基于物理核心素养发展的科学人文素养教育实践

     以牛顿第一定律教学实录为例

湖北巴东县教育教学研究室  邓明忠

摘要：对现行教材资源进行二次开发，围绕着相关逻辑关系将教学资源进行重组和建构。用物理核心素养发展引领课堂教学，实施人文素养教育和科学素养教育的有机融合。通过牛顿第一定律的教学，在科学探究中培养学生的科学思维，渗透科学态度和科学责任的教育，提到学生的学习能力。

关键词：核心素养 科学人文素养教育 牛顿第一定律

学科核心素养就是指学科的思维品质和关键能力。核心素养之核心是科学人文素养。通过近几年的实践研究，开发了实施学科素养教育的课程资源，实现以研究教学方法为重点向以研究教学内容为重点的转变，拓展学习空间，提升学科素养，提高学习能力。改变了教师教材本位的教学观念，教师由“教教材”转变为“用教材教”。开发课程资源、创造性使用教材成为教学教研教改的常态。改变了教师教材本位的教学观念，教师由“教教材”转变为“用教材教”。开发课程资源、创造性使用教材成为教学教研教改的常态。考查、量化学生学科素养的达成程度，已成为改进学科教学质量评价方式的突破口。

一、改进课堂教学的引入方式

用物理核心素养发展引领课堂教学，将人文素养教育和科学素养教育有机融合，对现行教材资源进行二次开发，围绕着相关逻辑关系将教学资源进行重组和建构。利用网络信息资源，让山区农村学生也能体验到线上学习与线下学习相结合，实验探究与分析推理相结合的乐趣。这种创造性的工作往往会收获意想不到的教学效果，能满足于学生个性化发展的需要，或许会改变学生的人生发展轨迹。

教学片段一：利用校园网络上网搜寻有关亚里斯多德、伽利略、和牛顿等人在探究运动和力的关系时的贡献与遗憾，找出一条你最感兴趣的名言。

1. 亚里士多德的研究：

学生交流整理：

【名言】“我爱我师，但我更爱真理”。（公元前384年~322年）

【成就介绍】亚里斯多德研究的领域很广泛，成就不少，整个人类的理性思维、科学发展，无法不受他的影响。

【亚里士多德的看法】受力则动，无力则停（即力是维持物体运动的原因）。

教师评判：

亚里士多德对事物表面的认识粗糙，这跟生活中的事例接近，所以始终无法摆脱其束缚。而在物理力学中最常被提到的，却是他所犯的错误。

二、在科学探究中培养科学思维

2. 伽利略的研究： 

科学探究不仅是一种科学学习的主要方式，是形成其他物理核心素养的主要途径，而且对学生的提出问题能力、批判性思维能力、交流和合作能力等综合能力的形成具有重要价值。科学探究能力主要包括问题、证据、解释、交流等方面。而科学思维是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式；是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证的过程；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判，进而提出创造性见解的能力与品质。

教学片段二：

学生交流整理：

【名言】一切推理都必须从观察与实验得来。（1564年~1642年）

【成就介绍】伽利略是意大利物理学家，近代实验科学的先驱者。其成就包括改进望远镜和其所带来的天文观测等等。

【探究物体运动和力的关系】物体运动和力的关系，是为得出惯性定律所做的一个铺垫性实验。过程如图所示：

实验中是小车速度减慢至停下来的原因是小车与接触面摩擦阻力的作用，直接观察到从第一次到底第三次实验过程中，阻力越小小车运动越远。可提出问题引导学生思考，若阻力越来越小甚至为零时，小车的运动会怎样呢？让学生大胆推理。这个分析推理的过程将直接影响到学生对牛顿第一定律的理解。

教师评判：一辆小车从不同斜面的同一高度下滑，在粗糙程度不同的水平面上滑行，寻找小车停下来的原因是什么呢？是水平面和空气对小车的阻力发生了作用，所以小车受到阻力后会慢慢停下来，从而推翻了“无力则停”的论断。当水平面摩擦力越小，小车停下来要走的路程就越长，当小车不受阻力时，小车将永远运动下去，从而驳斥了“有力则动” 的论断。

教学片段三：播放动画，模拟伽利略的理想实验过程

伽利略理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来，能更深刻地反映规律，有关实验程序如下：

（1）两个对接的光滑斜面，使静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面。

（2）如果没有摩擦，小球将上升到释放的高度。

（3）减小第二个斜面的角度，小球在这个斜面上仍要达到原来的高度。

（4）继续减小第二个斜面的倾角，最后使它处于水平位置，小球因为永远也到不了原来的高度，所以沿水平面将永远的运动下去。

事实（1）→推论（2）→推论（3）→推论（4）

学生交流整理得出结论：

【结论】物体无外力作用时也会运动（即物体的运动不需要力来维持）。

三、在课堂教学中渗透科学态度和科学责任的教育

科学态度与责任是指在认识科学本质，理解物理学与技术、社会和环境之间的关系基础上，逐渐形成的对科学和技术应有的正确态度以及责任感，是学生通过物理学习而形成的关键品格，对于学生正确的世界观、价值观和社会责任感的形成具有重要的价值。

3. 牛顿的思考 

教学片段四：学生交流整理

【名言】“如果说我所看的比别人更远一点，那是因为我站在巨人们的肩上。”（1642年―1727年）

【成就介绍】牛顿是继伽利略之后最伟大的物理学家。他发现和论证了天体的运动和地球上物体的运动都遵从同一的自然规律——万有引力定律和力学的三个基本定律。从此，天体力学和地球上的力学得到了统一，实现了科学史上第一次伟大的综合。

【结论】牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有不平衡的外力迫使它改变这种状态。也叫惯性定律。

教师评判：牛顿第一定律虽然探讨的是不受力的“理想情况”，但却是讨论物体实际受力的逻辑基点；在牛顿之后，特别是爱因斯坦在创建了广义相对论以后，使得惯性定律变得更具包容性。这里面更多、更深的知识奥秘，同学们会在今后的学习中去继续探讨。

  运用本教学设计开展教学，通过经历研究运动和力关系的科学历程，让学生了解阻力对物体运动的影响；通过感受研究运动和力关系的科学方法,了解亚里斯多德和伽利略的思想冲突；

通过感悟亚里斯多德、伽利略、牛顿的科学精神与人文精神，让学生受到讲究实事求是、尊重自然规律的科学态度的影响；通过

揭示科学思维创新与人文创新，使学生受到科学本质和科学态度与责任的教育熏陶。

对教学设计中的亮点是让学生初步体验利用网络信息资源，线上学习与线下学习相结合，实验探究与分析推理相结合的乐趣。需要反思的是学生交流的时间欠充分，交流的度受学生认知能力的限制欠深入。

参考资料：

①《义务教育物理课程标准（2011年版）》 中华人民共和国教育部制定

②《八年级物理下册》  北京师范大学出版社（2012年12月第一版）

③《初中物理新版课程标准解析与教学指导》  苏明义主编 北京师范大学出版社 2012年03月出版

   ④《基于学生核心素养的物理学科能力研究》 郭玉英、姚建欣、张玉峰著 北京师范大学出版社，:2017年09月出版