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摘 要：科学素养教育是中学教育的重要内容。在培养学生科学素养方面，物理知识的教学起到了重要的作用。本文就"牛顿第二定律"的知识学习，探讨了定律表达式、定律得出过程、定律的物理意义及定律的应用，在培养学生科学素养方面所起到的作用。
关键词：科学素养教育；牛顿第二定律；物理知识
目前，如何培养学生的科学素养问题是我国教育界探讨的热点问题之一。普遍观点认为学生的科学素养教育主要应包括以下内容：理解和应用科学知识与技能；理解科学方法；形成科学的情感态度与价值观；认识科学、技术与社会的关系。物理科学知识是构成人类自然科学知识体系的一个重要组成部分，是人类认识自然和改造自然的基础，同时物理知识在形成和运用过程中有着丰富的科学思想、科学方法和科学教育的内容，对提高学生的科学素养起着积极的促进作用。课堂教学作为物理知识获得的主渠道，就是要让学生理解物理知识和操作技能，学习探究自然规律的过程和方法，了解科学家的发现及思维过程，拥有积极的科学态度和科学精神，以及理解物理知识对社会发展的影响，最终提高学生的科学素养为教学的目的。
下面我们就以"牛顿第二定律"的教学为例，探讨在物理知识学习的过程中所蕴含的有关科学素养教育方面的内容。
一、学生对牛顿第二定律真实表达式的学习，从中认识到了物理定律的本质
中学物理教材通过验证性的实验，归纳出了牛顿第二定律的表达式 ，并给出了定律的适用范围是宏观低速运动的物体。而在牛顿第二定律得出的历史过程中，其真实的表达形式是 ，即物体所受合外力等于其动量对时间的变化率，并由此推出动量守恒定律。当时牛顿清楚地知道物体的质量 是个变量，意识到物体的质量和速度存在某种联系，因此他没有将 从微分号中拿出来。牛顿意识到的动质量 和速度 之间存在一定的关系，这是牛顿力学中辩证法的体现，牛顿力学中蕴涵了相对论的因素。
奥地利科学家、哲学家恩斯特马赫认为，牛顿第二定律应该理解为力是物体的质量与其加速度的乘积，即 ，这个表达形式就是我们现在中学教学中提到的。而马赫当年的目的是为了牛顿力学的普及、推广和应用。为了牛顿力学的通俗化和实用化，马赫把质量 从微分号内提了出来，由变量改为常量，免去了微分运算，使得具有初等数学水平的人也可以掌握和运用该定律，但是此时的牛顿第二定律对高速运动的物体就不适用了。马赫对定律的思考方式，使牛顿力学得到了极大的普及，但同时我们也会意识到马赫的思想歪曲了牛顿第二定律的本质。
教师在知识的教学中，向学生展示牛顿第二定律表达形式的发生、发展过程，学生既能体会到科学家的思维过程，又能认识到科学知识内在的本质，同时又让学生感受到物理知识背后隐含着人类认识世界的丰富智慧和科学思想。
二、学生通过实验探究得出了牛顿第二定律，加深了对物理学方法的理解
牛顿第二定律揭示了物体的加速度跟力和质量的定量关系，是在实验基础上，归纳总结建立起来的重要规律。实验归纳总结物理规律、控制变量的方法、减小误差的方法都是重要的物理学方法。学生在探究规律的过程中，亲身操作、记录数据、处理数据、画出图像、由图像得出结论，学生经历着发现规律的过程。在探究的过程中，学生们会思考小车与木板之间有摩擦力，怎样才能平衡摩擦力对实验的影响？为什么小车质量要远大于小桶和砝码的质量？ 处理数据时需要做出 图像，图像如果是一条过原点的倾斜直线，那么就能证明，当小车质量不变时，加速度与合外力成正比。但学生们却发现实际做出的图像有些弯曲，为什么会弯曲？学生们还对实验提出了改进建议，有的学生提出可以用计算机来处理数据、做出图像，还有的学生提出用气垫导轨来代替木板做实验等多种实验方法。在探究过程中，学生认识到实验的关键是如何根据实际情况，选择误差尽可能小的方法或途径来解决问题。
教师在学生探究的基础上，还指出目前人们还可以用传感器开展实验的设计与研究，实验结果与理论结果非常接近，让学生们课后查阅资料。此时的教学过程已经不仅仅是验证实验了，而是一种探究与创新相结合的探究过程了。在这个过程中，学生们对科学知识充满了兴趣，像科学家一样积极地设计实验，学会提出问题，学会独立地思考问题，更好地理解了物理学的研究方法，探究的同时也培养了学生良好的科学素养。
三、学生对牛顿第二定律意义的理解，反映了学生的质疑精神
