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【摘要】 在问卷调查的基础上,针对学生科学素质的不足之处,结合物理教学的实际,提出了培养学生科学素质的对策和建议。本文对提升学生的科学素质有一定的借鉴作用。
【关键词】 科学素质(science  literacy)、问卷调查、物理教学
一般认为,科学素质包括科学知识、科学方法、科学思维习惯和科学精神(态度和情感)及科学的价值观,其中科学精神是科学素质的核心。科学素质的发展是以科学知识、技能的掌握和积累为基础。科学素质教育不仅要使受教育者获得知识和技能,更重要的是要使其获得科学思想、科学精神和科学方法的熏陶和培养。
科学素质具体地体现在如下三个方面:一是概念性地(非定量地)理解科学的主要思想。例如:知道什么是原子,原子是由什么组成的;知道什么是万有引力;知道量子的观念是什么等等。二是了解科学的发展过程,养成科学的思维习惯。科学知识来源于对周围世界的观察,以及应用大脑来理解和指导这样的观察,科学是建立在证据(evidence)和理性思维(rational  thought)基础上的,科学原理不是绝对真理,它们总可能被未来的观察所否定或修正。三是理解与科学有关的社会问题。例如科学而又明智地使用能源、确保环境的可持续地发展、理解全球变暖等问题。
物理学是自然科学的基础,这就决定了物理教学在培养学生科学素质方面起着举足轻重的作用。作为物理教学改革的一个方向,物理教学不能片面地强调精英教育,而要体现“科学为大众”的教育宗旨,这对提高整个民族的科学素质将起到深远的影响。
一、高中生科学素质现状及其特点分析
笔者设计了用于调查学生科学素质的问卷,本问卷所涉及到的知识以学生所学到的物理知识为主。问卷分为三个部分组成:判断题、填空题、选择题,前两部分涉及到与物理基础知识及其应用、发展有关的内容,选择题主要用于调查学生对科学、技术与社会问题的认识。问卷选取了江苏省某重点中学的两个高三教学班的学生(共计113人)为调查对象,其中一个是重点班(选修物理、化学),另一个是普通班(选修物理、生物)。问卷采取了当堂分发,当堂收回的方式,问卷全部收回。
问卷结果显示,高中生的科学素质水准令人堪忧:学生对科学知识的掌握比较好,但在科学思想、科学精神、科学价值观等方面有明显的不足,与经济、社会的发展要求差距较大。具体分析如下:
学生对于课本基础知识的掌握基本令人满意,但运用物理知识解释、解决实际问题的能力还处于较低的水准。例如,在日常生活中应用广泛的IC卡的IC所代表的意思——集成电路,113名学生中仅有4人知道;对于视觉暂留、火箭升空不久后脱落的泡沫的作用等这类应用物理知识解释的实际问题,以及目前应用极为广泛的激光的特性,大多数学生不能正确回答。
调查显示,多数学生的实验能力相对不足,但实验态度基本端正,并且学生在实验中表现出一定的合作与独立意识。对于一些需要学生自己动手操作的工作,知道有意义的学生多,但真正乐于实际参加的学生少。
多数学生认为自己掌握的科技知识并不丰富,课堂教学也不是起获取科技知识的主要来源,这反映出当前物理教学的封闭性。只有11%的学生认为自己掌握的科技知识比较丰富,67%的学生认为自己掌握的科技知识比较少;学生认为自己获取科技知识的主要来源依次是:电视或科普读物(60%)、课堂(32%)、课本(8%),经统计检验,前两个选项之间的差异极其显著,即学生认为自己获得科技知识的主要来源是科普读物或电视。学生认为,教师应该在授课过程中多讲一些与课本内容相关的科普知识。
另外一点值得注意的是:学生在回答怎样看待“天体十字排列,地球将遭受巨大灾难”这一传言时,选“说不准和相信”的占47%,选“不相信”的占53%,统计检验结果表明,两种看法之间没有显著的区别。这说明有相当部分学生不能正确区分迷信和科学,缺乏基本的科学精神和科学意识,部分学生还没有形成正确的科学观,这不能不说是我们物理教育的一个严重缺憾!另外相信“意念移物”等特异功能的学生也为数不少。
调查结果表明,学生对于与科学、技术相关的问题是比较关注的(例如:高中生普遍关心环境、能源等问题,拥护政府出台的使用无铅汽油的政策),学生具有较强的科学敏感性,但对科技前沿信息的了解还是比较少的,例如,1998年阿尔法磁谱仪(AMS)的发射,虽然当时的舆论相当关注,且中央电视台进行了现场直播,但是学生知道的只有极少一部分。
二、培养学生科学素质应采用的教学对策和建议
