摘要 世界观是指人在一定时期和位置之下看待与分析事物的方法和态度,是人对外界事物的看法和观点的整体认知。当前我们提出的科学世界观主要是指科学的马克思主义世界观,蕴含着辩
世界观是指人在一定时期和位置之下看待与分析事物的方法和态度,是人对外界事物的看法和观点的整体认知。当前我们提出的科学世界观主要是指科学的马克思主义世界观,蕴含着辩证唯物主义思想,强调世界是由物质组成的,客观世界的事物处在不断的发展变化中,并不是恒定不变的。但是,科学不是绝对真理。科学只是给我们提供了目前对世界认识的最大已知,我们依赖科学认识自然,获得技术、应用技术。然而,科学是不确定的,它是对自然本质最接近的解释;科学理论的建立往往要通过猜想、假设、理想化形成结论。追溯科学发展的历史,当科学有更奏效的发现时,科学会毫不犹豫地修改或抛弃旧理论。因此,科学思想的本质是质疑和批判,而依赖科学形成的世界观也必将随科学的发展而更新。物理核心素养是指学生通过系统的物理学习形成的素质和能力,对学生未来的学习、个人发展以及世界观的形成至关重要。
一、物理核心素养与科学世界观的关联性
当前我国物理学科核心素养的内容主要包括以下四点:物理观念、科学探究、科学思维和科学态度与责任。这四点与科学世界观是相辅相成、有机融合的,教师在教学过程中应对这几方面做到统筹兼顾。物理观念是指学生通过系统的理论学习而形成的对于物理知识的理解和认识,主要包括时间和空间概念、对于物质内涵的理解、对于运动的理解和认识、对于能量的理解和对于相互作用的理解。科学探究是学生在学习过程中养成的探索未知事物的能力,主要包括以下几个步骤:通过观察提出问题、结合所学知识对已有的问题做出合理的假设、通过实验或者模拟方法对做出的假设进行科学检验、之后结合检验结果对所提出的假设进行修正和完善。科学思维是指在不断的学习过程中形成的逻辑思维和思考能力,运用自己已有的科学知识体系对外界事物进行合理的分析和归纳,是学习和实践活动的成果。科学态度与责任是指在科学活动和学术研究中逐步形成的科学研究态度和社会责任感,科学态度主要包括对科学定理的理解和学术伦理问题的认识与思考等,科学责任是指在科学研究过程中培养的学术责任与担当意识,学生不仅应该掌握知识,更应该培养使命感与责任担当,才能成为未来发展的栋梁之材。物理核心素养体现了对事物本质认识、科学探索所秉承的基本观点。只有形成物理核心素养,才能形成现代科学的世界观。
二、经典物理学背景下的科学世界观
1.物质结构观一直以来人们都在思考世界的本质,自然界中物质与意识的关系是哲学与科学研究的重点内容。经过无数先贤的思考和努力,最终形成了比较科学的物质结构管。物质是一种客观存在,自然界中的物质主要有两种存在形式,一种是实体,另一种是“场”。实体具有质量,与外部空间具有一定的界限;而场既看不见也摸不着,但它真实存在于客观空间中,常见的场有电场和磁场,场是实体之间相互作用发生的物质媒介。2.力与运动观自然界中所有的物质都处在不断地运动变化中,一直以来人们都在对力与运动的规律进行思考,力与运动观的形成离不开历代科学家的思考和努力。伽利略提出力是改变物体运动的原因,并不是维持物体运动的原因。牛顿指出在没有外力作用的情况之下,自然界中物体应处于静止状态或匀速直线运动状态,除非有外力对物体施加作用。物体在运动时的加速度与所受外力的总和成正比,与自身质量成反比。3.能量守恒观在一个已知的封闭系统中,能量的总和是一个固定的值,系统中的能量之间可以相互转换,如电能可以向热能转换、化学能可以向动能转换,但总能量不会发生改变。能量可以通过做工的方式产生,所有能量都有其来源,既不会凭空产生,也不会凭空消失。4.时空观时空观是关于时间和空间的基本理论,主要包括物理时空观、经典时空观以及相对论时空观等,其知识体系的形成经历了很长时间。经典时空观认为时间是绝对存在的,不能发生逆转,已经发生过的时间无法再追溯。空间则是物质存在的绝对形式,时间和空间都具有无限性。
