2023年物理学科教学[试论物理学科教学中科学精神的培养].docx

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1、2023年物理学科教学试论物理学科教学中科学精神的培养 DOI :10. 15977/j . cn ki . cn32-1555/g4. 2023. 03. 016 2023年9月扬州教化学院学报第23卷第3期Journal of Y angz hou College of Education Sept . 2023 Vol . 23, N o . 3 试论物理学科教学中科学精神的培育 杨发文 (扬州教化学院物理系, 江苏高邮225600) 摘要:科学精神与科学学问、科学方法一样, 是构成科学素养不行缺少的要素, 也是当前科学教化最缺少而又是人们最须要的素养。文章论述了在物理学科教学中应怎样从

2、求实精神、理性精神、怀疑精神等三个方面对学生进行科学精神的培育。 关键词:科学精神; 相识规范; 求实; 理性; 怀疑 中图分类号:G 632. 0文献标识码:A 文章编号:1008-6536(2023) 03-0057-04 从相识论层面上讲, 科学精神教化是以科学的相识论规范为基本价值取向的教化。我们知道, 科学作为一项探究真理的事业, 在它的长期发展过程中形成了一套行之有效的相识规范, 主要包括“求实、理性和有条理的怀疑”1。这种相识规范一方面约束着科学家的科学行为, 另一方面在他们的科学实践中被内化、积淀、凝合、提升为一种自觉的科学意识和普遍的信仰体系, 这就形成了通常所说的科学精神。

3、科学精神是人类科学文化的重要财宝, 也是民众科学素养的重要组成部分。美国面对21世纪人才培育的“2061安排”在面对全体美国人的科学一书中就将“科学须要证据; 科学是逻辑和想象的融合; 科学不仰仗权威”2作为美国基础教化中科学世界观的构成要素; 我国正在进行的新一轮中学课程改革也明确将科学看法与科学精神列为科学教化的重要目标。其目的就是要使科学教化超越公式与符号, 使学生成为真正具有科学素养的人。因此, 科学精神与科学学问、科学方法一样, 是构成科学素 养不行缺少的要素; 也是当前科学教化最缺少, 而又是人们最须要的素养。 1. 求实精神的培育 17世纪, 自伽利略用试验叩开了自然科学的大门之

4、后, 物理学便起先了它的“求实”规范和传统, “阅历是一切牢靠学问的母亲, 那些不是从阅历中产 收稿日期:2023-05-09 生, 不接受阅历检定的学问, 那些无论在开头、中间或末尾都不通过任何感观的学问是虚妄无实, 充溢荒谬的。”3正是这种求实规范, 自然科学摆脱了中世纪经院哲学的桎梏, 形成了物理学以试验为基础的意识; 也正是这种求实规范才使科学理论的真理性得以保证, 形成了科学之所以成为科学, 科学区分于一切宗教、迷信和伪科学的标准。可以说科学的求实规范是近代科学的创立基础, 也是科学教化必需传承的科学文化。 1. 1亲历科学过程, 体验求实规范 科学教化是学生个体的科学再相识和再创建

5、过程。因此科学教化就其相识过程而言与科学家的科学探讨在本质上是相像的, 即遵循着“问题假设验证理论”的探究思路。这样的探究思路总体上符合科学的求实规范, 也符合学生的认知特点。然而, 问题在于学生以怎样的方式经验这样的探究过程。在当前科学教化中好像流行着一种以科学探究思路为线索的, 称之为“顺杆爬”的科学教化 模式, 即老师依据学生的学问基础和思维水平设计出最简捷、高效的探究路径, 而后, 学生在老师的启发、诱导下, 以“听”、“看”、“思”为主要活动方式, 追随教学设计思路顺藤摸瓜地视察、理解、消化、获得结论。虽然, 在这样的教学中, 学生经验了所谓的科学探究, 但这种从问题发觉到假设提出,