针对问卷调查所反映出来的学生科学素质的特点,笔者认为应该在物理教学中采用相应的方法加强学生科学素质的培养。具体方法如下:
1、加强实验教学,提高学生能力
物理是一门以观察和实验为基础的学科。教师必须加强实验教学,因为实验具有综合教育功能:它不仅为学生提供具体、形象和生动的感性材料,还能培养学生的实验技能,通过实验活动学生可以了解和掌握探索自然的科学方法,培养严谨的科学态度,进一步加深对自然现象的理解,认识人与自然的关系,树立科学的自然观。因此,物理实验教学的有效实施,将极大地促进学生科学素质的发展。结合物理教学和研究性学习,可以为学生设计一系列的“研究型”课题。例如,研究弹簧振子的周期与弹簧的劲度系数、弹簧振子的质量、振幅之间的关系等等。这类研究型课题要易于操作,重点落在研究过程中,努力发现问题,有目的地观察和实验,收集有效信息,进行推理、建立假说、进行验证,通过科学的研究过程,发现科学规律和解释自然现象的方法。学生通过研究这些课题,能够理解并且实践科学研究的基本过程和方法,即科学家用于获得并不断修正的关于自然界知识的那些基本研究过程和方法。学生通过从事实践活动来理解重要的科学概念和规律,提高实验能力,这些实践活动还可以使学生理性地思考人与自然界相互作用的过程,形成科学的自然观。
2、注重德育渗透,培养科学品质
结合物理教学内容,在传授知识和培养能力、指导学习方法的同时,潜移默化地对学生进行思想品德教育。物理学是一门自然科学,它对培养学生的科学态度具有特殊作用,要真正学好物理,必须以物论理。常言道:物理物理、见物说理、见物不说理、何必学物理。要培养学生尊重事实,尊重客观规律,勇于追求真理,实事求是的科学态度。通过对物理知识的学习,对物理规律的探索,注重观察和实验,坚持实践第一的思想,使学生逐步形成辨证唯物主义观点。坚持实事求是的科学态度和理论联系实际的作风,是一个人科学品质的反映,是人格素质的体现。
在物理教学中,应介绍我国的重大科学技术成就,激发学生爱祖国爱民族的热情,教育学生立志为建设祖国更美好的明天而勤奋学习科学知识,增强学习的动力;应介绍科学家的发明创造成果以及反复实验和研究的事迹,学习他们坚韧不拔、锲而不舍的钻研精神;应介绍物理规律、结论的获得过程是前人大量实验、艰苦努力的结果,培养学生热爱科学,求真务实,勇于探索的创造精神。
3、在物理教学中渗透科学、技术和社会知识
教师要充分发挥物理课堂教学培养学生科学素质的主渠道作用,在物理教学中渗透科学(science)、技术(technology)和社会(society)知识,即STS知识,以丰富物理教学内容、开拓学生的视野。教师要充分利用学生对科技知识的敏感性,在教学过程中渗透相关的科技知识,这是物理教学中培养学生科学素质的一项极其有力的措施。
现行的中学物理教材中以小实验、插图、阅读材料等形式,编入了一些与科学技术相联系的内容。教师首先要充分挖掘和利用教材中的此类材料,向学生介绍STS知识。其次,教师要选取合适的教学切入点,在物理教学中渗透STS知识。下列内容可以作为教师选材的教学切入点:与生产生活相关并且有广泛应用的物理知识;与社会发展有着重大关系的物理知识;与科学、技术有关的社会热点问题;物理学发展的成就及前沿问题等。围绕每一个教学切入点,都有许多可供选用的STS材料,教师在组织教学时,要结合教学内容、切入点和学生情况选取适当的教学素材。例如在进行人造卫星内容教学时,除介绍同步通讯卫星外,还应相应介绍宇宙飞船与空间站的对接;在学完《稳恒电流》一章后,指导学生阅读超导材料,介绍世界各国高温超导研究的进展;在进行核能的教学时,介绍环境污染、能源消耗等社会热点问题,这样做能够唤起学生的社会责任感。
4、重视基础知识的讲授,强调科学方法、科学思维习惯的教育
传统的物理教学向来重视基础知识的系统传授,但往往忽视传授知识的过程中学生所应掌握的学习方法和科学研究方法。实际上,科学不仅仅是一堆事实和理论,它更是一个动态化的过程。物理教学过程可以并应当看作是培养学生观察、推断和实验等诸种能力的过程。
在教学过程中,教师可以将科学方法进行显性处理,让学生在学习知识的过程中,掌握基本的科学研究方法。科学方法的掌握,将会帮助学生理解、巩固所学的知识,更深刻的领会科学研究过程,使学生能够很快的适应新的研究领域的要求。物理学中常用的科学方法主要有:质疑、观察、实验、测量、分析、图象法、归纳和演绎、形成模型、建立假说和验证假说等。科学方法的掌握不是一蹴而就的,学生在学习中通过模仿,从教师的授课过程之中或课本上学到一些基本的科学方法(不仅仅限于解题方法和策略),并在运用知识解决问题的过程之中掌握科学方法。
