单元视域下科学精神培养的初中物理教学设计

摘 要：科学精神包括理性思维、批判质疑、勇于探究等基本要点.本文以“电与磁”一章为例，通过单元知识序设计，培养学生理性思维;通过单元问题链设计，鼓励学生批判质疑;通过单元探究题设计，促进学生勇于探究.培养学生的科学精神，促进物理学科核心素养的落实.

关键词：科学精神;初中物理;单元;教学设计

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）20-0009-03

基金项目：2021年浙江省教研重点课题“双向·双核·双维：指向深度教学的初中科学单元设计研究”（ 项目编号：Z2021022）.

作者简介：王雄（1977-），男，浙江嘉兴人，本科，中学高级教师，研究方向：中学物理教研工作、初中物理“理性思维”教育.

1 单元视域下初中物理科学精神培养存在的问题

科学精神是人类科学探索经验和教训的凝结.是科学的灵魂与核心，它使科学具有理论的普遍性、结果的可检验性、逻辑的严密性、构造的简单性以及价值的多重性等宝贵品格[1].科学精神主要包括理性思维、批判质疑、勇于探究等基本要素[2]，是六大核心素养之一.《义务教育物理课程标准（2011年版）》提出：物理课程要让学生学习初步的物理知识与技能，经历基本的科学探究过程，受到科学态度和科学精神的熏陶，促进学生全面发展[3].由此可见，培养学生科学精神具有重要意义.但在日常教学中，教师往往重视物理知识与技能的教学，而忽视科学精神的熏陶.具体而言，存在以下问题：

学习知识浅表化，科学精神培养趋隐形化.当前的物理教学设计比较关注知识本身，较少关注知识中蕴含科学精神的挖掘，未将知识、方法、精神的培养视为物理教学的整体.再加上科学精神本身具有内隐性，在“遮蔽”的知识中，科学精神难培养.

学习参与表面化，科学精神培养趋静态化.科学精神形成于学生在深刻参与物理活动过程中的批判与质疑.但在现实课堂中，学生学习被动接受多，主动思考少;模仿操作多，深刻思考少;学生学习没有全心投入，在“静态”的思维中，科学精神难形成.

学习评价单一化，科学精神培养趋表层化.科学精神需要真实合作.但在现实课堂中，教师因为拥有评价权，完全掌握课堂方向，导致学生合作学习会出现“为合而合，合而不作”等问题，合作与学生精神世界缺少联接，在“单一”的评价中，科学精神难深刻.

这些问题，需要我们从教学设计与实践中进行破解.钟启泉教授认为：“基于核心素养的单元设计是撬动课堂转型的一个支点”[4].而单元学习因其具有整体性、相关性、系统性等特征[5]，这些特征与解决科学精神培养的问题相匹配.因此，我们尝试将单元设计思维与科学精神培养进行相互勾连，寻找初中物理科学精神培养的路径与策略.

2 单元视域下初中物理科学精神培养的设计

以“电与磁”一章为例，结合科学精神三个基本要点，通过形成单元知识序设计，培养学生理性思维;通过单元问题链设计，鼓励学生批判质疑;通过单元探究梯设计，促进学生勇于探究，培养学生的科学精神.

2.1 注重知识的内涵挖掘，构建单元知识序，促进理性思维，让科学精神从“隐性”到“显性”

理性思维是一种建立在证据和逻辑推理基础上的思维方式.《中国学生发展核心素养》對科学精神之理性思维的主要表现描述如下：崇尚真知;能理解和掌握基本的科学原理和方法;尊重事实和证据，有实证意识和严谨的求知态度;逻辑清晰，能运用科学的思维方式认识事物、解决问题、指导行为等[1].

理性是从一些信念到另一些信念的真达能力.所以，理性精神的核心是求真.求指“求取，探索”，真指“本原”[6].即探索本原、追求本原.物理教学中的求真指的是：学生针对经验事实，收集足够的证据，然后对收集的证据通过逻辑推理得出结论，判断观点正误，让他们学会从复杂的现象中拨开重重迷雾，探索物质的本质、属性、运行规律，让自然界呈现出它本原的样子.

案例1：

在《义务教育物理课程标准（2011年版）》中“电与磁”这一单元的学习主要有以下目标：（1）知道磁体周围存在磁场并能说出其证据.（2）通过实验认识通电导线周围存在磁场，知道通电螺线管周围磁场的特点.（3）通过实验认识通电导体在磁场中受力方向与磁场方向、电流方向有关.（4）通过实验了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件.

结合单元目标及教材目录，笔者从整体上把握单元结构，形成单元知识序.将“电与磁”分为三个部分.第一部分“磁现象 磁场”：介绍常见的磁体与磁场知识.第二部分“电生磁”：介绍奥斯特实验及其应用. 第三部分“磁生电”：介绍电磁感应现象及其应用.通过罗列核心知识，结合单元知识链，让理性思维显性化（见表1）.

在物理教学中，理性是科学知识的基石与灵魂，要培养学生的科学精神，首要就是培养他的理性精神.康德认为：人可能正确地从生活经验中得到知识，而从无序的生活经验到有序的知识，正是因为有理性的加工.在本案例中，笔者对单元目录进行分析，梳理单元核心知识点，形成单元知识逻辑序，并寻找知识背后所对应的“求真”元素.在这些过程中，学生独立思考、重视证据和逻辑推理的意识都会得到增强，有利于促进学生理性思维的发展，让科学精神培养从“隐性”走向“显性”.