6、 再到验证方 作者简介:杨发文(1955), 男, 江苏宝应人, 扬州教化学院高邮校区副教授。 法、步骤, 甚至连表格都设计好的探究并不反映科学探究的真实过程和高度困难性; 在这里没有挫折, 无需反复; 没有怀疑, 无需争辩; 没有尝试, 无需验证。它只是科学探究的形似, 而没有神似。学生从中体验不到科学的求实规范, 也不利于学生求实精神的培育。正如我国闻名地质学家丁文江所说的“这种心境只有拿望远镜仰视过天空的虚漠; 用显微镜俯视过生物的幽微的人方能领悟透彻”4。这就是说, 只有亲历科学过程, 才能体验科学规范, 领悟科学精神。因此, 我们应当变革这种顺杆爬式的科学探究, 变“看科学”、“听科

7、学”的形式探究为“做科学、体验科学”的亲历性探究, 让学生在亲历科学的探究过程中体验科学的求实规范, 领悟求实精神。 1. 2突出试验验证, 强化实证意识 科学就其产生过程而言, 主要有两种途径:归纳和演绎。归纳是从有限的个别事例中推断出一般规律的过程, 归纳推断的基础是假设将来事实与现有事实有相像性。从这个意义上讲, 一切由归纳得出的规律原则上是可错的, 它还只是一个须要进一步实证的假说。演绎是从一般推出个别的过程, 从形式逻辑角度讲, 只要前提为真, 推理正确, 演绎结论就有逻辑的必定性; 但从辩证逻辑角度来看, 演绎推理正确性的前提是一般性(共性) 与个别性的统一。然而事实上, 在科学抽

8、象中获得的一般性并不保证包括全部个别性, 个别性也并非全部纳入一般性。例如:“热胀冷缩”的一般规律就不包括水的“反膨胀现象”; 以光的直线传播为基础的“小孔成像”规律也不涵盖小孔足够小时的衍射现象; 尤其是以志向化模型为基础获得的一般规律更难以概括一切同类个别事物。从这个意义来讲, 从一般性动身并非肯定能揭示个别事物的特征; 即符合逻辑的并非肯定是真实的。真正能检验演绎结论真实性的仍旧是事实。因此, 科学必需讲究证据,“科学的本质是通过 2视察验证”。强调通过视察、试验来验证理论, 既是 许证明, 也应允许证伪, 让学生在试验中真正体验物理试验的实证力气, 强化学生的实证意识, 培育实证精神。

9、 2. 理性精神的培育 科学不是阅历材料的积累, 而是用“理性的思维去整理阅历的东西”; 假如缺少理性, 科学就不行能从现象深化到本质, 形成概念, 发觉规律。因此, 理性是科学的灵魂, 是科学的精神基础, 也是科学最核心的相识规范。自然科学教化应当充分发掘科学的理性资源, 培育学生的理性精神, 促进理性发展。 2. 1崇尚科学理性, 树立科学信念 从科学史实来看, 科学的历程从来都不是一帆风顺的, 而是一个个充溢艰辛的智力跋涉。能否到达理性的彼岸, 不仅取决于正确的科学方法, 更取决于坚毅的毅力和坚决的信念。焦耳四十年测定热功当量, 法拉第十年探究电磁感应。支持这些科学大师们数十年磨一剑的就

10、是无比坚决的科学信念, 正如爱因斯坦所指出的, “要是不信任我们的理论构造能够驾驭实在, 要是不信任我们世界的内在和谐, 那就不行能有科学, 这种信念是, 并且恒久是一切科学 p . 318) 创建的根本动力”5(。可见, 培育理性首先要 教化学生崇尚理性、树立信念。因此, 我们在物理学科教化中应当让学生在亲历科学的跋涉中体验科学理性的价值, 树立崇尚理性的信念。如“楞次定律”教学就是一个这样的例子 。 “楞次定律”是推断感应电流方向的规律, 从该定律所反映的物理过程来看(如上图) , 在电磁感应现象中探究楞次定律是一个大跨度的智力跋涉过程, 其中所涉及的因素之多, 关系之困难, 现象和本质的

