陈佳丽　孙艺峰　董鸿飞　吕立君　张进富

摘 要：核心素养的提出标志着我国对教育顶层设计的重新规划，对新时代中国特色社会主义创新型人才的培养有着重要的指导作用。物理学科核心素养集中体现了物理学科的育人价值，普通高中物理课程标准对其在物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任四个维度上进行了说明。本文分别从物理学科核心素养的四个维度对科学精神的体现和影响进行讨论，挖掘物理学科核心素养中蕴含的科学精神，以期通过对学生物理学科核心素养的培养来改变我国大多数地区由于长期以来的应试教育带来的学生科学意识淡薄、科学素养低下等问题，通过理论分析为实践教学提供指导，从而为我国培养终身学习的创新型人才奠定坚实的基础。

关键词：物理学科核心素养，科学精神

中图分类号：G410  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2022）04-0103-04

1 引言

1.1 核心素养

核心素养的产生与时代的变革和科技的发展都密不可分，随着社会经济的发展，教育的内容也在相应的发生变化。在现代社会中，要求培养具有终身学习能力的人，让学生具有可持续发展的能力，对于成为能够独立应对社会迅速发展和变化的人所应该具备的素养将会越来越丰富，例如对语言的掌握、学习能力、掌握的信息、身心健康、实践能力、科学精神、人文风情等一系列的素养。这些素养是在遗传的基础上，通过后天的教育和培养生成的全面、立体的能力，随着人的发展以一种动态化的方式存在。核心素养是最为基本和关键的存在，核心素养在一个人的素养体系中联通其他素养的关键节点[1]。

1.2 物理学科核心素养

物理学科核心素养是指学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”和“科学态度与责任”[2]。而物理學科核心素养的四个方面并不是独立的，也不是独立进行的，这四个维度在教学的过程中是相互作用、有机结合和共同发展的，并且都带有鲜明的物理学科特性。现有学者研究表明，我们在物理教学过程中可以通过学生形成物理观念的过程来培养学生的科学思维能力和科学探究能力，在这个过程中发展学生对科学本质和STSE（科学·技术·社会·环境）的认知，帮助学生形成科学的情感态度和价值观。由此我们可以发现，物理核心素养集中体现了物理学科的教育价值，利用物理学科核心素养引领新一轮的课程、教材和教学的改革，这标志着我国物理课程体系的建设进入了一个新的发展阶段[3]。

2 物理学科核心素养中科学精神的体现及其影响

2.1 物理观念中科学精神的体现及其影响

2.1.1 物理观念中科学精神的体现

以整个人类社会对自然界的认识来说，正是物理观念不断变化、不断发展的过程，也是人们逐渐以科学的、理性的物理学观念发现问题和解决问题的过程。

（1）哥白尼提出日心说。哥白尼提出的日心说改变了人类对自然和自身的看法。当时罗马天主教廷认为他的日心说违反《圣经》，但是哥白尼仍坚信日心说，并且经过长年累月的观察和计算完成他的著作《天体运行论》。

（2）伽利略理想斜面实验。亚里士多德认为“凡运动的事物必然都有推动者在推着它进行运动”，但是力不可能一个接一个无限地追溯上去，所以他认定必然存在“第一推力”，也就是说他认定存在一种超自然的神力。然而伽利略通过“理想斜面实验”，认为如果小球和斜面系统的所有接触面都是光滑的，小球从斜面的某一高度静止滚下，由于球只受重力，便不会有阻力使其有能量损耗，那么它一定会到达另一斜面的相同高度，另外如果把斜面放平缓，小球同样会到达另一斜面的相同高度。之后他又对此进行了科学推理，即把另一个斜面放平成水平面，那么小球为了找到相同的高度则会一直保持一种运动状态，从而永远地运动下去，进而得出了“力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因”这一科学的结论，如图1所示。

（3）对于光颜色的认识。对于光颜色的认识，亚里士多德认为白光是最纯净的光，而我们看到的其他颜色的光则是由于某种原因使白光发生了变化，属于不纯净的光，直到17世纪大家仍对这种结论深信不疑。为了验证这一观点，牛顿通过三棱镜把自然界中的白光分散成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七种色光，从而得到了与亚里士多德相反的观点，也就是说自然界中的白光其实是由七种颜色的光组成的，如图2所示。

