物理核心素养中科学态度与责任的培养路径研究

魏晓东

2019 年 5 月，世界经合组织（OECD）发布了学习框架2030 最终稿——《OECD 学习罗盘2030》，将态度与价值观、承担责任放在核心的位置。《中国学生发展核心素养》总体框架明确指出“学生发展核心素养，主要指学生应具备的，能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力”。关键能力由知识、技能、方法等提炼而来，必备品格则源自情感、态度与价值观。

学科核心素养在三维教学目标基础上进行了凝练与升华，是学科育人价值的集中体现，指向学生的终身发展。高中各理科分别凝练了本学科的学科核心素养，除了科学观念、科学思维和科学探究，还包含科学态度与责任。《普通高中物理课程标准（2017 年版）》（以下简称“新课标”）中提出的物理核心素养包含四个方面，其中，“物理观念是基础，科学思维是核心，科学探究是方式，科学态度与责任是必备品格和育人的最终目标”[1]。教学的最终目标如果只是掌握知识、形成技能，那么这种教育培养出来的对象并非“全面发展的人”，这些知识和能力未经适当的态度、情感和价值观的转化，不能升级为素养。素养的水平不仅取决于知识和能力，还取决于态度的作用。积极的态度可以促进知识与技能的发挥，提升素养水平，消极的态度则会抑制知识与技能的表现，降低素养水平。

物理学科的课程目标从“三维目标”升华到“核心素养”，关于态度目标也从过去的“情感、态度与价值观”升华为“科学态度与责任”，提高态度深度的同时还增加了“社会责任”的内容。“新课标”对物理学科核心素养中“科学态度与责任”做了五个水平的划分，分析得出，这五个水平的关键要素分别是：好奇心、对道德与规范的认识、可持续发展的责任感、学习物理的内在动机、抵制不实行为与遵守道德规范。这些是物理学科核心素养的核心目标，也是物理学科育人价值的最终体现。

一、科学态度与责任的内涵分析

“新课标”指出科学态度与责任是指“在认识科学本质，认识科学·技术·社会·环境关系的基础上，逐渐形成的探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度，以及遵守道德规范、保护环境并推动可持续发展的责任感”[2]。“科学态度与责任”包含科学本质、科学态度和社会责任等要素。

（一）科学本质的内涵

“新课标”在课程目标中提出了“能正确认识科学的本质”，科学本质主要是指科学是什么的问题。大多数学者认为科学是一种知识体系、探究活动和社会建制[3]。因此，科学既是静态的，也是动态的，是人的一种社会活动[4]。作为一种知识体系，科学具有客观性、系统性和发展性。作为一种探究活动，科学具有探索性、动态性。作为社会建制的科学意味着科学事业已经成为社会构成中的一种相对独立的社会部门，例如科学院、学会、研究室等。对科学本质的认识能够帮助人们辨别科学与宗教、科学与伪科学的区别。

（二）科学态度的内涵

科学态度以一系列科学观念为基础，具有可习得性。科学观念是对科学本质的基本认识，是科学概念和规律在头脑中的提炼和升华。随着个体与其所生活环境的交互作用、认知增长的同时，科学态度也会逐渐发生变化。因此，科学态度不是与生俱来的，而是后天通过学习获得的。科学态度与核心价值观相联系，具有相对稳定性。价值观是个体判断客体价值大小及价值选择的思想依据。价值观为人们提供了一种判断事物的准绳，态度的核心是价值观，人们对某一事物所持有的态度，取决于该事物所具有的价值。科学态度不是单一维度的简单存在，而是一个多层次、多维度的复杂结构。科学态度是多个因素综合作用所形成的，包括科学思想、科学认识、科学情感、科学行为倾向等。因此，科学态度是具有多维属性的复杂概念。