2.2 注重探究的整体驱动，形成单元问题链，引发批判质疑，让科学精神从“静态”到“动态”

所谓质疑批判，是指人用一种非常缜密的怀疑态度看待各种事物和从事各种活动.《中国学生发展核心素养》对科学精神之批判质疑的主要表现描述如下：具有问题意识;能独立思考、独立判断;思维缜密，能多角度、辩证地分析问题，做出选择和决定等[1].在物理教学中，教师通过问题驱动与串联，引发学生的自我认知冲突，在分析论证中逐渐纠正错误，可以培养学生的批判质疑精神.

案例2：“磁场”部分的问题链设计如图1所示.

我们通过“指南针为什么能指南北？”这个熟悉但不一定熟知的生活情景问题引入，能很好激发学生的学习兴趣;通过4个连续性的问题，串联有关磁极、磁场、磁感线等核心知识，通过问题驱动，引导学生从感性走向理性.而“地磁场有哪些特征？”的设计作为学习支架，将学生的思维引回到核心问题上，最终指向核心问题的解决.这样问题链的设计不仅串联核心知识，更重要的是串联学生的思维，有利于学生科学思维的培养.

“电磁转换”部分的问题链对比设计如图2所示.

从单元整体的设计视角，进行对比设计，从电动机、发电机的现实情景引入，以“电与磁之间是如何转换？如何设计实验？如何观察与测量其磁场特点？”为问题链.通过现实情景—设计实验—电磁转换的相互运用和问题链，加强科学探究中要素“设计实验”的培养.突出科学探究的“实践证据与科学论证”.另一方面基于“自然界中各种自然现象之间应该存在着相互联系”思想，通过“电生磁”推理“磁生电”.这种思维方法与探究设计有利于学生进一步形成“世界是由物质构成的，物质之间是相互联系的”物理观念.

波普尔指出“质疑”是科学精神的核心，没有质疑就没有批判.在本案例中，笔者基于单元设计视角，通过问题链的设计，驱动单元的整体探究，从而让学生经历真实的批判质疑过程;让学生初步形成“我爱我师，我尤爱真理”的批判质疑精神，让科学精神从“静态”到“动态”.

2.3 注重合作的深度学习，架单元探究梯，导向勇于探究，让科学精神从“平面”到“立体”

探究是人在遇到问题时产生的一种探求答案的欲望和伴随而来的一系列思维和行为方式 .《中国学生发展核心素养》对科学精神之勇于探究的主要表现描述如下：具有好奇心和想象力;能不畏困难，有坚持不懈的探索精神;能大胆尝试，积极寻求有效的问题解决方法等[1].在物理教学中，教师应当针对学生的疑难困惑刨根问底，引导学生设计实验探究，使得学生在合作中形成多元路径、多条思路与多种可能，拓宽学生思维，可以培养学生勇于探究的精神.

案例3：

从单元视域下，“电磁感应”这一节是本单元核心，能很好地培养学生理性思维、质疑能力、探究精神.在“电磁感应”教学设计中，为了突破电磁感应现象实验设计的难点、突出勇于探究的要素，我们把实验过程分为三大模块：一是“线圈的一侧在磁场中静止时”的三种情况.二是“线圈的一侧在磁场中运动时”的三种情况.三是“导线静止而磁体运动时”的三种情况.并进行不同层次的设计（见表2-4）.三个小组进行实验并交流分享，形成九种情况，得出实验结论.

苏霍姆林斯基说过：“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，就是希望自己是发现者、研究者、探索者.”在本案例中，教师引导学生将总实验分解成子实验，通过不同层次的设计，让探究过程形成阶梯式上升，让探究不断深入.在这个过程中，引导学生自主设计实验方案和实验记录表，通过表格的分类与梳理，通过小组合作实施，让学生人人参与.在“参与式学习”中，体验探究者的角色，通过分工、合作促进学生勇于探究精神的养成，从而让科学精神从“平面”到“立体”.

3 单元视域下初中物理科学精神培养的关键点

物理教育是培养学生科学精神的重要场域，物理学科核心素养中的“科学态度与责任”也隐含科学精神培养的要求.就课堂教学而言，科学精神的培养还要注意三个结合.

真实情景+核心问题结合.科学精神的培养以问题为支架，以情境为载体，突出问题与情景的匹配，突出情景与问题的整合，以科学探究活动为明线，以实验为抓手，以科学精神教育为暗线，学生核心素养的培养才能得以落实.

学生主体+教师主导结合.科学精神的培养主体是学生，这一点毋庸置疑，所以我们在设计过程中要加入学生提问、探究、实践;但同时，这一过程也离不开教师的主导作用，教师通过精心设计、精准预见、精彩准备，为科学精神的落实保驾护航.

科学精神+人文精神结合.科学精神和人文精神都是人类精神的内在组成部分，单独强调一方面不可能建构完整的人类精神世界.所以在教学设计中，教师要关注科学与人文的结合，让核心素养在科学精神与人文精神的融合中形成.

参考文献：

[1]张会亮.我国科学教育政策的梳理分析[J].科普研究，2017，12（04）：77-82+88+108-109.

[2]吴建鹏.大概念视角下高中物理大单元教学建构与设计——以“牛顿运动定律”教学为例[J].中学物理教学参考，2021，50（11）：25-27.

[3]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.

[4]钟启泉.单元设计：撬动课堂转型的一个支点[J].教育发展研究，2015，35（24）：1-5.

[5]杨思锋.单元教学设计——以人民教育出版社版《物理》（九年級）“电与磁”一章的教学为例[J].物理教学，2020，42（10）：37-41.

[6]潘苏东，童大振，汪大勇.中学物理单元教学设计流程的探讨[J].物理教师，2021，42（04）：11-13+17.

（收稿日期：2021-07-09）