11、联系之隐藏, 对中学生的理性实力与科学信念都是极大的挑战与考验。因此, 我们在教学中一方面要让学生懂得只有通过阅历材料的理性思索, 才能理顺各物理量之间的关系, 逐步从现象深化到本质; 另一方面, 在学生遇到困难和障碍时, 我们只要激励学生坚持“事物间符合规律性和可理解性”的信念, 坚持对“特别蕴涵普遍, 普遍统辖特别”的自然法则的信念, 并以这样的信念坚持不懈, 战胜困难, 直到理性的彼岸。简言之, 在物理教学中, 让学生亲历一个有难度但又能让人尝到果实的课题, 将有助于他们感受理性的价值, 树立崇尚理性的信念, 培育理性精神。 科学教化自身的内容和要求, 也是体验求实规范、培育求实精神的重

12、要途径。 在物理教学中突出验证性试验, 首先要破除学生对物理概念、规律的迷信看法。在教学中要留意渗透这样的意识, 原则上讲, 任何从有限事实中归纳出的(或从已有规律中推导出来的) 结论, 都是具有或然性的假设, 是可错的, 对它们的确认和推广还须要更广泛的事实来证明, 而验证性试验就是进一步实证的重要方法。因此, 我们应当重视对新规律(假设) 的验证工作。其次, 在验证性试验过程中要本着实事求是的看法, 充分敬重学生的验证成果, 既要允 2. 2大胆假设, 当心求证 科学理性不仅须要坚决的理性信念, 而且要驾驭丰富的理性方法, 包括比较与分类; 分析与综合; 抽象与概括; 归纳与演绎, 假设与

13、求证。其中, 假设与求证是科学最具特色的理性方法。正如前文所述, 科学相识的道路不是一帆风顺的, 虽然在科学探究中我们坚信“特别蕴涵普遍, 普遍统辖特别”的自然法则, 但在实际相识过程中, 我们并非总能顺当地从特别中整理出普遍来, 很多时候, 我们占有的阅历材料往往是不充分、不纯粹的; 而事物的现象与本质、特别与普遍的关系又往往是非常隐藏, 此时从阅历到本质, 从已知到未知之间的逻辑通道也就不非常清晰, 中间经常缺少必要的推理依据与环节, 这时我们对未知领域的探究就变得迷惘和停滞。解决这种迷惘的科学方法就是充分发挥学生的主观能动性, 大胆假设, 并在假设的指引下接着探究。假设虽然具有或然性,

14、但它可以消退迷惘, 使人的相识带有肯定的自觉性, 是理性把握有限事实的有效方法, 也是科学创建不行缺少的方法。事实上, 科学也正是在多数次假设中产生与进步的。正因为如此, 恩格斯曾高度评价假设是科学发展的重要形式。当然, 这种具有尝试意义的假设是否具有真理性, 还须由客观事实来检验, 从这个意义上讲“大胆假设, 当心求证”, 正是科学最具特色的理性方法。 在实际教学中培育学生驾驭假设与求证的理性方法, 就是要留意引导学生运用这种方法获得学问, 解决问题。在物理教学中这类例子是许多的。例如, 在探究“共点力合成”规律的教学中, 当学生从试验中获得合力与分力的数据之后, 在尝试以标量运算方式探究合

15、力与分力关系未果而又缺乏矢量运算概念时, 学生对问题的探究就可能陷入迷惘, 缺少思索的方向和逻辑通道。解决这种迷惘的方法就是激励学生大胆想象, 尝试假设; 合力与分力可能是乘除关系, 可能是某种函数关系, 可能是几何关系, 等等。然后在反复的求证中验证假设。只有大胆假设, 创建性地假设, 并在假设的引导下仔细求证, 我们才可能走出迷惘, 找到规律。当然在这样的假设与求证过程中, 老师的启发、指导甚至订正是不行缺少的, 但值得留意的是, 老师的指导并不是对学生的假设实力(即使是失败的假设) 的否定, 更不是对学生敢于假设的主动性的挫伤, 而恰恰是科学探究须要相互启发、相互协作的详细表现。总之,

