体验式教学架构下科学态度与责任的培养

摘要：经过研究分析，厘清科学态度与责任素养的内涵，包括三种要素及九项要点。依托体验式教学的感知体验、论证体验、构建体验、验证体验四个环节，通过创设情境、实验探究、升华观念、置于实践四种方式，构建体验式教学架构下科学态度与责任的培养策略。

关键词：科学态度与责任;体验式教学;高中物理

本文系广东省中小学“百千万人才培养工程”专项科研项目课题“高中物理体验式教学课内外一体化模式的研究”（批准号：BQW2021JGL026）的阶段性研究成果。科学态度与责任是物理学科核心素养的重要维度，是物理观念、科学思维和科学探究的归属和内核。但受各种因素的影响，当前教学中对科学态度与责任的培养并不理想。因此，厘清科学态度与责任的内涵，寻找一种合适的教学模式并依托该模式展开有效的策略构建，对于科学态度与责任的培养有着重要的实践意义。

一、科学态度与责任素养要素分析

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《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。中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020：5。由此可知，科学态度与责任包含了科学本质、科学态度、社会责任三种要素。

（一）科学本质

科学本质的含义并未在学术界达成共识。当前较为主流的见解有以下两种：一种是以基亚佩塔（Chiappetta）为代表的科学知识论，主张科学本质是通过科学思维所构建的观念体系;另一种是以李德曼（Lederman）为代表的科学认知论，认为科学本质是科学知识发展过程中所固有的价值和信念。张雪，张静，姚建欣.物理教科书中科学本质表征变迁研究[J].全球教育展望，2020（7）：106118。据此，我们可认为科学本质包含观念体系、信念、价值等三个要点。

（二）科学态度

科学态度由柯蒂斯（Curtis）于1926年首次引入科学教育领域，自此，大量学者对科学态度展开研究。1975年，加纳德（Gardner）把科学态度分为“科学的态度”和“对科学的态度”，随后逐渐被广大学者所接受。“科学的态度”是科学家在科学工作中呈现出来的心理品质，如严谨认真、实事求是等;“对科学的态度”是个体在科学研究活动中的情感表现，如积极进取等。魏晓东.国外科学态度测评研究进展与启示[J].外国中小学教育，2019（11）：2028。据此，我们可认为科学态度包含严谨认真、实事求是、积极进取等三个要点。

（三）社会责任

社会责任是社会对个体发展的要求和指向，以明晰个体对他人、家庭、集体、国家和社会所应具备的担当与贡献。黄四林，林崇德.社会责任素养的内涵与结构[J].北京师范大学学报（社会科学版），2010（1）：2733。关于社会责任的内涵，各国都展开了深入的研究：美国认为公民在生活和职业社交中，应遵守各种道德规范;芬兰要求增强学生对环境和人类健康做贡献的意识和行为;日本则明确人类对社会可持续发展方面的责任和意识。据此，我们可认为社会责任包含遵守道德规范、保护环境、推动可持续发展等三个要点。

由此，我们得到科学态度与责任素养的三种要素及九项要点。

二、体验式教学的含义与架构

《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》指出：“积极探索基于情境、问题导向的互动式、启发式、探究式、体验式等课堂教学。”其中，互动式、启发式、探究式教学的研究起步较早，国内外已取得较为丰硕的成果。而体验式教学首次出现在国家级文件中，相关研究均处于起步阶段，具有较大的研究空间。综合多方面文献，笔者以为，体验式教学是教师依据课程标准，深入分析学生已有认知，创造接近实际生活的教学情境，让学生亲历知识的再创造过程，从中获得感知体验、论证体验、构建体验和验证体验，进而构建观念、发展能力、形成价值观的一种教学观和教学策略。周伟波.以体验式教学促进物理观念的构建[J].课程·教材·教法，2020（6）：110115。其组成架构如图1所示。

三、体验式教学架构下科学态度与责任的培养策略

（一）创设情境，以感知体验开启培养之旅

感知体验是学习者通过视觉、听觉、触觉等多维度感官接收外界刺激，并把这些刺激经神经系统传输到大脑，由大脑进行信息加工的一系列过程。感知体验包含创设情境、获取感知、提出问题三个步骤。情境为感知体验的萌发场域，是课程标准、教材与学生认知相融下多种情况或场景的相对结合;提出问题是感知体验的目标指向，是外界信息与内部认知发生冲突时呈现的一种合理诉求;获取感知是创设情境和提出问题这两个步骤的连接桥梁，是主客体之间的逻辑对应。

以“牛顿第二定律”的教学为例，依据《课标》“通过实验，探究物体运动的加速度与受力、质量的关系”和学生关于“力、质量以及运动快慢”的生活认知，创设“操场中推汽车”的情境。学生现场体验“同一辆车不同推力”以及“同一推力不同车辆”时汽车的速度改变情况，由此获取视觉、触觉以及动觉等多维度的感知体验，最终形成“物体的加速度与力、质量的关系”的探究问题，从而开启科学态度与责任的培养之旅。

