新课程高中物理科学本质观教育目标探析

新课程高中物理科学本质观教育目标探析

为了学生的终身发展，《普通高中物理课程标准（实验稿）》提出要进一步提高学生的科学素养。提高学生科学素养的核心在于促进学生对科学本质的理解，正确而全面的科学本质观教育成为达到这一目标的关键。一、高中阶段科学本质观教育内容分析（一）科学本质观的内涵科学本质观即对科学本质的认识。传统的科学观认为科学的本质就是科学知识，而知识又来自于纯粹客观的观察，再经由科学方法或科学推理得出科学知识或理论。马克考马斯(McComas，1998)认为科学的本质是混合了包括历史、社会学、科学哲学、心理学等多学科的研究观点的，关于科学是什么，科学怎样运转，科学家作为一个社会群体怎样工作，社会怎样既引导科学事业又对科学事业做出反应等问题的理解[1]。对“科学的本质是什么”的回答，涉及到“科学知识的本质”，“科学探究的本质”和“科学与人类社会”三个维度的知识，现将各个维度包含的科学本质特征归纳并简单释义如下。1.科学知识的本质(1)客观性。科学知识基于观察和实验，是对客观事实进行主观分析的成果。(2)暂定性。科学知识并非一成不变，当原有的科学知识与新的观察和实验数据不符时，将被修正乃至推翻。(3)可检验性。科学知识是可验证的。(4)继承性与创造性。现有的科学知识和发现是建立在前人工作的基础上，在继承前人成果的基础上又有着自己的独创性。2.科学探究的本质(1)多样性。科学探究的过程没有固定的程序，没有一成不变的方法。(2)理论渗透。研究者本身的理论渗透于科学探究的过程中。(3)可重复性。科学探究的过程是可以重复的。(4)想象和推理。对科学探究成果的分析，在一定程度上基于研究者的想象和推理。3.科学与人类社会(1)道德性。科学研究应符合人类社会的道德伦理。(2)科学家研究风格。科学家的社会文化背景影响科学家的研究风格。(3)科学与技术。科学研究的是“是什么”的问题，技术研究的是“怎么做”的问题，科学的进步推动技术的发展，但科学不等于技术。（二）高中阶段科学本质观教育内容《普通高中物理课程标准（实验稿）》中就提出要“学习终身发展必备的物理基础知识和技能”，“养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题”，“有振兴中华，将科学服务于人类的社会责任感”，“了解科学与技术、经济和社会的互动作用”。学生要掌握终身发展必备的物理基础知识和技能，需要了解科学知识的本质。科学知识本质的客观性、可检验性、暂定性、继承性和创造性这些特点，将使学生能以正确和科学的态度来面对现有的知识和未知的事物，既尊重前辈科学家的科学成果又不盲目偏信，能在证据充分和真实客观的前提下对已有的知识进行合理质疑。科学探究的方法多种多样，但不管采用哪种方法，必须保证科学探究过程是能重复的，在对探究的结果进行分析时，要让学生学会想象和推理。这些都需要学生理解科学探究的本质，而科学探究本质的可重复性、多样性、理论渗透、想象和推理这些特质，将有助于学生形成良好的思维习惯，并能合理地运用已学知识科学地探究并解决问题。对于身心还未完全发展成熟的学生来说，让他们充分理解科学的道德性至关重要。让学生从小就有将科学服务于人类的社会责任感，才能在将来成长为社会栋梁。而了解科学与技术的区别，也有助于学生了解科学与技术、经济和社会之间的互动。由上可知，高中阶段的学生应开始较全面地了解科学，培养学生形成正确的科学本质观对课程总目标的完成至关重要。二、高中科学本质观教育目标探讨史密斯和史耶戈(Smith&Siegel，2004)认为应从学生的实际出发，将科学教育的目标分为三个层次：知道(knowing)、理解(understanding)、相信(believing)[2]。学生的科学本质观是循序渐进发展的，虽然高中阶段的学生身心发展日渐成熟，但受到所掌握的科学知识和自身认知水平的限制，科学本质观教育并不能一蹴而就。高中阶段的科学本质观教育应从实际出发，设定合理的目标。现将学生对科学本质观的认识程度分成三个层次：了解、理解、相信。对各层次的行为解释如下：了解——能举例并描述出对象的基本特征：理解——能在所学对象与现有知识之间建立起逻辑联系，进行解释、推断和区分；相信——具有高度的价值认同，态度和行为达到一致，形成稳定的个人价值观。下面结合《普通高中物理课程标准（实验稿）》（以下简称“课标”）和人教版高中物理教材选修3-5中“科学的转折：光的粒子性”一节，对科学本质观教育目标进行探讨。（一）“科学知识的本质”维度教育目标探讨课标在课程具体目标中提出学生应“具有敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神”，“敢于坚持正确观点，勇于修正错误，具有团队精神”，“尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律”。“敢于坚持真理”是建立在实事求是的基础上，而实事求是则要求学生坚持科学的客观性原则。坚持科学的客观性，需要学生对科学本质的客观性特征具有高度的价值认同，即学生应相信科学知识本质的客观性。“验证物理规律”这一目标则充分体现出科学知识本质的可检验性。