探讨物理学科教学的育人功能

物理学是研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律,以及所使用的实验手段和思维方法的自然科学。物理教学不仅使学生掌握了认识世界、改造世界的知识,而且在培养学生情感态度、科学素养、人文素质等方面发挥着独特的作用。随着教学改革的不断深入,物理学科育人的功能也越来越引起社会的普遍重视。物理教学的育人功能可以从以下几个方面进行认识。

(一)物理教学有利于培养学生科学的世界观、人生观和价值观

1.培养爱国主义情感。物理学史上有许多爱国主义人物事例,在教学过程中,教师要有意识地发掘物理学史中的爱国主义素材。例如,在中华人民共和国成立初期,祖国百废待兴,物质条件与科研条件和西方国家相比差别巨大,正是在这种情况下,钱学森、钱三强、邓稼先等大批科研工作者放弃优越的生活环境和科研条件,放弃个人的幸福,冲破重重险阻,听从祖国的召唤,历尽千难万险,毅然决然地回到祖国的怀抱,为中华民族的伟大复兴做出了卓绝的贡献。这些物理学史上的事例有利于学生爱国主义情感的培养。

2.建立正确的人生观和科学的世界观。自然辩证法是辩证唯物主义的自然观、自然科学观和自然科学方法论的总称。在物理学发展的历史长河中,流淌着自然界的辩证法;在物理学的知识和方法中,处处充满了辩证唯物主义的观点和方法。因而物理学理论教学的诸多思想充分体现着自然辩证法。它对于学生建立正确人生观与科学的世界观和方法论有重要意义;对于培养学生实事求是、辩证思维、善于创新的科学精神具有重要的奠基作用;对于学生灵活运用物理知识,发掘物理思想和方法的精华有重要价值。物理教学建立在实验的基础上,教师应让学生通过认真观察实验现象探究出物理学规律。观察实验现象可以教会学生认识事物要从客观实在出发,形成良好的观察能力;探究过程可以使学生用辩证的思维去发现和总结自然规律;物理知识的运用则有利于使学生灵活运用知识,而不是机械地照搬。

学习物理有利于学生正确人生观和科学世界观的建立。例如在分子热运动的研究中,微观分子是看不见的,要让学生研究看不见的微小分子的运动规律,教师可借助于布朗运动,用看得见的花粉小颗粒在液体中的无规则运动说明液体分子的无规则运动。这样不仅能很好地使学生掌握科学的探究方法,而且能使学生建立起透过现象看本质,一切从实际出发、一切从事实出发的辩证唯物主义人生观和科学世界观。

3.提高学生的审美观。物理学本身就具有简单美、统一美、对称美,物理研究有思维美、方法美、逻辑美,物理学家则有道德美、人格美、个性美。在物理教学中,教师可以利用物理学诸多的美学元素,启发、引导学生懂得美、欣赏美、喜爱美,从而建立起良好的审美观。中学物理教材中存在着对称性、统一性的美。例如自由落体和竖直上抛的对称、正负电荷的对称、圆周运动轨迹的对称和质量守恒、能量守恒、动量守恒、电荷守恒等对称、守恒的美,以及微观粒子和宏观物体的统一的和谐美。教师在这些教学内容中融入美学思想,对提高学生审美能力有很大帮助。

(二)物理教学有利于提高学生的科学素养

物理学是一门基础性自然科学,它研究物质世界最基本的结构,最普遍的相互作用,最一般的运动规律以及所使用的实验手段和思维方法。作为自然科学中基础最坚实、体系最严密、定量最精确、方法最成熟和应用最广泛的学科之一,它对形成学生科学的知识结构、培养科学严谨的理性思维、掌握探究自然的研究方法具有极高的教育价值。然而,中学物理教学不是为了培养物理学家,也不是为了培养今后的职业物理学工作者,而是以物理学科为载体,通过教学提高学生的科学素养。因此,中学物理教学应从物理学自身及其与文化、经济和社会互动发展的时代性要求出发,肩负起提高学生科学素养、促进学生全面发展的重任。

科学素养是由文化素养引申而来的。最早美国学者Pella等人提出,一个具有科学素养的人应了解以下六个方面的内容：概念性知识——构成科学的主要概念与概念体系;科学的理智——科学研究的方法论;科学伦理——科学所具有的价值标准,即科学研究中科学家的行为规范,又称其为科学态度或科学精神;科学与技术——科学与技术之间的关系及差异;科学与人文——科学与哲学、文学、艺术、宗教等文化要素的关系;科学与社会——科学与政治、经济、产业等社会诸方面的关系。

