn)識到科學(xué)發(fā)現(xiàn)沒有固定的模式,是一個問題解決的開放過程;也認(rèn)識到科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程包括一些共同的核心要素,即問題、證據(jù)、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(xué)知識具有不同的發(fā)現(xiàn)模式,會采用不同的研究方法,而且對同一問題的解決,科學(xué)家也可能經(jīng)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(xué)史實,進(jìn)一步說明科學(xué)探究并無固定模式,進(jìn)一步深化對研究方法的多樣性、科學(xué)的主觀性、創(chuàng)造性等特征的認(rèn)識.

主題5：是發(fā)現(xiàn)還是發(fā)明.

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

主題6：是確證還是確認(rèn).

關(guān)于科學(xué)合理性的討論是最后一個主題,學(xué)生一般認(rèn)為只要有了證據(jù)的支持,科學(xué)觀點就應(yīng)該被認(rèn)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(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)潛移默化地意識到科學(xué)合理性的確認(rèn)是一個復(fù)雜的過程,這一主題將通過典型史實的討論、分析,進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生對科學(xué)合理性的認(rèn)識,深化對科學(xué)的社會性、主觀性本質(zhì)的認(rèn)識.

綜上述,六大主題涵蓋了科學(xué)哲學(xué)的四大核心問題以及科學(xué)本質(zhì)的三維結(jié)構(gòu),不僅能夠幫助學(xué)生基于典型史實的分析,形成正確、全面的科學(xué)觀,而且還能提升學(xué)生對物理學(xué)思想方法的認(rèn)識.為了更好地體現(xiàn)物理學(xué)科特點,提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng),增強學(xué)生對物理教育的信念和責(zé)任感,還設(shè)計了科學(xué)與技術(shù)、物理學(xué)之美、中國科學(xué)技術(shù)的過去現(xiàn)在和未來等幾個選修主題.

2 精選物理學(xué)史內(nèi)容創(chuàng)設(shè)主題情境

在主題式教學(xué)中,教師將教學(xué)內(nèi)容主題化,并要據(jù)此創(chuàng)設(shè)一定的問題情境,而學(xué)生的學(xué)同樣圍繞主題,在情境中分析解決問題,完成主題內(nèi)容的學(xué)習(xí)與能力遷移,充分實現(xiàn)了師生在教學(xué)過程中的主體性,實現(xiàn)了教與學(xué)的有效整合.物理學(xué)史就是學(xué)生思考、認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)的情境.

2.1 學(xué)史內(nèi)容選擇的幾點考慮

物理學(xué)史內(nèi)容的選擇,既要考慮科學(xué)本質(zhì)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(xué)史與科學(xué)本質(zhì)觀形成存在著內(nèi)在必然聯(lián)系[4]:

(1)展示科學(xué)的研究過程,從研究初衷、研究過程、科學(xué)成敗的歸因、合作與競爭等方面進(jìn)行歷史分析與反思,能體現(xiàn)科學(xué)探究的諸多本質(zhì),主要包括科學(xué)探究的動力、科學(xué)探究的過程、證據(jù)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(xué)與技術(shù)的關(guān)系等.

(2)科學(xué)知識的歷史演進(jìn)展示了科學(xué)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(xiàn)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(xiàn)了科學(xué)知識的建構(gòu)性、暫定性、邏輯一致性、社會性等特征.

(3)呈現(xiàn)科學(xué)研究的歷史背景,可以體現(xiàn)科學(xué)的社會性、科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系、科學(xué)研究的主觀性和創(chuàng)造性、科學(xué)探究的過程等特點.

其次,中學(xué)物理課程中也包含著豐富的物理學(xué)史內(nèi)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(xué)史內(nèi)容,在課程標(biāo)準(zhǔn)中也有多達(dá)8處對物理學(xué)史提出明確要求.從時間上看,不僅包含從近代科學(xué)建立到現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的主要內(nèi)容,而且也包括我國古代的科學(xué)技術(shù)成就;從內(nèi)容上看,不僅涉及經(jīng)典物理力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)的內(nèi)容,也包括近現(xiàn)代物理、量子力學(xué)、原子原子核物理的內(nèi)容;從類型上看,不僅包括科學(xué)研究的過程、科學(xué)知識的歷史演進(jìn),而且也包括科學(xué)家生平、科學(xué)的社會背景、科學(xué)技術(shù)應(yīng)用等的介紹.豐富多樣的物理學(xué)史內(nèi)容,不僅能更全面地了解物理學(xué)的發(fā)展歷程,反映物理學(xué)的思維和特征,而且有利于學(xué)生形成更立體、更開放、更全面的科學(xué)觀.