物理学为我们提供了大量联系实际的素材,我们可以将这些材料设计成习题或问题让学生去解决,因此,教师的教学就不应仅仅局限于知识的传授和大量的解题训练,而是要给学生提供应用知识解决实际问题的机会。学生只有在解决实际问题的过程中,通过亲身体验物理概念、规律与物理过程的相互作用后,才能真正理解科学,掌握科学方法。教师在设计此类习题或问题时要遵循这样一条原则:这类问题应该是学生感兴趣的、且又在其“最近发展区” 之内所能解决的。因为这样的问题既容易激发学生的学习积极性,又有利于学生抓住学习的要点。
物理课在讲解物理知识的同时,还有一个重要的任务是教导学生科学地思想,培养学生科学思维的习惯,那就是重证据,重理性思维(即逻辑思维)。在美国物理教学中,教师经常喜欢问的一个问题,就是How do we know?(我们是怎么知道的?)例如,我们是怎么知道地球是在自转的?我们是怎么知道物质是由大量分子组成的?一个好的科学理论不仅能以尽量少的假设去解释尽量广泛的事实,还必须能在科学思想、科学思维习惯的引导下去预言尚未发现的新现象。用牛顿力学和万有引力定律预言了海王星的存在就是光辉的范例。物理学里到处渗透着科学思想、科学思维习惯,学物理本身就一定会受到潜移默化的影响,区别只是各人自觉程度不同而已。
5、拓宽物理教育的视野和背景
随着物理和物理教育理论的发展,物理教育不应当仅局限于知识的传授,而应当拓宽物理教育的视野和背景,以适应学习化社会的发展。现代物理知识对其他学科的渗透比上个世纪要广泛的多,这些新的进展应该成为物理教育的基本内容。物理教育必须与时代相适应,与时俱进,教师在教学过程中必须拓宽视野,要注意科学素质的培养,重视物理学与人文科学和其它科学技术知识的交叉和拓宽,使所有学生都学有所得。在《全日制义务教育物理课程标准(实验稿)》中,提出了物理课程的基本理念:注重全体学生的发展;从生活走向物理,从物理走向社会;注重科学的探究,提倡学习方式多样化;注重科学渗透,关心科技发展;构建新的评价体系。可以说,这就是适应时代发展的物理教育新视野。当今社会面临着许多问题,如温室效应、物种的灭绝、臭氧层的破坏、核战争、大气污染、能源危机等,这些问题都是相互关联的,而对他们的理解又往往涉及到多学科的知识。这都要求我们把物理教育放在一个新的视野和广阔的(多学科)知识背景中,所以,在教学过程中,教师要注意基础性知识、拓展性知识和研究性知识的传授。基础性知识就是传统意义上的物理知识。拓展性知识是基础知识的拓展,与现实生活密切相关,可以为学生提供广阔的背景(如知识背景、生活背景、文化背景、政治背景),近几年高考试题的许多材料就是课本知识的拓展。教师还要注意研究性知识的传授,要逐步使学生学会“科学探究”,了解科学探究的一般方法,使学生在探究过程中获得知识、能力和情感的发展。
6、培养学生的信息能力
信息社会化与社会信息化是当今社会重要的时代特征,人们在从事科学研究活动的过程中,要处理大量的信息,并需要与其他人进行有效的信息交流。应该说,信息能力既是学生科学素质水平的体现,也是学生今后在现代社会生存和发展所必须的一项基本能力。因此,在物理教学中要重视培养学生获取和评价信息的能力、组织信息的能力、交流和表述信息的能力、使用计算机处理信息的能力。
物理科学在社会生活中有着广泛的应用。现代传媒中包含了大量的科学技术信息,使学生在校内外获得的信息量迅速增加。然而,这些信息往往是良莠不齐,学生在接触到这些信息时常常不能做出正确的判断、评价和选择,导致学生不能有效地和外界(同学、教师、家长和社会)进行交流。当然,这些信息中包含着大量的有益教育资源,而传统教学往往忽视这些教育资源的使用。因此,教师在组织课堂内外的教学活动时,越来越有责任用恰当的方式把不同类型的信息更紧密地联系起来,以发挥(即使是部分地)如此大量的教育资源的作用。
教师可以向学生推荐一些信息来源,如科普网站(www.cctv.com.cn/science/,www.kepu.gov.cn,  www.bjkepu.gov.cn)、科普读物(科技辅导员、中学科技、科学世界、科学之窗)、电视节目(开心词典、走进科学、人与自然、Discovery)等。教师可以组织相应的教学活动,如科技论文写作、科技竞赛、科技板报评比等。
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