科学素养教育 科学素养教育在理科中的实践

郭惠+周诗文+庾名槐

摘 要：大学物理是一切理科的根底学科的特色决议了它身肩科学素养教育的重担.本文凭借翻转讲堂形式，进步讲堂功率，从科学常识、科学的研讨进程和办法以及科学技能对社会和个人所发生的影响的视点，对静磁场一章施行科学素养教育方针的教育.

关键词：翻转讲堂 静磁场 物理学史 科学素养

导言

现在，丰厚的在线学习资源，比方，慕课资源，使得学习变得愈加便利易学，充分利用课下资源进行翻转讲堂[1]，先课前导学，回到讲堂后，展开理论常识与专业实践相结合的事例教育，不是一味的转移常识，而是加强科学素养的培育，或能激起学生内涵的学习爱好.而使学生有效地把握所学的常识，使得正确常识真实的内化

科学素养是什么？咱们教育的方针是什么？这个问题很大很难在这篇小文章中全面答复，只期望经过本文事例实践来到达抛砖引玉的意图.科学素养 （scientific literacy），它指的是一种长期沉淀下来的涵养、习性，是一种获取以及处理实践问题的详细常识和办法.[2]百度百科上给出的国际上鉴定国民科学素养的根本标准是对科学常识、科学的研讨进程和办法以及科学技能对社会和个人所发生的影响都能到达根本的了解程度.大学物理课程的学习关于进步科学素养水平具有杰出重要的效果.怎么施行教育方针呢？以静磁场一章为例依照科学素养的遍及界说来评论科学素养教育方针施行方案.

一、静磁场翻转讲堂中的科学素养培育

1. 物理学史话物理常识，在常识教授中浸透批评质疑的科学精力与人文教育

一般学生读教材很简略走入一个误区，教材里所说的都是正确的，很少有质疑的学生，有的学生从没有去想教材是否有误，关于青年学生而言，如有勇于宣布的质疑声响，应该被维护和鼓舞起来的.在授课中，除了正确的常识，可以讲历史上的过错的科学知道，让学生去感触人类知道的实质是螺旋开展的进程。

在学习电磁场进程中，“场”概念的构成是困难的.一般教材里选用的叙述办法和历史上研讨发现的次序不相同，实践上，电场和磁场，这些概念是后来人们逐步知道的。[3]

比方咱们首先讲磁场和磁感应强度.在奥斯特的试验傍边，磁针由于电流偏转阐明电流与磁石相同它是磁源，它可以发生磁场，或许咱们可以说电流在其周围发生了磁场，由于电流实践是定向运动的电荷，咱们也可以估测运动电荷发生磁场，那么磁场到底有什么性质呢？

安培在研讨电流之间相互效果今后，人们逐步知道到磁场对电流有效果力之后，才又渐渐知道到运动电荷在磁场中受力，这就是洛仑兹力.用数学式子表明就是运动电荷受力等于电荷量乘以电荷运动速度叉乘上磁感应强度.咱们可以以为这是磁场的界说式，但这儿由于有叉乘，不如电场界说那样简略，另一方面，磁场也不叫磁场强度，叫磁感应强度，就是表达式中的B.这是由于历史上研讨磁现象时，比较模糊，现已使用了磁场强度H这个量，并且还不是真实描绘磁场，后来真实知道了磁场今后，想界说一个量描绘磁场的时分，发现姓名现已占用了，没有办法只好另起一个姓名叫磁感应强度B，实践就是描绘磁场的量，有时分咱们常常简略地用磁感应强度代表磁场。[3]

那么这个学习方针是要讲磁场和磁感应强度，作为读者学完上述内容是作何慨叹呢？即便是一个刚学物理的新人而言，这样的物理故事学起来是很轻松的.而这些内容的学习可以在慕课形式下的微视频中教育，让学生先行学完，在翻转讲堂上，咱们可以经过以下问题设问，如有几个同学说说奥斯特发现电流磁效应的故事？磁感应强度为什么不能像电场强度相同直接叫磁场强度呢？使得学生加深了解磁感应强度概念的内含，也能正确了解磁场强度概念.人类的知道物理国际是个探索的进程，在逐步开展树立的物理规则和实质的进程中，物理天才们也存在过错的知道，也不是一步就走向真理的对岸.那么，作为历史长河中一般的咱们，也不会有一跃而就的简略，即便天才也会失误，因此在学习途中，要勇于试错，不怕犯错.关于教师，在讲堂的教育中，要能和学生去共享这个感触，然后到达科学素养教育方针.

2. 物理学家的科学思想协助学生了解科学研讨的进程， 把握科学办法

在教育中断定的要点、难点， 往往也是科学史上的严重关键性的打破和难以解决的难题；往往是物理学大师们才华横溢之点.它是人类知道的打破与精彩的开放，当咱们回味科学开展的知道史时，应该罗致它包含着的深入的物理科学办法.