美国在其科学教育改革纲领文件《美国国家科学教育标准》中对科学素养的内涵概括为：

“科学素养是指了解和深谙进行个人决策、参与公民事务和文化事务、从事经济生产所需要的科学概念和科学过程。”有科学素养还包括一些特定的能力。

第一,有科学素养就意味着一个人对日常所接触的各种事物能够提出、发现、回答因好奇心而引发出来的一些问题。(科学兴趣、科学探究动机)

第二,有科学素养就意味着一个人有能力描述、解释甚至预言一些自然现象。(对科学原理的理解和应用)

第三,有科学素养就意味着一个人能够读懂通俗报刊刊登的科学文章,能参与就有关结论是否有充分根据的问题所做的社交谈话。(理解科学概念和原理)

第四,有科学素养就意味着一个人能识别国家和地方有关科学决策,并且能提出有科学技术根据的见解。(以科学的态度参与有关社会事务)

第五,有科学素养的公民应能根据信息来源和产生此信息所用的方法来评估科学信息的可靠程度。(科学价值判断)(www.xing528.com)

第六,有科学素养还意味着有能力提出和评价有论据的论点,并且能恰如其分地运用从这些观点得出的结论。(科学思维习惯)

总的来看,科学素养包括科学知识与技能、科学过程与方法、科学的本质、科学态度与价值观、科学技术与社会等几个方面。物理科学素养是科学素养在物理科学领域的具体表现,主要包括物理知识与技能、物理方法、物理能力、物理思想、物理科学品质。(包括科学精神、科学态度、科学伦理道德)

当前,在我国中学物理课程标准中,把物理课程目标定位于从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面来培养学生的科学素养。因此,中学物理教学过程应当是以提高学生科学素养为中心的教学过程。

1.让学生掌握以概念和规律为核心的基础知识。具有一定科学素养的人必须是掌握一定科学知识的人。在现代科学技术高速发展的社会,物理学知识,如位移、速度、加速度等描述物体运动的知识,力、力的合成、牛顿运动定律等相互作用与运动定律的知识,功、功率、机械能等能量与能源的知识,以及基本的电磁现象与规律、基本的热现象与规律、基本的光现象与光学仪器等等,已经成为科学、技术、社会和生活领域中必不可少的术语和概念。如果一个人不具备这些基础的物理知识,就不具备描述、解释和预言一些自然现象的基本知识,就不能读懂通俗报刊刊载的科学文章和理解大众传媒中报道的科学事件,更不能参与到就有关结论是否具有科学依据的讨论中去。因此,理解和掌握以概念和规律为核心的物理基础知识,是提高学生科学素养的基本要求。然而,中学物理教育毕竟是基础教育,初中物理教学要让学生“学习一定的物理基础知识”,高中物理教学要让学生“学习终身发展必备的物理基础知识和技能”,它们并不意味着要让学生掌握全面系统、精确高深的物理学学科体系。事实上,不顾学生认知水平和学习需求,任何体系求全、程度过深、要求过高、学习过度的教学,不仅不能达到预期的教学效果,而且会伤害学生学习的积极性和自信心,影响甚至伤害学生的和谐发展。

2.让学生经历物理概念和规律形成的过程。当今世界,复杂多变,危机四伏,有能源问题、生态问题、自然灾害问题、环境污染问题、公共交通问题等等。这些问题需要依靠科学与技术的方法加以解决。因此,具有科学素养的人还必须是能够发现和提出一些问题,并尝试运用科学方法加以解决的人,是理解科学过程和懂得科学方法的人。正是基于这一理念,物理课程标准提倡以科学探究的教学方式,让学生经历物理概念和规律的形成过程。例如：就“探究力的合成”规律而言,首先学生要从日常生活的例子中提出“两个共点力的合力与它们之间有怎样的关系”的问题;然后对这个问题可能有的答案进行猜想;为了验证猜想学生需要设计各种实验方案,并在实验实施过程中,根据方案的合理性与可行性进行讨论、交流、合作、修改和调整;最后通过对实验中收集的数据的分析、比较、交流、论证,最终得出两个共点力的合力与它们之间的关系。显然,与传统的“在尽可能短的时间内让学生获得尽可能多的知识”的教学过程相比,这种经历“问题—猜想—验证—结论—交流—修改—理论”的教学突出了概念和规律的形成过程,使学生不仅获得作为结论的物理规律,而且可以体验物理学研究的过程与方法,体验如何调控自己的学习过程,领悟收集和处理信息的方法。而这些体验和领悟对提高学生的科学素养都具有积极的意义与价值。