三、现代物理学背景下的科学世界观
1.概率性随着人们对微观世界认识的不断深入,逐渐认识到有些事物的发生并不是绝对的,对微观世界进行研究时很大程度上与概率有关。概率是对于事件发生可能性大小的描述,是量子力学研究中的重要工具,在对微观粒子进行研究时,无法使用速度或者能量的概念进行描述。以电子运动状态为例,在某一时刻电子的位置是无法确定的,只能以概率密度的方式来描述,也就是我们常说的电子云。2.不确定性微观世界与宏观世界不同,在对微观粒子进行研究时有很大的不确定性,人们无法获得该粒子的位置信息和速度信息。位置变化的程度与速度变化的程度相反,一个变化大则另一个变化小,无法同时获得关于微粒空间位置和运动速度的准确信息,微观粒子的不确定性是其内在特性。3.关联性现代物理学认为自然界中存在的物质之间必然存在着一定的联系,自然界中的任何物体都无法独立存在,必然存在着一定的联系,发生关联的方式可以是物质交换或者是能量交换。物理学中许多变量之间都存在着一定的联系,比如加速度的大小会影响速度变化的快慢,力的大小会影响加速度的大小。
四、物理核心素养下科学世界观形成策略
1.现代物理物理知识的普及为了使学生形成基本的科学世界观,教师在教学过程中应该向学生讲解必备的基本物理知识,如法拉第电磁感应定律、开普勒三大定律、牛顿经典力学三定律、能量守恒定律。除了解基本的物理知识之外,还应向学生普及未来物理学发展的趋势和动态,如相对论、量子力学、纳米学、天文学和宇宙学等知识,帮助学生了解最前沿的科学发展动态,避免学生受到社会不正当舆论的影响而发生迷失。2.注重学生科学精神和作风的培养科学精神是科学文化的重要内容,主要包括学科在发展中所形成的优良传统、对科学实际的认知方式、行为规范和价值取向等。科学来源于实践,自然界中所有重大发现都离不开实践探索。教师应重视对学生实践能力的培养,激发学生的好奇心和求知欲,重视物理学习中实验课相关内容的教学,鼓励学生积极探索。实践验证不仅可以加深对知识的理解,还能帮助学生培养科学精神。批判和质疑精神是科学精神的主要内容,但当前教育体系中对批判思维相关的教学内容不够重视,学生很少主动质疑。为培养学生的批判性思维,教师应鼓励学生多对问题进行思考和评估,有疑问的地方应主动和老师探讨,鼓励敢于挑战权威、质疑权威。3.注重现代科学思维知识思想的教育物理学是一门研究自然科学和真理的学科,其科学真理和定律中蕴含着唯物辩证主义的思想内容,教师在日常教学中应逐渐渗透唯物主义思想观点理论,帮助学生了解唯物主义价值观。在教学时教师应从宏观和微观两个方面进行分析,不仅我们肉眼可见的物体是由物质组成的,许多肉眼不可见的微观粒子也是物质。物质是一种客观存在,电场和磁场等人们无法通过肉眼或者其他设备看见的场也是物质。对物质结构观的教学应拓展到现代物理学关于物质结构的“标准模型”:世界是由61种基本粒子构成,除万有引力没有对应的粒子外,其他都与“标准模型”提供的粒子相对应;经典动力学适应于宏观低速物体,微观粒子不满足经典动力学方程。例如,无法用牛顿力学解释光子发射是瞬间的、光子以光速运动、光速不变等问题;而能量守恒不仅在宏观领域成立,微观世界同样遵循能量守恒。
五、结束语
新时代对人才提出了新的要求,在物理教学中要立足相关部门所提出的物理核心素养对学生进行科学世界观的教育。随着科技的发展,人们对世界本质的认识发展有了巨大的变化,特别是相对论、量子力学的建立,人们对世界的认识有了巨大的变化,物理教学在帮助学生形成具有现代科学世界观的过程中要发挥至关重要的作用。
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《物理核心素养及科学世界观形成策略》来源:《当代教育实践与教学研究》,作者:吕建平
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