学生在探究实验的基础上，得出了 的表达式。对于其中的 ，教师通常是引导学生分析物理学具有简洁美，研究物理就是发现最简单的规律，因此当 时，就能得出最简单的牛顿第二定律的表达形式。对于这种解释学生会产生质疑，认知上有困难。教师另一种讲授方法， ，则 ，规定在国际单位制中，质量为1kg的物体产生 的加速度时，所用的力是1N，于是 ，所以 ，学生这时真正地理解了 的物理意义，困惑也就解决了。学生对教师教授知识方式的困惑，体现了学生敢于质疑的精神。还有牛顿第二定律的表达式中，学生认为 如果 ，则 ，那么牛顿第二定律就成了牛顿第一定律，牛顿第一定律不就是第二定律的特例了吗，牛顿第一定律还有意义了吗？学生经过思维推理，产生了疑问，表达出自己的观点。可见，学生的学习过程不仅是一个接受知识的过程，更需要学生具有一定的质疑能力，表达自己的观点，通过解释、推理的思维过程，逐步形成科学素养。质疑精神的培养在科学素养的养成中非常重要。
四、学生对牛顿第二定律应用的了解，体现了物理知识的有效性和价值性
牛顿第二定律的应用比较广泛，它与交通运输、与竞技体育、与科技生活都有着密切的联系。教师教学过程中，让学生认识到知识在社会、技术中的应用，体会物理学对经济、社会发展的贡献，关注并思考与物理学相关的热点问题，如技术与人类未来、科学技术与环境、核能利用与科学道德等。学生就会意识到物理学知识不仅能科学地解释各种自然界的物理现象，物理学知识还与许多社会问题有关。同时，学生还会认识到科学技术给人类文明幸福带来了巨大的作用，又警惕由于人类对科学技术的乱用和滥用给人类未来可能带来的弊端。此时的物理知识教学，在学生的情感、态度及价值观方面发挥着重要的教育功能。而未来社会的发展需要公民具有对科学本质和价值观认识的科学素养。
牛顿第二定律的数学表达式看上去简单完美，然而学生在学习该定律得出的过程、定律中物理量的意义、定律本身的物理意义，以及其广泛的应用前景这些知识时，就能认识到的科学知识的本质，理解科学研究的过程与方法，对科学充满兴趣，有探索科学的欲望，知识学习的过程中蕴含了对学生丰富的科学素养教育。为此，科学素养的培养需要渗透在每一堂课的教学中，需要每一位物理教师的亲身参与，更需要教师们努力地发现蕴含在知识教学中的科学素养教育。
参考文献：
[1]冯利，于海波.牛顿第二定律教学应该注意的几个问题[J]. 中学物理，2011（7）：32-33
[2]刘茂军.基于传感器的牛顿第二定律实验设计与研究[J].中学物理教学参考，2010（11）：46-47
关键词：科学素养教育；牛顿第二定律；物理知识
目前，如何培养学生的科学素养问题是我国教育界探讨的热点问题之一。普遍观点认为学生的科学素养教育主要应包括以下内容：理解和应用科学知识与技能；理解科学方法；形成科学的情感态度与价值观；认识科学、技术与社会的关系。物理科学知识是构成人类自然科学知识体系的一个重要组成部分，是人类认识自然和改造自然的基础，同时物理知识在形成和运用过程中有着丰富的科学思想、科学方法和科学教育的内容，对提高学生的科学素养起着积极的促进作用。课堂教学作为物理知识获得的主渠道，就是要让学生理解物理知识和操作技能，学习探究自然规律的过程和方法，了解科学家的发现及思维过程，拥有积极的科学态度和科学精神，以及理解物理知识对社会发展的影响，最终提高学生的科学素养为教学的目的。
下面我们就以"牛顿第二定律"的教学为例，探讨在物理知识学习的过程中所蕴含的有关科学素养教育方面的内容。
一、学生对牛顿第二定律真实表达式的学习，从中认识到了物理定律的本质
中学物理教材通过验证性的实验，归纳出了牛顿第二定律的表达式 ，并给出了定律的适用范围是宏观低速运动的物体。而在牛顿第二定律得出的历史过程中，其真实的表达形式是 ，即物体所受合外力等于其动量对时间的变化率，并由此推出动量守恒定律。当时牛顿清楚地知道物体的质量 是个变量，意识到物体的质量和速度存在某种联系，因此他没有将 从微分号中拿出来。牛顿意识到的动质量 和速度 之间存在一定的关系，这是牛顿力学中辩证法的体现，牛顿力学中蕴涵了相对论的因素。
奥地利科学家、哲学家恩斯特马赫认为，牛顿第二定律应该理解为力是物体的质量与其加速度的乘积，即 ，这个表达形式就是我们现在中学教学中提到的。而马赫当年的目的是为了牛顿力学的普及、推广和应用。为了牛顿力学的通俗化和实用化，马赫把质量 从微分号内提了出来，由变量改为常量，免去了微分运算，使得具有初等数学水平的人也可以掌握和运用该定律，但是此时的牛顿第二定律对高速运动的物体就不适用了。马赫对定律的思考方式，使牛顿力学得到了极大的普及，但同时我们也会意识到马赫的思想歪曲了牛顿第二定律的本质。