3.让学生养成科学的情感态度与价值观。教育的最高目标是要使受教育者能够达到自我实现和过负责任的生活。他们不仅需要实现自身的生存、享受和发展,而且要懂得如何尊重他人、与他人交流合作、与自然和谐共处,有将科学服务于人类的意识和社会责任感。因此,有科学素养的人不仅是具有科学知识、理解科学过程、懂得科学方法的人,而且是具有正确的科学态度、科学情感和正确价值观的人。然而,传统的物理教学以知识为本,以学科为中心,忽略了学生科学情感态度与价值观的培养。这种“只见学科不见人”“重知识传承、轻态度养成”“重教书轻育人”的教学观从根本上背离了基础教育的基本性质和神圣使命。

科学情感态度与价值观一方面是科学素养不可或缺的部分,另一方面,科学情感态度与价值观也是在物理学研究和发展过程中产生和发展、并形成完整的体系的。这就要求中学物理教学也是一种让学生受到科学情感态度与价值观熏陶的活动。中学物理教学要让学生领略自然现象中的物理事物的美妙,萌发对大自然的亲近、热爱、和谐共处的情感,产生对科学的好奇心和求知欲,乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理。要让学生领悟物理学的价值以及物理学家的事迹,从而产生强烈的学习兴趣、学习动机和学习情感。要让学生经历科学探究过程,培养起科学探究和批判性思维的能力,养成实事求是、尊重自然规律、不迷信权威、追求真理、宽容对待不同观点的科学态度。要让学生运用科学知识、科学方法、科学态度、科学精神分析与解决生活和社会的问题,养成科学、技术、社会、人类和谐发展的价值观念。另外,要结合多元文化教育和爱国主义教育,让学生了解不同种族的文化对物理学发展的贡献,要让学生了解我国对科学技术的贡献和现代物理学研究的成就,增强民族自豪感和自信心,树立起中华民族伟大复兴和实现中国梦的使命感与责任感。

(三)物理教学有利于培养学生的人文素养

将物理学科学知识和潜在的人文知识共同融入到教学过程中,对培养学生的人文素养起着重要的作用。

1.物理教师严谨的科学态度和言行一致的模范作用。物理教师在教学和实验过程中表现出的以事实和科学为依据的严谨求实态度、规范的实验操作和对工作的认真负责态度都将影响学生的健康成长。

2.发展学生个性。物理教育有利于发展学生的个性。教师应培养学生的学习自主性,使学生主动地、有选择地学习;营造宽松和谐、民主平等的,有利于个性化学习的氛围,最大限度地发掘学生的潜能,发展学生的爱好、禀赋与特长。教师应为学生创设合适的物理教学环境,放手让学生在情境中自由探索,促进学生自得自悟,在实践中学习,在合作互动中发展。在物理教育中,教师通过模拟科学探究的情境和过程,能让学生在学习过程中参与、体验,对促进学生形成人格健全、主动而富有个性地学习具有不可替代的作用。把传承人类文化价值观念和伦理道德规范与传授科学知识和实际技能有机结合,提升人的精神生活、培养健全的人格,是对人文与科学全面理解的结果,体现了物理教育的价值方向。

3.提高学生环保意识。物理教学中的能量研究学习,能让学生明白能量是相互转化的,而日常生活中的能源为我们提供了便利,促进了社会经济的发展,但是能源的负面影响就是环境污染。通过这些知识的学习,学生除了掌握物理知识外,还能建立起使用能源和保护环境同等重要的意识,提高环保意识。

当然,物理学潜在的更多的育人功能也值得每一位物理教师和教育工作者共同思考和深入挖掘。

总之,物理学科育人的独特功能和教育价值在于让学生养成物理核心素养,发展学生的物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任,让学生具备科学的思维和意识、科学研究的方法、适应个人终身发展和社会发展所需的物理学知识、了解科学的起源和树立科学的世界观、严谨的科学态度和实事求是的科学精神。