（三）社会责任的内涵

“社会责任素养主要包括家庭责任、集体责任、国家责任和人类可持续发展等多个方面，是个体认知、情感和能力的综合表现。”[5]科学态度与责任中的社会责任主要包括科学伦理和STSE（科学Science，技术 Technology，社会 Society，环境 Envi ronment），科学伦理是指科学活动中人与社会、人与自然之间关系的科学准则，它规定了科学工作者应遵守的行为规范。它揭示了科学、技术、社会和环境之间的关系，探讨了科学和技术的发展对社会和环境的影响。

二、科学态度与责任的形成机制分析

中学生科学态度与责任的形成受到内部因素和外部因素的共同作用，明晰其形成机制有利于培养路径的找寻。对科学本质的认识，科学能力水平以及观念、情感和价值观是中学生科学态度与责任形成的三个主要内部因素；家庭背景、学校教育和社会环境是促进中学生科学态度与责任形成的三个重要外部因素。

（一）内部因素

1.对科学本质的认识是基础

“科学本质”是指“科学”本身所固有的、决定科学性质、面貌和发展的根本属性。从这一层面上说，科学本质探讨的是科学本体论的问题，它要求人们回答“科学究竟是什么”的问题，以及对这一问题答案的进一步追问[6]。随着科学的不断发展，人们对科学本质认识也逐渐深入。认识科学本质不仅是国际科学教育的关注重点，也是现代社会公民具备科学素养的要求。科学态度与责任的形成应以对科学本质的认识为基础。物理学是最能体现科学本质特征的学科，“新课标”在科学态度与责任目标中新加入了“能正确认识科学本质”，这是科学本质第一次出现在物理课程标准中。作为知识体系的科学，其发展历程是科学家不断怀疑、纠正错误和追求真理的历史。学生对科学知识的认识有助于批判质疑的科学态度的形成。作为探究活动的科学，包括假设、观察、实验等过程，科学探究的过程，有利于学生理性客观、严谨认真、实事求是等科学态度的形成。作为社会建制的科学，其核心是科学共同体，学生通过对科学的社会建制的了解，能够加深其对科学本质的认识，从而激发其未来继续从事科学事业的决心和责任感。

2.高水平的科学能力具有促进作用

研究发现，科学兴趣和科学能力之间相互联系、互相影响。积极的科学态度是科学能力发展的先导，同时，科学能力水平较高的学生更倾向具备积极的科学态度[7]。学生科学能力水平的高低会影响科学态度的形成，反过来，科学态度也会影响科学能力的发展水平。科学能力是个体在科学领域可能达到的成就，其发展相对比较稳定，不会受到短期环境变化的影响。

科学态度可能直接或间接地影响个体的科学行为反应。但是这种影响与科学能力是不同的，科学能力决定个体能否顺利完成某种任务，但是科学态度则决定个体的科学行为选择，即个体是否愿意完成某项任务。科学能力的形成除受先天因素影响外，后天学习也会起到补充作用。因此，高水平的科学能力对其科学态度与责任的形成具有促进作用。

3.观念、情感和价值观具有调节作用

科学观念是关于科学的基本认识，是科学概念和规律的提炼与升华。科学观念是影响科学态度形成的重要内在因素。情感是“人脑对客观现实与个人需要之间关系的一种反映，是对客观事物是否符合自己的需要而产生的主观体验”[8]。情感的强度会随着个体对客观事物的需要程度而相应变化。情感发生过程是人脑对于事物价值特性产生的感受和体验。学生对某个事物的情感会影响其科学态度的形成。价值观是个体看待客观事物以及评价事物所依据和凭借的观念系统，是个体判断客体价值大小及价值选择的依据，决定个体对客体的态度。价值观是一种判断和决策的准则，这种准则是事物或对象本身所具有的意义。因此，科学态度与责任的形成受到观念、情感和价值观的调节作用。