教师在知识的教学中，向学生展示牛顿第二定律表达形式的发生、发展过程，学生既能体会到科学家的思维过程，又能认识到科学知识内在的本质，同时又让学生感受到物理知识背后隐含着人类认识世界的丰富智慧和科学思想。
二、学生通过实验探究得出了牛顿第二定律，加深了对物理学方法的理解
牛顿第二定律揭示了物体的加速度跟力和质量的定量关系，是在实验基础上，归纳总结建立起来的重要规律。实验归纳总结物理规律、控制变量的方法、减小误差的方法都是重要的物理学方法。学生在探究规律的过程中，亲身操作、记录数据、处理数据、画出图像、由图像得出结论，学生经历着发现规律的过程。在探究的过程中，学生们会思考小车与木板之间有摩擦力，怎样才能平衡摩擦力对实验的影响？为什么小车质量要远大于小桶和砝码的质量？ 处理数据时需要做出 图像，图像如果是一条过原点的倾斜直线，那么就能证明，当小车质量不变时，加速度与合外力成正比。但学生们却发现实际做出的图像有些弯曲，为什么会弯曲？学生们还对实验提出了改进建议，有的学生提出可以用计算机来处理数据、做出图像，还有的学生提出用气垫导轨来代替木板做实验等多种实验方法。在探究过程中，学生认识到实验的关键是如何根据实际情况，选择误差尽可能小的方法或途径来解决问题。
教师在学生探究的基础上，还指出目前人们还可以用传感器开展实验的设计与研究，实验结果与理论结果非常接近，让学生们课后查阅资料。此时的教学过程已经不仅仅是验证实验了，而是一种探究与创新相结合的探究过程了。在这个过程中，学生们对科学知识充满了兴趣，像科学家一样积极地设计实验，学会提出问题，学会独立地思考问题，更好地理解了物理学的研究方法，探究的同时也培养了学生良好的科学素养。
三、学生对牛顿第二定律意义的理解，反映了学生的质疑精神
学生在探究实验的基础上，得出了 的表达式。对于其中的 ，教师通常是引导学生分析物理学具有简洁美，研究物理就是发现最简单的规律，因此当 时，就能得出最简单的牛顿第二定律的表达形式。对于这种解释学生会产生质疑，认知上有困难。教师另一种讲授方法， ，则 ，规定在国际单位制中，质量为1kg的物体产生 的加速度时，所用的力是1N，于是 ，所以 ，学生这时真正地理解了 的物理意义，困惑也就解决了。学生对教师教授知识方式的困惑，体现了学生敢于质疑的精神。还有牛顿第二定律的表达式中，学生认为 如果 ，则 ，那么牛顿第二定律就成了牛顿第一定律，牛顿第一定律不就是第二定律的特例了吗，牛顿第一定律还有意义了吗？学生经过思维推理，产生了疑问，表达出自己的观点。可见，学生的学习过程不仅是一个接受知识的过程，更需要学生具有一定的质疑能力，表达自己的观点，通过解释、推理的思维过程，逐步形成科学素养。质疑精神的培养在科学素养的养成中非常重要。
四、学生对牛顿第二定律应用的了解，体现了物理知识的有效性和价值性
牛顿第二定律的应用比较广泛，它与交通运输、与竞技体育、与科技生活都有着密切的联系。教师教学过程中，让学生认识到知识在社会、技术中的应用，体会物理学对经济、社会发展的贡献，关注并思考与物理学相关的热点问题，如技术与人类未来、科学技术与环境、核能利用与科学道德等。学生就会意识到物理学知识不仅能科学地解释各种自然界的物理现象，物理学知识还与许多社会问题有关。同时，学生还会认识到科学技术给人类文明幸福带来了巨大的作用，又警惕由于人类对科学技术的乱用和滥用给人类未来可能带来的弊端。此时的物理知识教学，在学生的情感、态度及价值观方面发挥着重要的教育功能。而未来社会的发展需要公民具有对科学本质和价值观认识的科学素养。
牛顿第二定律的数学表达式看上去简单完美，然而学生在学习该定律得出的过程、定律中物理量的意义、定律本身的物理意义，以及其广泛的应用前景这些知识时，就能认识到的科学知识的本质，理解科学研究的过程与方法，对科学充满兴趣，有探索科学的欲望，知识学习的过程中蕴含了对学生丰富的科学素养教育。为此，科学素养的培养需要渗透在每一堂课的教学中，需要每一位物理教师的亲身参与，更需要教师们努力地发现蕴含在知识教学中的科学素养教育。
参考文献：
[1]冯利，于海波.牛顿第二定律教学应该注意的几个问题[J]. 中学物理，2011（7）：32-33
[2]刘茂军.基于传感器的牛顿第二定律实验设计与研究[J].中学物理教学参考，2010（11）：46-47