比方，讲毕萨拉规则及其使用.毕萨拉规则其实是毕奥-萨伐尔-拉普拉斯规则.毕奥-萨伐尔是做试验，他们做试验这思路其实是和库仑的主意是相同.由于奥斯特发现了电流磁效应，他们就想假定我要知道小的电流元发生的磁场的话，经过叠加原理我就可以知道整段的电流发生的磁场，这儿边咱们说这个电流元，它其实是电流上取的一小段，这是一个有方向的一个小段线段，它的巨细是这上面的电流乘上这个线段的小矢量，它在某一点发生的磁场应该是什么姿态呢？假定这个电流元到这个场点的矢径是r的话，他们做试验发现发生的磁场不是沿着这个矢径的方向，而是垂直于电流元和矢径构成的这个平面，也就是说在这样的情况下，这个电流元发生的磁场是垂直于板面向里的，毕奥-萨伐尔做了这个试验发现了里面的规则.可是他们没办法用数学表达式表明出来，由于这个规则比起库仑规则来说，仍是略微杂乱的，那么拉普拉斯数学非常好，他协助他们写出了数学表达式.[3]

毕萨拉规则是静磁场学习的要点，经过该规则咱们可以求解稳恒电流激起的磁场的强弱，可是，学生关于数学公式的把握总是存在失误.学习时不明白电流元是什么，把该内容做成微视频后，经过叙述物理学家研讨该规则的进程的科学思想，学生不只把握科学常识，并且还能感触到科学研讨进程中重要的类比办法.

比方，讲静磁场的高斯定理.经过逻辑推理后得到的磁场高斯定理提醒了磁场的根本性质，通知咱们静磁场是个无源场.当然这样讲完就完结了科学常识的教育，可是，课程庸俗无趣.所以类比电荷提出磁荷即磁单极子的概念.这是谁提出来？假定有磁荷，磁场的高斯定理右边也不该该是零，应该也有磁荷这一项.磁荷这个概念首先于狄拉克1931年经过量子力学原理和电磁标准性质给出.狄拉克还发现磁荷和电荷的乘积是普朗克常量的整数倍.[3]他就用这个式子来解说，为什么电荷是量子化的，可是核算的磁荷质量比较大，它一般不行能在加速器中发生，所以人们就期待在宇宙射线中兴许可以发现磁单极子.他们用超导线圈放在某个当地刻舟求剑，等磁单极子等磁单极子穿过这个超导线圈，磁单极子穿过超导线圈的时分，估计有电流跃变的信号，这个是可以核算出来的，从前斯坦福的几位物理学家激动过一次，他们宣称勘探过电流跃变的信号，但后来再也没有勘探过，他人也没有勘探过，一般以为，这次或许仅仅一次乌龙事情，所以到目前为止，试验上还没有发现磁单极子。如果在视频授课中如此解说，学生的学习进程将会是爱好的进程。而教师可以在翻转讲堂中请同学去解说这个概念的来历，一同评论科学思想的發展进程，然后让学生体验到提醒自然规则的重要办法，提出理论，试验证明. 通知学生问题的猜测、探求知道和探求才能关于提醒科学实质的重要效果.

3. 由物理技能的研讨推进学生的自我教育和科学素养自我进步

在根底物理教育中将笼统难明的物理常识与理论在科学技能中的使用，出现在学生面前，非常有利于进步学生的学习爱好，进而可引导学生自主进行相关常识的学习，然后使学生阅历科学素养自我进步和教育进程.

比方，讲到霍尔效应.在1879年物理学家霍尔发现磁场和感应电压之间的联系，由此命名霍尔效应.这儿要求学生在微视频中学习原理，然后规划这些问题，在讲堂上评论终究取得常识.如，霍尔效应的研讨开展？试验条件？凝聚态物理研讨什么？诺贝尔物理学奖怎么评比等问题.评论霍尔效应研讨开展的问题时需求同学们自己去拓宽.可在翻转讲堂上由同学们去总结，比方，1979年，即百年之后，德国物理学家克利青等研讨观察到半导体在极低温度和强磁场条件下的量子霍尔效应，然后，美籍华裔物理学家崔琦和美国物理学家劳克林、施特默在更强磁场下研讨量子霍尔效应时发现了分数量子霍尔效应，这个发现使人们对量子现象的認识更进一步。这些效果是凝聚态物理学开展上重要开展，由此，可以让学生去拓宽凝聚态物理研讨的领域等.还可以谈克利青取得1985年的诺贝尔物理学奖和崔琦等在1998年取得的诺贝尔物理学奖.评论诺奖的评比条件，鼓舞学生要有远大方针.这样的评论不只更深全面了解了霍尔效应，并且科学常识获取途中对学习者提出更多的考虑.紧接着诘问霍尔效应的使用技能有哪些？如丈量半导体载流子品种；丈量半导体载流子浓度；测磁场等.特别是跟着纳米技能的开展，把霍尔元件做的越来越小，小到可以放在原子显微镜的针尖上，与AFM结合，就可以得到样品外表部分磁场散布.要知道这些先进的技能，学生有必要进行自我教育，所谓"教师带入门，修行在个人”，大学应该是培育学生个人主动性的场所，大学物理作为根底课程应该可以走在理科根底教育的前列.

结语

综上所述，本文从科学知道自身的特色动身，充分利用翻转讲堂教育的形式来浸透科学素养教育，主张不只在大学物理教育中恰当引进科学素养的教育方针，其他的理工科类的教育中也应该融入生动的史例、问题的探求、使用的拓宽，这样教育不只完结科学常识的解说，也使得学生的科学素养进一步进步.大学理科根底教育不该成为应试的教育，应该鼓舞理工科学生开展立异思想，使他们在本质、才能和常识三方面都得到开展.

参考文献

[1] 曾明星，蔡国民，覃遵跃等.根据翻转讲堂的研讨式教育形式及施行途径[J]. 高级农业教育.2015，1： 76

[2] 叶禹卿.科学新课程与科学本质培育[M].我国纺织工业出版社，2002 -81

[3] 赵凯华，陈熙谋.电磁学（第三版）[ M] .北京：高级教育出版社， 2011.

作者简介

郭惠（1980-）， 女， 福建福安人， 海南大学资料与化工学院，讲师.

通讯作者

庾名槐（1979-），男，江西赣州人，海南大学资料与化工学院，讲师.