（二）实验探究，以论证体验渗透科学态度

论证体验是学生基于证据通过推理以证明观点的亲历过程。论证体验包含提出猜想、分析推理和形成观点三个步骤。实验探究是这些过程的重要载体，也是科学态度的集中表现。首先，引導学生根据感知体验中的探究问题提出猜想;其次，展开方案的设计、实施以及数据的收集;最后，依据收集的证据（数据、现象等）实施个人层面的分析推理。这些都需要学生严肃认真的科学态度。最后，在社会（同伴）层面的交流协商中形成团队观点，当中不同观点间的争论、修正则是实事求是的重要体现。而整个论证体验过程，时刻洋溢着学生积极进取的气息和勇气。

例如，对于“物体的加速度与力、质量的关系”的探究问题，学生首先提出“同一物体，力越大，加速度越大;同一外力，质量越小，加速度越大”的猜想。接着，用小车（含砝码）、打点计时器、沙桶（含沙）等器材，设计“m不变，研究a与F的关系”和“F不变，研究a与m的关系”两种实验方案并进行实验操作，获取实验数据。然后，基于所获数据建立aF图像和a1m图像并分析推理，得出函数关系。其中，“平衡摩擦力”“沙和沙桶重力远小于小车重力”“描点连线作图”等细节步骤，需要学生时刻保持严谨认真的科学态度。最后，社会层面的观点交流中，“摩擦力平衡不足或过度”“沙和沙桶重力因逐渐增大而不满足远小于小车重力”等引起的图像差异，将促使学生作出修正并逐步形成团队观点，这些都是实事求是的科学态度的精彩呈现。当然，“方案设计—方案实施—数据获取—数据分析—协商修正—形成观点”的历程中，积极进取的科学态度外显其中。

（三）升华观念，以构建体验彰显科学本质

构建体验是指学生在团队观点的基础上，通过纵横各种知识脉络和情感因素实现观念构建、信念铸造、价值彰显的体验过程。可以看出，构建体验包含构建观念、铸造信念、彰显价值三个步骤。物理观念的构建需要学生经历“团队观点—概念规律—核心概念—物理观念”的进阶历程：概念规律是团队观点更为科学严谨的表述，核心概念是若干个概念规律的提炼，物理观念则为多种核心概念的升华。铸造信念源于物理观念构建后，主体因具有审视物理世界与真实世界内在联系的关键能力而产生的一种改造自然界的信心和理念。价值则彰显于学生从情境感知到物理观念构建的一系列进阶过程，是学生从彷徨的认知冲突到明晰的观念构建历程中所呈现的一种科学本质的获得。

例如，学生依据团队观点a∝F、a∝1m得出a=kFm，再结合k=1的国际单位约定，推导出牛顿第二定律的数学表达式F=ma，并以严谨的文字加以描述。在之后的学习中，牛顿第二定律关联动量定理和动能定理提炼为“力与运动”的核心概念，再与“相互作用力”的核心概念（由基本力、常见力、牛顿第三定律提炼）、“运动”的核心概念（由微观运动、中观运动、宏观运动提炼），一起升华为“运动与相互作用”的物理观念。观念构建以后，学生的头脑将展现系统的学科图景，由此获得运用“运动与相互作用”观念解决生活实际问题的信念，并在“运动与相互作用”观念构建过程中获取实验探究（包括方案设计、实施与分析）、思维方法（如控制变量法、归纳法）等科学本质的认知价值。

（四）置于实践，以验证体验培养社会责任

验证体验是把已构建的观念置于生活实践以期检验和证实的过程。创设应用情境是验证体验的首要条件。应用情境不同于感知体验中的探究情境，它是探究情境的深化和进阶，旨在考查学生在新情境中解决新问题的思维能力和实践能力。应用情境的创设应与“科技·技术·社会·环境”紧密结合，注重在观念的应用和迁移中培养学生遵守道德规范、保护环境并推动可持续发展的社会责任感。验证体验一般会出现两种结果：一种是已构建的观念得以应用、问题得以解决，体验式教学到此结束;另一种是问题不能顺利解决、已构建的观念需要修正，由此开启下一轮的体验式教学。因此，体验式教学不是一种终结式的环节教学，而是一种螺旋上升式的循环教学，科学态度与责任的培养也会随之进入二次甚至多次深化阶段。

例如，学生在构建“运动与相互作用”观念后，教师可以创设“司机醉酒驾车”的情境，在已知行人到汽车的距离、汽车初速度、司机反应时间、汽车（含司机）的质量、刹车时汽车所受阻力的条件下，要求学生判断司机醉驾时汽车是否会撞到行人，合理渗透汽车安全驾驶等道德规范。教师还可以创设“利用无人机展开环境探测和投放货物”的真实情境，在已知无人机的质量、上升动力、竖直上升的时间和位移的条件下，要求学生求解无人机上升过程中所受的阻力大小。这样的情境，通过“运动与相互作用”观念的应用，可以培養学生保护环境以及通过新技术促进人类社会可持续发展的社会责任感。当然，若学生在上述两个情境中不能顺利实现“运动与相互作用”观念的应用，教师则需根据学生在解决问题过程中的“疑惑之处”有针对性地再次（甚至多次）开展体验式教学。