应用科学的方法验证物理规律，要求学生能利用现有的知识对所学对象进行解释、推断和区分，即学生应理解科学知识的可验证性。在相信科学本质的客观性和理解科学知识本质的可验证性基础上，学生才能坚持正确观点，勇于修正错误，进而理解科学的暂定性特质。科学之所以具有暂定性就是因为科学尊重客观事实，当科学知识与客观现实不相符合的时候，就会被修正乃至推翻。“勇于创新”这一目标则体现出了科学知识本质的创新性，但不能为了创新而创新，创新是建立在尊重客观事实的基础上，是建立在前人研究的基础上，学生需要对前人的研究进行解释和区分，才能有所创新，这些都要求学生理解科学知识的继承性和创新性本质。以“光的粒子性”教学为例，在学会光是一种波之后，又发现光具有粒子性，对学生的已有观念是一次冲击，这有助于学生充分理解科学理论并不是永远不变的，只要证据充分，原有的理论将会被修正推翻，有助于学生相信科学知识的暂定性。爱因斯坦对光电效应的解释也并非凭空产生，而是建立在赫兹、勒纳德、汤姆孙等人实验研究的基础上，这体现出科学知识的客观性。而爱因斯坦提出的光电效应方程以及对光电效应的解释之所以被认为是合理的，是因为它经受住了密立根实验的检验，此处体现出了科学知识的可检验性。教师应该向学生说明一个科学理论从提出到被接受，需要接受科学大众的检验。在教学中还应注意，爱因斯坦提出的“光子假说”继承了前人普朗克的“能量子假说”，同时在“能量子假说”上有着自己的创新，这有助于学生理解科学知识本质的继承性和创新性。（二）“科学探究的本质”维度教育目标探讨课标提出要学生“经历科学探究过程，认识科学探究的意义”。将科学探究的要素分为以下几个方面：提出问题、猜想与假设。制定计划与设计实验，进行实验与收集数据，分析与论证，评估，交流与合作，并对每一个要素提出了学生应达到的科学探究及物理实验能力的基本要求。在“进行实验与收集证据”这一要素中提出要“用多种方式收集数据”，“知道重复收集实验数据的意义”。这两个要求体现了科学探究本质的多样性和可重复性特征，学生需要对科学探究本质的多样性有所了解，才能主动按照多种方式来收集数据。而知道重复收集实验数据的意义则要求学生不能只了解科学探究是可重复的，更应理解科学探究本质的可重复性。在“提出问题”这一要素中提出要“能发现与物理学有关的问题”，“从物理学的角度较明确地表述这些问题”。物理学中的探究要从物理学的角度来进行，这要求学生对科学探究过程的理论渗透应有所了解。在“猜想与假设”要素中则提出“认识猜想与假设的重要性”，“分析与论证”要素中提出要“了解物理学的研究方法，认识物理实验、物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用”。这些都要求学生应理解科学探究过程的想象与推理本质。在“光的粒子性”章节，教材较完整地展现出了光的粒子性理论从提出到被人们认可的历程，教学中可加以充分利用。赫兹发现的光电效应，得到了许多物理学家的关注，德国物理学家勒纳德、英国物理学家汤姆孙等都进行了实验研究，证实了这个现象。可见科学探究的过程是可以重复的，只在某一个科学家的实验室里发现了某个现象，而其他科学家按照相同的方式却观察不到相同的现象，那这个探究称不上是科学的探究过程，对这一过程的教学可以使学生理解科学探究过程的可重复性。教材在介绍完光电效应后，尝试用光的电磁理论来解释光电效应现象，接受了普朗克能量子假说的爱因斯坦却是从光的粒子性角度来思考光电效应现象。教学中可以说明科学家具有的理论背景将在很大程度上影响研究者研究问题的视角和方式。对同一个自然现象，不同的科学家可能会有不同的观察结果，科学探究的过程渗透着理论的影响。在教学中要注意说明，普朗克的能量子和爱因斯坦的光子并没有被肉眼实际观测到，这些假说的提出完全依赖于这些杰出头脑的想象和对观察到的现象的推理。科学探究并非一定是按部就班地提出问题、分析数据，科学家的思维具有跳跃性，想象和推理在科学探究的过程中起了很大的作用。但科学的想象和推理是建立在客观事实的基础上，并非盲目臆测。这一部分的教学有助于学生理解科学探究本质中的想象和推理。（三）“科学与人类社会”维度教育目标探讨“关心国内、外科技发展现状与趋势，有振兴中华的使命感与责任感，有将科学服务于人类的意识。”科学应为人类造福，而不是毁灭人类的未来，科学研究应该符合人类社会的伦理道德。这些均要求学生对科学本质的道德性有着高度的认同，要求学生相信科学的道德性本质，只有这样学生才能有科学为人类服务的意识，而不是滥用科学成果。“了解并体会物理学对经济、社会发展的贡献”，作为一门基础自然科学，物理学对人类社会发展做出了极大贡献。新的机器设备层出不穷，但这些机器设备不能等同于科学，它们属于技术的范畴，学生应了解科学与技术的不同。课标同时要求学生应“认识人与自然、社会的关系”，科学与人类社会在相互作用、相互影响，不同的社会文化传统孕育出不同的科学研究风格。了解科学家的研究风格与社会文化背景的关系，有助于学生更好地认识人与自然、社会的关系。光电效应在今天有着多方面的应用，如太阳能电池、光电管、光控继电器等。教材在这方面的介绍有所欠缺，教师在教学中应向学生适当地介绍相关方面的知识。同时应注意提及太阳能电池和光电管等是光电效应的应用，属于技术应用的范