16、在物理教学中, 当学生在视察和试验(或在肯定的理论) 基础上获得关于该学问的有限材料时, 我们就应当激励学生在理性思索的基础上, 大胆提出自己的假设, 并在 假设指导下进行求证, 以培育学生的假设与求证的理性意识, 培育理性精神。 3. 怀疑精神的培育 科学不是一经建立便成永恒不变的学问体系, 它是在不断的批判中完善和发展的。而批判的基础是怀疑, 没有怀疑就不会有批判, 没有怀疑就不会有新的追求进步。英国皇家学会的会徽底座上印的是学会的拉丁文格言“Nullius in verba ”, 意思是“如未亲自实践, 不要轻易信任任何事物”。正如波普尔(Karl Raimund Popper ) 指出

17、的“科学家之所以成为科学家, 并不在于他们驾驭了无法反对的真理, 而在于他们采纳无所顾忌的批判看法和坚持不懈地对真理的追求”6。从这个意义上讲, 对已有理论保持批判性的怀疑是科学又一种重要的相识规范和精神。 在当前科学教化中培育学生敢于怀疑的精神, 最迫切的是要允许和激励学生特性发展。因为科学的怀疑就是要求人们不轻信、不盲从, 更不迷信地对待科学, 而是通过自己的独立思索去推断各种理论、观点的真伪。与这种基本的科学精神相对应的品行, 则是学生的独立特性, 只有具备独立特性的学生才能不畏权威, 敢于别出心裁, 独树一帜, 敢于违反常规地提出与主流观点不同的见解。因此, 培育学生的怀疑精神须要老师

18、变更传统的教化观念, 提倡教化民主, 为学生特性发展供应良好的教化环境。 首先, 老师应当淡化“传道、授业、解惑”的权威感。老师的职业是崇高的, 老师肩负着为社会培育合格人才的使命, 正是这种使命感培育了老师的教化责任感。同时也给予老师在教化中享有的权威和尊严,“师者, 传道、授业、解惑也”, “一日为师, 终身为父”。然而, 也正是这种具有深厚“君、臣、父、子”色调的“师道尊严”, 一旦失去约束时, 就可以演化为一种教化专制, 老师便成为学问圣坛上的教主, 而学生则成为听从训诲的臣民, 这与“科学不仰仗权威”的本性是相违反的。在这种专制下的教化必定是“唯书、唯上、唯师”的奴性教化, 是压制学

19、生特性发展的强制教化, 由此不行能培育出敢于怀疑的萌芽。因此, 我们应当淡化老师在教化中的权威感, 弱化对课堂教学的限制欲, 放下架子, 敬重学生, 不强求统一, 以促进学生的特性发展, 培育学生敢于怀疑的精神。 其次, 激励学生敢于挑战权威。完整的科学发展史表明, 在任何一个学术领域, 在任何一个问题上, 都存在着大量的不同观点, 如物理学上的光的波动说与光的粒子说, 哲学上的唯名论和实在论, 心理学上的行为主义与精神分析学说等等。不同观点之 间存在着激烈的争辩, 从总体上推动科学事业旺盛与进步。不了解这些, 就不能正确地对待不同学术观点的人, 就会从根本上窒息科学的精神, 阻碍科学的进步。

