高中物理教学中科学本质教育的现状与建议——基于对一线教师的调查研究，本文主要内容关键词为：调查研究论文,本质论文,高中物理论文,现状论文,建议论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、引言
科学素养是当今各国基础教育领域理科教育的中心概念，[1]适当理解科学本质(nature of science)是科学素养的核心成分之一。[2](2)很多国家和地区的课程标准中都明确提出了认识科学本质的要求，科学本质教育的研究也逐渐成为近年来科学教育研究的热点问题之一。研究主要集中在科学本质含义和教育价值、教师和学生科学本质观、科学本质教学策略等几个方面。
基础科学教育领域对科学本质的理解主要包括：(1)科学知识的本质，如建构性、逻辑一致性、可预测性、条件性、暂定性、实证性等；(2)科学探究的本质，如科学与提出问题、假设与预测、数据的分析与解释、科学方法的多样性、科学的主观性、科学的创造性等；(3)科学事业的本质，包括对科学事业和科学家的认识、科学·技术·社会关系的认识等。科学本质教育对学生认知、能力和情意等方面的发展具有重要的促进作用，正确的科学本质观有助于学生科学素养的整体提高。但研究表明，无论教师还是学生的科学本质观都不容乐观，为此，研究者们开发了很多教学策略或课程以提高教师和学生的科学本质观，主要包括：科学探究的策略、科学史的策略、科学方法课程、做中学等，这些策略分为内隐和外显两种，二者的区别主要在于外显途径需明白地指出科学本质的成分。其中科学探究和科学史策略是科学本质教育的最重要的两种方式。
2003年我国颁布的《普通高中物理课程标准（实验）》指出：高中物理旨在进一步提高学生的科学素养，在课程性质、课程基本理念、课程目标、内容标准中都隐含着科学本质教育的内容。但由于未明确提出科学本质的概念，无论在物理教学中还是在物理教育研究领域都没有给予科学本质教育应有的重视。
虽然国内关于科学本质教育的研究已初步展开，但无论研究内容还是研究方法都还处在对国外研究的模仿阶段，要想使科学本质教育的研究更符合我国物理教育的实际情况，必须了解其实施现状，这是科学本质教育本土化的基础和前提。
二、研究内容与方法
（一）研究内容与样本情况
我们对73名来自全国14个省市的高中物理教师实施问卷调查，了解他们对科学本质教育必要性的认识，在教学中介绍的科学本质相关的内容、使用的策略、对物理教材中科学本质教育因素的挖掘以及实施中遇到的困难等，从而获得我国高中物理教学中科学本质教育的现状。
需要说明的是，由于研究样本中绝大部分教师具备本科及以上学历，且有63.0%来自市重点或省重点学校，30.1%为高级或特级教师。整体来说，参与调查的教师比较优秀，关于物理教学中科学本质教育的调查结果会高于全国平均水平（见表1）。
表1 研究样本基本情况
（二）数据的收集与处理
本研究共发放问卷77份，回收73份，回收率94.8%，有效问卷73份。使用SPSS软件进行数据分析与处理。根据题型不同，方法略有差异。
对于排序题，我们使用一个简单的数学模型，给每个选项所在的位置赋值。排在最后位置的选项，赋值为1；排倒数第二位的选项，赋值为2；依次递增，分差为1；排在第一位的赋值最高。然后计算出该选项的总分，最后按照分值的大小，对各个选项进行排序，得出总体的趋势，即教师的普遍看法。
对于选择题，无论教师是单选还是多选，只按选择该项的人次进行统计，最后折合成百分比，因此有些选项的人次比总合可能大于100%。
三、研究结果与分析
（一）大部分教师意识到物理教学中进行科学本质教育的必要性，但对科学本质教育的地位与价值的认识不足
调查表明，大部分教师认为有必要在教学中进行科学本质教育，只有19.1%的教师认为科学本质问题太抽象，对于中学生来说，只要理解一些科学知识，会用简单的科学方法就够了。