2.1.2 物理观念对科学精神的影响

从15世纪中叶到18世纪下半叶，这300年是资本主义生产方式的孕育期，也是以大机器生产为基础的资本主义大工业的诞生期。新的生产力的基础来源于以力学为核心的现代实验科学，而现代实验科学的兴起则是对中世纪神学的模糊性进行长期斗争的结果。因此，文艺复兴最重要的内容之一就是科学精神的再生，其核心目的是展示科学本身的内在精神，即认识世界的辩证唯物主义精神[4]。

这种科学精神的一个重要原则是理性原则，它提倡理性，反对迷信，包括对上帝的迷信、《圣经》以及以亚里士多德为代表的经院哲学的权威。列奥纳多·达·芬奇说过：“事物的真实面目比希腊人对事物的无所不知的看法更为重要”，弗里德里希·恩格斯补充说当时的科学“本身就是革命性的”。这种革命性的科学精神，引领着那个时代的科学家，勇敢地挑战神学，纠正几千年的神话，做出划时代的科学发现[6]。

而我国目前的中小学物理教育仍然是以中高考为导向，把成绩视为衡量学生某一阶段学习的标准，培养了擅长分析卷面问题的学生，而往往失去了解决实际问题的能力，没有重视对学生科学精神的培养。纵观人类对自然界认识的历史，可以发现时代的进步都是建立在科技发展的基础上，而科技的发展正是源于一代代敢于创新、在失败面前进行一次又一次科学探究的物理学家，一代代物理学家就这样在前人的基础上通过科学的、理性的物理观念逐渐认识世界和改造世界的。以2020年修改的普通高中物理新课程标准为准，在这次课程改革中对于科学精神的培养蕴含在物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任这四个维度，以物理观念为例，对学生这一维度的能力进行培养时不仅要重视学生对物理知识和方法的掌握，还有学生能够将知识和方法转化为能力的过程，也就是学生利用所学解释一般现象和解决实际问题的本领，物理观念的提出从某个角度上帮助学生对物理知识进行系统化，建立起知识之间的广泛链接，这一维度的高水平要求也体现了在培养学生知识的掌握和能力发展方面的更高层次的要求，这是提升学生科学精神的基础。

2.2 科学思维中科学精神的体现及其影响

2.2.1 科学思维中科学精神的体现

科学思维是学生经历了物理学习过程后获得的思维方式，这种学习结果是可观察、可测评的。从宇宙天体到基本粒子等世间万物都是物理学所研究的对象，这些研究对象既广泛又复杂，只有通过科学思维才能揭示事物的本质和规律。

爱因斯坦曾经说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更为重要”，质疑是思考的起点、创新的开端，也是在科学发展过程中的动力。质疑是科学思维的一个关键特征，是创新型人才所应具备的重要品质和能力。纵观物理学的发展历史，大多数新的物理规律推广、物理理论的创立都是科学家在对现有的结论质疑的基础上，通过观察、质疑、猜想、假设、实验、修正、推广等一系列的科学探究过程中运用创新思维推动物理学一步步向前发展。

例如，伽利略对亚里士多德在落体运动中“越重的物体下落越快”的结论，将科学推理与观察实验相结合，即“把大球和小球绑在一起同时从高处释放”和斜面实验相结合，从而推翻了亚里士多德的观点，通过合理外推得出了物体下落的时间与物体轻重无关的结论;牛顿研究前人关于“地心说”所提出的质疑和积累的资料，于1687年发表《自然哲学的数学原理》，提出万有引力定律，从而使经典力学成为一个完整的理论体系，其中所建立的经典力学的理论体系更成为近代科学的标准;爱因斯坦不拘泥于经典物理体系，提出了在微观高速下所适用的相对论。相对论的提出直接或间接地催生了量子力学，也为后续研究人员研究微观高速的运动提供了全新的数学模型，在这之后，相对论和量子力学共同成为现代物理学研究大厦的“地基”。

2.2.2 科学思维对科学精神的影响

物理学在对自然现象进行研究和对物理理论体系的建构过程中包括对物理模型的建构、科学推理、科学论证的过程和对现有结论的质疑创新，这些都是科学思维的典型思维方式。因此，科学思维也成为学生学习和运用物理知识和方法时所必备的思维能力，科学思维的培养成为发展学生科学精神的重要途径[5]。对学生科学思维培养的一个重要目标就是让学生拥有创新思维，创新思维在物理学中还表现在类比、发散等思维上。创新思维的培养不仅仅局限于在尊重事实的基础上对现有成熟理论体系的突破和重构，在中学生的学习过程中，更可以看成是学生个体对自身原有观点的再认识和对已有成熟知识体系地再理解。而中学物理课程主要由基本的物理概念、规律、定律、定理构成。所以，中学物理的教学过程蕴含着科学思维和创新思维，对学生的科学精神的培养有重要的意义。