（二）外部因素

1.家庭教育具有奠基作用

研究发现，父母的科学态度会影响孩子的科学态度[9]。学生的科学态度受到家庭背景的直接影响，家庭经济条件、父母的受教育程度、父母是否从事与科学有关的职业、父母对科学学习的支持程度等等都会影响学生的科学态度。家庭经济地位会影响孩子的科学认同、学生的职业愿景和未来的职业选择。此外，大部分学生的科学启蒙认识主要来自家庭。父母的科学行为会影响孩子科学态度的形成。例如，父母经常在家里观看科技类电视节目、阅读科技类书籍、谈论科技话题等行为会在潜移默化中塑造孩子的科学态度与责任。

2.社会环境具有补充作用

社会环境对个体的整个生命过程都会产生影响，包括思想观念、风俗习惯、价值原则等无时无刻不在影响着个体的态度。社会环境中的科学教育具有种类丰富、环境开放以及布局分散等特点。虽然无法代替学校教育的重要地位，但是能够拓展学生视野，激发学生学习科学的兴趣，对学生科学态度与责任的形成起到了补充作用。场馆学习重视体验性，通过参观馆藏的各类实物标本，亲自动手实验操作等多感官的学习，使学生能够身临其境、自主探究、交流互动、激发学习科学的好奇心。社会环境对学生科学态度的影响是持久的，这种影响时时刻刻都在对学生产生作用，并且伴随他们的一生[10]。

3.学校课堂教学是培养的主渠道

学生科学态度培养的主渠道是科学课堂，学生的科学态度一定程度上反映了科学课堂的教学效果、价值取向和境界追求。研究发现，课堂气氛和学生的科学态度之间呈正相关[11]。因此，在教学中增加联系生活实际和现代前沿科技的内容，创设生动活泼的课堂氛围能够激发学生的学习热情，通过难度的适度调节让学生获得成功的喜悦，从而保持旺盛的好奇心和求知欲。此外，实验教学是培养学生科学态度的有效教学方法，实验教学中应引导学生如实记录数据、客观对待实验结果。研究发现，学生使用实验课程材料比使用传统的课程材料更容易拥有积极的科学态度[12]。直观有趣的科学实验能够激发学生对科学的好奇心，培养学生求实、理性、客观、质疑的科学态度。最后，科学教师也会影响学生的科学态度。科学教师是学校科学教育的主导者，学生可能因为喜欢科学教师而喜欢学习科学，进而产生未来从事科学职业的意愿。

三、物理课堂教学中科学态度与责任的培养路径

中学生科学态度与责任的培养可以从学校课堂教学和校外科学教育两个方面进行，其中，学校课堂教学是非常重要的培养途径。物理教学的内涵体现在以下几点：第一，物理教学是有明确目的指向的活动。教学的立足点是培养人，其主要目的是促进人的全面发展，并集中体现在学生物理学科核心素养的培养。第二，物理教学价值的实现以教学内容为依托。学生在教学中获得发展，主要是把教学内容内化为自身的知识、能力，进而提升态度和思想的过程。第三，物理教学活动需要师生双方的协同参与。教学中，师生之间民主平等，围绕教学内容展开对话与合作，相互启发、相互促进，共同进步[13]。在中学物理教学中，可以通过挖掘物理史料的丰富多样性、利用物理实验的直观形象性和展现物理教材的生动灵活性等方式来培养学生的科学态度与责任。

（一）挖掘物理史料的丰富多样性

物理学史是一门记载物理学知识、理论、方法的发生与发展的历史科学，它向人们展示了物理学的起源与发展历程。物理学的发展历程是由人类创造的，丰富多彩并且蕴藏着丰富的教育素材。物理学家们追求真理的历史能够帮助学生养成实事求是、不畏困难、坚持真理的科学态度，他们放弃国外的优渥待遇，回国为祖国建设效力的爱国情怀能够促进学生社会责任感的形成。科学探究需要经历漫长而艰辛的历程，物理教科书呈现给学生的物理理论、规律、实验装置等背后隐藏的是物理学家艰辛的奋斗史，他们对物理真理充满热情，不畏艰辛、执着探索的态度是宝贵的精神财富。学生走进物理学家的生活，感受物理知识的产生背景，接触科学家们的生活世界，体验物理学家曾经遇到了怎样的困难，如何面对困难，怎样去解决困难，这些内容能够激发学生的好奇心、体验科学探究的兴趣，提高其参与科学活动的积极性和责任感，培养其实事求是、严谨求实、勇于创新的科学态度。