对教师为什么引入科学本质相关内容采用排序题进行调查，分值越高表示教师对其关注度越高。调查发现，排在前三位的分别是领会物理学基本思想和观念，提高物理学习兴趣，加深对物理概念和规律的理解，得分明显高于其他选项，且三者的分值差距也较大；认识科学、技术、社会的互动关系得分远低于其他选项（见图1）。此外，还有教师认为进行科学本质教育是为了提高理解知识的效率或拓宽知识面。这表明，教师对科学本质教育的价值认识不足，较重视对知识目标实现的价值。
图1 高中教师对进行科学本质教育目的的认识
笔者认为，教师一方面受学科本位思想的影响，重视科学知识目标，将科学本质教育作为提高学生物理学习兴趣和知识学习效果的途径；另一方面受新课程的影响，较重视科学探究目标，但对新课程所倡导的其他教育理论和理念（如STS教育）还缺乏足够的认识。
（二）对科学本质教育的三方面内容，在教学中教师介绍最多的是科学探究的本质，其次是科学知识的本质，而对科学事业的本质涉及最少
对教师在教学中会介绍哪些科学本质相关内容的调查同样采用排序题形式，分值越高表明教师介绍该内容的频率越高。调查发现，科学探究本质的两个选项（即科学探究过程和科学研究方法）得分远高于其他选项，且科学研究方法分值更高；科学知识本质的两个选项处于第二分数段，且分值差距不大；科学事业本质的选项大都处于第三分数段，其中对科学家的认识得分明显高于对科学·技术·社会关系的认识和对科学事业的认识（见图2）。
图2 高中教师介绍的科学本质教育内容
（三）教师对物理教材中蕴含的科学本质教育因素虽有所体会，但他们更多的从知识传授或科学方法教育的角度认识和开展教学
高中物理教材中包含着大量的物理学史素材，蕴含着丰富的科学本质教育因素。本研究选择牛顿第一定律、电磁感应定律、相对论、原子结构模型等四部分内容，设置问题情境，了解教师对蕴含其中的科学本质教育因素的认识和处理。调查发现，教师对于物理教材中蕴含的科学本质教育因素虽有所体会，但他们更多的从知识传授或科学方法教育的角度认识和开展教学。
以牛顿第一定律为例，高中教材在本节正文部分穿插介绍了该定律的发现过程。调查显示，尽管68.5%的教师认为结合物理学史进行科学方法和科学观教育比定律本身更重要，①但相比其他观点的赞同度要低，且有16.4%的教师持反对态度。赞同物理学史也是学生应该学习和了解的内容的教师最多，达到89.0%；而从增强教材的趣味性和可读性角度认识物理学史功能的教师最少（见表2）。对该段物理学史材料的教学处理的调查显示，大部分教师(57.5%)会结合教材中物理学史材料讲解定律内容，并简单介绍建立定律的科学方法，只有24.7%的教师表示会深入挖掘科学史材料所蕴含的科学方法或科学本质教育因素，帮助学生形成正确的科学观；但仍有32.9%的教师表示教学中只讲解定律本身（见图3）。
图3 教师对教材中的牛顿第一定律物理学史的教学处理
笔者认为，教师对物理学史的认识和处理在很大程度上会受到教材编排和处理的影响，为了使教师在备课和教学中对教材所蕴含的科学本质教育因素有明晰的认识，需要教材的编写者明确考虑科学本质教育，并适当采用显性处理。
（四）物理学史和科学探究是教师进行科学本质教育时常用的教学策略，但大部分教师对显性与反思性策略持保守态度
对教师进行科学本质教育时常用的教学策略的调查也采用排序题形式，分值越高表明教师使用该策略的频率越高。调查发现，教师最常用是物理学史和科学探究两种，且更重视物理学史的策略，这两项的得分远高于其他选项；处于第二分数段的是组织学生对科学相关的问题或事件进行讨论，给学生补充科学本质相关信息（如科学方法等）；通过布置作业和利用社会教育资源（如参观科技场馆和与科学家进行交流）的方式进行科学本质教育，得分最低（见图4）。
图4 高中物理教师常采用的科学本质教学方式
调查还发现，61.6%的教师认为学生在知识学习过程中自然会获得对科学本质的认识，不用教师特意强调；49.3%认为学生通过了解物理学史或经历科学探究，可自然获得对科学本质的认识。只有24.7%的教师认为需采取显性的策略（如组织学生对相关问题进行讨论），帮助学生提高对科学本质的认识。