2.3 科学探究中科学精神的体现及其影响

2.3.1 科学探究中科学精神的体现

物理是一门以实验为基础的自然科学，因此，物理学科中的实验是对科学精神的重要体现，因此，要坚持以实验为主要方式进行科学探究，培养科学精神。实验的过程是科学探究的过程，而科学探究就不能仅仅依靠思辨或者单纯的尝试，而是要经过猜想—假设—实验—数据分析和处理—修正假说—合理外推的科学探究过程去发现事物的本质，建立物理概念、规律、定律、定理等。近代科学的真正基础是实验。马克思把现代科学称作“现代实验科学”，培根也说道：“作为一个合格的自然解释者，是从活动和实验中抽引出原因和原理，然后再从这些原因和原理中引申出新的活动和实验”[6]。

美国著名物理学家密立根曾说过：“科学靠两条腿走路，一是理论，一是实验，有时一条腿走在前面，有时另一条腿走在前面，但只有两条腿才能前进。”例如，一个很著名的实验——托马斯·杨双缝干涉实验，就是很好地运用实验探究促进新知识创立的实例。在18世纪末，人们对于“光的本质究竟是什么”一直在争论不休，其中，牛顿认为光是由微粒所构成的，不可能是一种波。然而英国物理学家托马斯·杨却始终坚持光的波动说。1807年，托马斯·杨在他出版的《自然哲學讲义》一书中，系统地阐述了他在光学方面的研究工作，并且在这本书中第一次详细地记载了他所做的双缝干涉实验，如图3所示。在一只点燃的蜡烛后面放一张戳了一个小孔的纸，这样小孔便相当于一个点光源，然后在这张纸的后面再放一张纸，但是这张纸上要开两条平行的狭缝，这样从小孔中射出的光穿过这两条狭缝投射到屏幕上之后，就会形成一系列明暗相间的条纹，这就是光的干涉条纹。这说明两束光线可以像波一样相互干涉，这就证明了光是一种波，这个试验还为一个世纪后量子学说的创立起到了至关重要的作用。

2.3.2 科学探究对科学精神的影响

物理学科核心素养中的科学探究重点是关注学生在实验和实践层面的关键能力的发展。以物理学为代表的自然科学的实证基础是实验与探究，实验与探究也是现代物理教育的核心实践活动。但是在我国实际的教学中却出现了“科学探究形式化”的现象，这是教师在进行物理教学时必须杜绝的。物理学科核心素养中的科学探究一定要强调问题、证据、分析等关键要素，这些都是学生今后独立开展科学探究活动必备的关键能力，是提高学生科学精神的重要途径。

2.4 科学态度与责任中科学精神的体现及其影响

2.4.1 科学态度与责任中科学精神的体现

认识科学本质、认识科学、技术、社会、环境的关系是具备科学态度度与责任的基础，在这样的基础上，能够逐渐地形成探索自然的内在动力和严谨认真、持之以恒、实事求是的科学态度以及能够遵守道德规范，具有保护环境和推动可持续发展的责任感。在科学态度与责任中，认识科学本质是现代社会公民具备科学素养的基本要求，也是科学精神的体现，物理学是最能体现科学本质特征的学科。对科学本质的认识不仅包含对科学的知识方法，还包括科学研究过程、科学的价值和科学的持续发展。因此，通过对学生科学态度与责任这一维度的能力的培养有助于学生对科学本质的理解，帮助学生在学习科学知识的过程中形成良好的科学态度，能在进行科学研究和应用科学技术时具备较高的道德伦理和社会责任感，从而促进科学精神的形成。