20、 目前, 物理教材中所描摹的科学家形象及所表现的科学家品质也存在着不少问题。首先就是对科学家少年时代“特异行为”的渲染。其实, 不单是这些大科学家们在少年时代有些特异行为, 不少小孩子在少年时代都会有类似基于深厚探究爱好的特异行为。把科学家们少年时代的特异行为与他们后天的科学成就联系起来, 只能助长科学探讨方面的“天才论”, 或引诱多数青少年的刻意仿照。其次, 把用心与刻苦作为科学家的主要品质, 在很大程度上遮挡了科学家之所以成为科学家更为重要的专业性品质:对权威的理性怀疑、对既有结论的批判、对不同观点的敬重与宽容、思维过程的严谨与开放以及严格遵从科学伦理等等。最终, 教材中对科学家形象的描绘

21、过于志向化、道德化, 甚至有些泛道德化。从科学史上看, 科学家中不乏品德高尚之人, 他们在做人和科研方面都堪称人类的楷模。但是, 也有一些科学家与一般百姓并无明显差别。片面地把科学描绘成道德楷模, 可能会影响青少年学生学习的主动性和自信念。科学家也是人而不是神, 既有人性的光辉与宏大, 也有人性的弱点与失误。科学家不是神, 学生才可能走近他; 科学家是人, 学生才可能以后成为科学家。科学教化应当给学生介绍一个个全面的科学家。 第三, 激励学生敢于向老师的教学过程挑战, 敢于向成熟的解题方法挑战, 甚至向书本的学问体系挑战。我们知道, 中学物理教材选取的内容主要是以牛顿定律为基础的经典物理学。然

22、而, 即使是这样一种比较成熟的学问体系, 也不应当成为禁锢学生思想的教条。在阅历约定主义科学大师昂利彭 加勒(Henri Poincare ) 看来, 由于自然界的真实对象的真正关系的科学理论就只是代替真实对象的同构 影像, 但这样的同构影像并非只有一种, 因而科学理 5(p . 254) 论应当是多元的。那么从这个意义来讲, 描 述低速宏观的机械运动规律的运动学是否也应当是s 多元的呢? 例如, 我们可以用v (单位时间内的 t 位移) 来描述物体运动的快慢及方向, 那么是否也可以用v (单位位移所用的时间) 来描述物体运动 s 的快慢及方向? 我们可以用“随意相等时间内速度的增量相同”来定

23、义匀变速运动概念, 那么是否也可以用“随意相同位移内速度的增量相同”来定义? 诸如此类数不胜数。由此, 我们是否还可以构建另一个新运动学学问体系呢? 当然, 这样的构想可能不符合逻辑简洁性, 也可能过于天真, 但这并不能否定它所孕育的敢于挑战权威的质疑精神, 而事实上, 科学往往就是在这样或那样的天真幻想中创新的。因此我们在教学中应当激励学生敢于挑战权威, 要有“我爱我师, 我更爱真理”的精神。这样才能将培育学生怀疑精神的教化落到实处。 参考文献 1邢志华. 国内科学精神探讨近况J . 哲学动态, 2000, (4) . 2美国教化促进会. 面对全体美国人的科学M . 北 京:科学普及出版社,

24、 2023. 5-7. 3张宪魁. 物理科学方法教化M . 青岛:青岛海洋大 学出版社, 2000. 45. 4丁文江. 玄学与科学M . 沈阳:辽宁教化出版社, 1998. 49-50. 5李醒民. 科学的精神与价值M . 石家庄:河北教化 出版社, 2023. 6(美) 波普尔. 科学发觉的逻辑M . 上海:上海译文 出版社, 1986. 280-281. Cultivation of Scientific Spirit in the Teaching of Physics YANG Fa -wen (Depar tment o f P hy sics , Yangzhou College

25、 of Education , Gaoyou 225600, China ) Abstract :Just as scientific knowledge and scientific approac h , scientific spirit is an indispensable element of scientific quality , and is badly needed in both scientific education and human quality . T his article expounds the cultivation of students scientific spirit in realism , rationalism and skeptic ism in the teac hing of physics . Key words :scientific spirit ; cognitive standard ; realism ; rationalism ; skeptic ism