2.2 物理學(xué)史的確定

綜合考慮時間、內(nèi)容、類型等因素,選擇如下物理學(xué)史內(nèi)容創(chuàng)設(shè)主題學(xué)習(xí)情境,如表1所示.

表1 物理學(xué)史內(nèi)容的選擇

3 整合教學(xué)內(nèi)容形成課程體系

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

圖2 物理學(xué)史與科學(xué)本質(zhì)的課程體系

3.1 必修模塊

必修模塊涵蓋了科學(xué)本質(zhì)的主要核心主題,學(xué)史內(nèi)容豐富多樣,通過該模塊的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠了解與中學(xué)物理內(nèi)容相關(guān)的典型學(xué)史,了解物理學(xué)的發(fā)展歷程,理解物理學(xué)的思維方法,體會物理學(xué)與技術(shù)、社會的關(guān)系,提升對物理學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識,形成正確的科學(xué)觀,為今后的專業(yè)學(xué)習(xí)和物理教育課程的學(xué)習(xí)與實踐奠定基礎(chǔ),從而更好地適應(yīng)基礎(chǔ)教育改革的需求,更好地勝任未來中學(xué)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(xué)科的特點,設(shè)置了“科學(xué)與技術(shù)”“物理學(xué)之美”“中國科學(xué)技術(shù)的過去、現(xiàn)在和未來”等幾個選修主題:“科學(xué)與技術(shù)”主題能夠幫助學(xué)生區(qū)分科學(xué)與技術(shù),辯證認(rèn)識二者的相互關(guān)系;“物理學(xué)之美”主題,不僅可以使學(xué)生感受物理學(xué)之美,提升對物理學(xué)的熱愛,而且也有助于提升他們的科學(xué)思維,深化對物理學(xué)科的認(rèn)識;“中國科學(xué)技術(shù)的過去、現(xiàn)在和未來”主題試圖通過對李約瑟問題和錢學(xué)森之問的討論和交流,提升師范生關(guān)于科學(xué)教育的責(zé)任感和使命感.

4 總結(jié)與建議

以科學(xué)本質(zhì)的核心問題設(shè)計主題,精選典型物理學(xué)史創(chuàng)設(shè)情境,構(gòu)建物理學(xué)史與科學(xué)本質(zhì)課程,能夠讓學(xué)生更好地融入學(xué)史、反思學(xué)史,提升對科學(xué)本質(zhì)等問題的認(rèn)識水平,能更好地適應(yīng)基礎(chǔ)教育課程改革對本課程的需求.為了更好地實現(xiàn)上述目標(biāo),必須在教學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)生圍繞主題進(jìn)行反思式互動學(xué)習(xí),不僅可以更全面和深入地了解物理學(xué)發(fā)展歷程,而且可以深化學(xué)生對主題問題的認(rèn)識,達(dá)到對科學(xué)本質(zhì)的深度理解.

其次,借助信息技術(shù)手段,采用線上線下混合教學(xué),有效地突破傳統(tǒng)教室和課時的局限性,向教學(xué)時空的“無限開放”轉(zhuǎn)化.此外,還可以借助圖片、視頻、動畫等形式展示科學(xué)家的生平、典型科學(xué)實驗,增強學(xué)生的直觀認(rèn)識,以喜聞樂見的形式,增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時借助思維導(dǎo)圖引導(dǎo)學(xué)生反思?xì)v史,提升學(xué)習(xí)效果.

最后,堅持“以評促教、以評促學(xué)”的評價理念,堅持過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合,嘗試設(shè)計多樣化的評價方式檢查學(xué)習(xí)效果,促進(jìn)對歷史的反思,調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性.