（1）物理学史中理论与实践相互促进的事例。物理学的发展离不开实验和理论的相互结合、相互促进，这是科学本质特征的体现。例如，在对天体运动进行研究的过程中，开普勒通过研究他的老师第谷所留下对行星运动的大量数据得到了开普勒的三大定律;赫兹通过实验验证了麦克斯韦的“电扰动能辐射电磁波”的电磁场理论，并且指出这种电磁波在空中传播的速度是光速。这些物理史实都从多个方面体现了观察和实验与科学思维之间的密切联系。在光学的发展历史上，牛顿和惠更斯分别利用不同的模型对光的本质进行了解释，展示了对科学模型的研究和不断修正的过程;爱因斯坦创立的相对论则更是科学家科学精神中创造思维的典范，相对论的提出颠覆了人们对于时间、空间、质量、能量的概念的原始认知，极大地更新了人们对于科学知识的认识。

（2）物理学中科学知识与技术相互促进的事例。物理与生活是密不可分的，“从生活走向物理，从物理走向社会”也是新课程的基本理念之一，物理学中科学知识与技术的相互发展奠定了人类社会发展进步的基础。新知识的发现要依赖于新技术的运用，比如2017年我国500米口径球面射电望远镜“FAST”发现2颗新脉冲星，其中一颗距地球约为4100光年，另一颗则距地球约1.6万光年，这是我国“FAST”射电望远镜首次发现新的脉冲星，这就是很好的运用新技术发现新知识的例子。当然新知识的产生同样会促进新技术的发明，比如2001年清华大学段路明教授提出著名的DLCZ量子中继方案，即建议在光子与存储器之间的量子接口使用原子作为系统。在这之后，段路明教授的研究组在2017年又首次实现了25个量子接口之间的量子纠缠，打破了在这之前Caltech保持的4个量子接口之间纠缠的纪录，把接口的数量提高了6倍左右。这又是在新知识的基础上进行新发明或新改进的典型事例。

在课堂教学中适时地引入这类知识与技术相互融合促进的事例，可以加深学生对STSE的理解，如果再结合我国的最新科研进展，那么便可以增强学生的社会责任感和历史使命感，是提高学生科学精神的重要目的。

2.4.2 科学态度与责任对科学精神的影响

对于科学态度的理解可以从两个方面进行，无论哪一方面都蕴含着科学精神的重生。第一个方面是指个人对待科学的态度，例如愿意学习科学知识、是否对科学有兴趣、热爱科学等等;第二个方面是指自身在学习科学的过程中所具备的科学态度，例如在学习科学、研究科学的过程中能够做到尊重科学事实、敢于提出质疑、善于进行自我反思和具有创新的意识等。

社会责任主要指科学伦理和STSE，这两个方面同样体现了科学精神的重生。科学伦理是指教育学生遵守规范准则，对待任何问题都要实事求是，不弄虚作假，要有集体利益大于个人利益的意识，能够在科学研究的过程中以人类与自然和谐相处为原则。STSE是科学、技术、社会、环境英文的首字母，这四个方面的培养主要是让学生意识到科学技术与自然环境是相辅相成的，在认识世界和改造世界的过程中要以可持续发展观为原则，具备社会责任感[5]。

3 总结与展望

物理学科核心素养中的每一个维度都蕴含着科学精神，通过对学生物理学科核心素养的培养，可以改变我国长期以来应试教育带来的科学意识淡薄、科学素养低下等问题，为我国培养终身学习的创新型人才奠定坚实的基础。在新时代背景下，中学物理教师的教学设计与教学实施要时刻围绕培养学生的物理学科核心素养这一理念展开，进而培养学生的科学精神乃至提高整个民族的科学精神。

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参考文献：

〔1〕李琬莹.高中物理学科核心素养及培养初探[D].华中师范大学，2017.

〔2〕屠莉娅.基于变革社会的视角：核心素养阐发与建构的再思考[J].全球教育展望，2016，45（06）：3-16.

〔3〕林崇德.构建中国化的学生发展核心素养[J].北京师范大学学报（社会科学版），2017，62（01）：66-73.

〔4〕張华.论核心素养的内涵[J].全球教育展望，2016， 45（04）：10-24.

〔5〕郭玉英.从三维课程目标到物理核心素养[J].物理教学，2017，39（11）：2-4+8.

〔6〕孙慕天.论科学意识[J].自然辩证法研究，1991，7（10）：1-6.

收稿日期：2022-01-14

通讯作者：孙艺峰（1994-），男，内蒙古包头人，研究方向：物理教育教学。

基金项目：2020年赤峰学院教育硕士专业学位人才培养与基础教育教学专项（cfxyjyss22003）

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