（五）科学本质教育的实施情况并不理想，教师认为造成这种情况的原因主要是教育资源和材料的缺乏
调查发现，只有24.7%的教师表示在乎时教学中经常进行科学本质教育，58.9%表示偶尔会进行，表示极少或根本不会进行科学本质教育的分别为12.3%和4.1%。这表明，大部分教师虽然认识到科学本质教育的必要性，但实施情况并不理想。
对科学本质教育实施的困难的调查采用排序题形式，分值越高表示教师认为该项的影响越大。结果显示，大部分教师认为影响主要来自教育资源或材料的缺乏；其次是教学策略和科学本质教育知识的欠缺；对课程标准及分科课程的考虑是赋值最低的，说明物理课程标准和分科课程模式并不是影响科学本质教育实施困难的主要原因（见图5）。
图5 高中教师对科学本质教育实施困难的看法
四、反思与建议
（一）课程标准应明确科学本质教育目标，提高教师进行科学本质教育的意识
课程标准在整个课程改革中扮演重要角色，发挥重要作用，它是教材、教学和评价的基本依据。因此，物理课程标准中对科学本质教育的要求直接影响着物理教学中科学本质教育的实施。为使科学本质教育切切实实走入课堂，需要我们充分发挥课程标准的重要作用，依据现代科学教育观念和相关研究成果，对科学本质教育提出明确的目标和要求。
（二）教科书编写应注意体现科学本质教育内容，为教师提供最基本的科学本质教育资源
科学本质教育实施的困难之一是教育资源的缺乏。教科书作为一种最基本、最重要的教育资源，其对科学本质教育的重视程度和体现方式都会明显影响教学中科学本质教育的实施，因此应该特别重视教科书的编写。对此提出以下建议。
首先，以当代科学本质观为指导组织和呈现教科书内容，将科学本质教育潜移默化地渗透于整部教科书中，这是隐性的科学本质教育。同时，选择某些典型的内容（如牛顿第一定律、原子结构模型等），采用显性处理，如以小栏目或注释的形式揭示隐含的科学本质教育内容；或提出与科学本质教育有关的问题，引发学生思考。人民教育出版社《普通高中课程标准实验教科书·物理（选修3-2）》对“电磁感应定律”的处理具有一定的启发作用：在第一节“划时代的发现”中，不仅详细介绍了物理学史上电磁感应现象的发现过程，而且明确了科学本质教育的内容，并给学生提出如下的思考问题：“(1)科学家对自然现象、自然规律的某些‘信念’，在科学发现中起着重要作用吗？(2)教科书、科学论文等，是不是应该把科学发现中的失败与挫折也表现出来？”[3]
（三）教师教育应增加科学本质及其教育的内容，并采用外显的方法或课程，提高教师挖掘科学本质教育内容及实施科学本质教育的能力
教师的科学本质教育观念和教学行为都在一定程度上受到其科学本质观的影响，正确的科学本质观是进行科学本质教学的必要条件，而非充分条件。[4]为了帮助教师在教学中有效开展科学本质教育，在教师教育中，不仅要丰富教师对科学本质及其教育的认识，而且要使他们学会挖掘科学本质教育的因素，并扩展科学本质教育的教学策略。
提高和发展教师的科学本质观及其教学行为的方法或课程主要有内隐和外显两大类，二者的区别主要在于外显途径需明白地指出科学本质教育的成分。研究表明，利用科学过程技能教学或科学探究活动的隐性方法对于改进教师的科学本质观没有显著性效果，而采用显性的方法引入科学本质，提供多种机会反思科学本质，有利于促进教师科学本质观的发展。[2](34)，因此，在教师教育的方式上要采用外显的策略，为教师提供多种机会反思科学本质及其教育。
总之，目前我国高中物理教学中科学本质教育的实施现状并不理想，我们需要在课程标准、教材开发、教师教育等方面采取必要的措施，不断提高教师进行科学本质教育的意识，并发展他们关于科学本质教育的知识和教学技能，充分发挥科学本质教育对推进我国高中物理课程改革，提高学生科学素养的功能。