在物理课堂教学中，充分挖掘丰富多彩的物理学史教学资源，能够培养学生积极的科学态度与责任。例如，《库仑定律》这节内容，在库伦扭秤实验之前，物理学家们对电荷相互作用大小的研究，包括富兰克林空罐实验、罗比逊杠杆实验和卡文迪什同心球实验。这些研究为后面库仑的探究奠定了基础[14]。《自由落体运动》这节内容，介绍自由落体运动得出历史过程以及伽利略的生平，他在提出理想斜面实验的时候，曾经历上百次实验才得出结论。物理学家们对真理探索的事迹有助于学生形成坚持不懈、严谨认真的科学态度。

（二）利用物理实验的直观形象性

物理是一门以实验为基础的学科，实验需要以相关的一些实验仪器以及科技的发展作为相应的支撑[15]。首先，新奇又有趣的物理实验现象十分符合中学生的年龄特点和认知需求，能够唤起他们的好奇心和求知欲。其次，物理实验需要科学地观察和操作，如实地记录物理现象和实验数据，这些有利于培养学生严谨求实的科学态度。最后，物理实验要求学生面对实验中遇到的困难能够迎难而上、积极探索，能够努力克服、坚持不懈。从某种程度上说，物理实验对学生科学态度与责任感的培养起到不可低估的促进作用[16]。

中学生的理性认识相对较弱，物理实验能够增强学生的感性认识，帮助学生对科学的理解从感性认识发展到理性认识，从而激发学生对科学的兴趣。在《动量守恒定律》这节内容中，可以设计并制作“水火箭”实验，为学生准备饮料瓶、双面胶、气门芯等生活中常见的材料，并完成“火箭”演示过程。在《位置变化快慢的描述——速度》的“测量纸带的平均速度和瞬时速度”这一实验，组织学生们分小组进行实验操作，体会到只有实事求是地记录实验数据，才能真实反映现象，通过小组实验，感受到科学研究过程中团队合作的重要性。通过物理实验激发学生对科学探究的兴趣，促进学生的观察和思考，培养其团队合作意识。

（三）展现物理教材的生动灵活性

教材是课程目标得以实现的重要载体，也是课堂教学的主要参考素材和凭介。最新人教版高中物理教材渗透了物理学史、物理前沿进展和STSE 等内容，有利于培养学生的科学态度与责任。2019 年人教新版高中物理教材和旧版（2004 年）人教版高中物理教材相比，教材对部分栏目进行了调整：第一，新增加拓展学习和科学方法栏目。拓展学习主要内容是知识拓展和延伸，主要供有条件的学校选用。科学方法主要是物理学中重要的科学思想、方法。第二，在STS 基础上增加了“环境”，变成STSE 栏目。STSE 栏目主要介绍和探讨科学、技术、社会、环境间相互关联的一些问题。融入与科学、技术、社会、环境相关的内容，增强学生在可持续发展活动中的责任感。第三，将“科学漫步”和“科学足迹”两个栏目合并为“科学漫步”。新“科学漫步”栏目主要介绍物理学史或前沿进展，开阔学生视野，激发其对科学的兴趣。这些调整更有助于培养学生积极的科学态度与责任感。

在物理教学中，教师应尽量将物理教材内容生动活泼地展现给学生，教材中的图片或者文字描述的情景尽量以实物、视频或者实验来具体呈现。例如，《生活中的圆周运动》这一节中介绍火车转弯、汽车过拱形桥、航天器中的失重现象等多个圆周运动案例，可通过视频直观展现。在《全反射》这节内容中，全反射的现象可以通过视频展示给学生。这样的形式能给学生留下更加深刻的印象，更有利于科学观念的形成和科学态度的培养。