《青少年科学教育中的思想方法与实践能力》学习记录
主讲人：陈征
1.1时代背景
经过改革开放四十余年来的艰苦奋斗：
经济方面：我国当前已稳居世界第二大经济体；
科技方面：我国在许多领域已从“跟跑”发展到“并跑”，甚至部分达到了“领跑”。
但在经历了以芯片为代表的关键技术被“卡脖子”的困难后，也必须清醒地认识到我国科技发展起步较晚，相较世界科技强国仍有不小的差距。
党的十九届五中全会提出了坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。并明确“深入实施科教兴国战略，人才强国战略、创新驱动发展战略”
党的十九届六中全会提到“推进科技自立自强”，完善国家创新体系，加快建设科技强国，实现高水平科技自立自强。
2020年9月，习近平总书记在科学家座谈会上指出：“好奇心是人的天性，对科学兴趣的引导和培养要从娃娃抓起，使他们更多了解科学知识，掌握科学方法，形成一大批具备科学家潜质的青少年群体。
国家的需求就是最好的工作方向，就是最好的教学方向。理清前因后果，也能让我更深刻的理解中国学生核心素养、课程标准、教材编写之间的逻辑关系。重视学生的科学实践活动，让学生在实践中建构科学观念，去认识、解释自然现象，去应用科学规律；在实践分析中形成科学思维，养成良好的态度责任。
1.2具有科学家潜质的青少年群体
现代汉语词典对“科学家”的释义为“对自然、生命、环境、现象及其性质进行重现与认识、探索与实践，并作出突出贡献、具有杰出成就的科学工作者”
中华民族伟大复兴视野对科学家还有更高的要求，即“重大科研成果的创造者、建设科技强国的奉献着、崇高思想品格的践行者、良好社会风尚的引领着，为实现‘两个一百年’奋斗目标、实现中华民族伟大复兴的中国梦作出更大贡献”。
“科学家”的必要条件
成为科学家的必要条件主要可归纳为四个方面：
①拥有丰富扎实的科学知识基础；
②掌握科学方法并能够灵活运用；
③能用科学思想指导学习和工作；
④讲科学精神内化入自身价值观；
这四个方面一次递进地在科学家身上形成一个有机整体，并外化表现为求真、务实的思想指导下，以客观、理性的态度，具备用科学的思维方式和方法来独立探索和解决位置问题的能力。
科学家的四方面条件与我们日常教学中的四维目标紧密联系，即使无法一一对应，但培养的方向都是接近的。所以，高尚得讲：每一位科学教师，都在培养科学家！
中国科学家精神层面的特点：
胸怀祖国、服务人民的爱国精神；
勇攀高峰、敢为人先的创新精神；
追求真理、严谨治学的求实精神；
淡泊名利、潜心研究的奉献精神；
集智攻关、团结写作的协同精神；
甘为人梯、奖掖后学的与人精神；
具有科学家潜质的含义
“具有科学家潜质”应视为“从事科学工作”或“成为科学家”的预备阶段。即青少年虽然暂不具备“科学家”的全部必要条件，但在相应的成长阶段已初步具备其中部分关键因素，为未来奠定良好基础的准备阶段。
“具有科学家潜质的青少年”的必要特征：
①保持强烈的好奇心和求知欲；
②掌握基本的科学探究方法；
③具有溯源意识、举证意识等基本的科学思维方式；
④能以客观理性的态度面对问题、分析问题、解决问题；
⑤对科学家精神有初步的了解和认同
可以将这部分内容给学生看，让他们了解具有科学家潜质的青少年应该具备的必要特征。让他们明确目标，朝着目标而努力。
1.3从“了解已知”走向“探究未知”
人类历史的“新阶段”，1655年以来的学术期刊总量变化不断增加、论文数量不断增加，都说明了知识越来越多。但这些已知的知识与我们未知的知识相比，远远不过，简直就是沧海一粟。
科学素养培养的理念
每一个知识点都是“科学大厦”上的一块“拼图”，拼图的方式体现出“科学思想”和“科学方法”
当前孩子缺乏的能力
在“两优三无”的情境下解决实际问题的能力
两有：有限时间 有限资源
三无：没有现成范式 没有最优解法 没有标准答案
深表赞同，学生解决真实中的综合问题太少了。所以，在长时假期中，我都喜欢让学生走进社会，去关注社会现象，做一做社会小调查，写一写科学小论文。希望一年接一年的假期作业，能提高他们发现问题、解决问题的能力，能提高他们表达交流能力。
我们应关注的重点
激发并保护孩子对自然现象的兴趣和热情
引导孩子学会观察自然现象
鼓励孩子描述自然现象
帮助孩子开展科学实验实践
基于小学生年龄特点和认知规律，运用教与学和心理学罗列我们应该关注的重点，很接地气，因为这是我们马上可以去关注的教学点。
什么是科学思维和科学方法
粗糙地说：就是科学家进行科学研究、解决实际问题过程中的思考方式，以及获取知识、运用知识的方法。
科学思维与科学方法（以物理学为例）
2.1物理学的范式 2.2物理学的方法
2.3物理学的语言 2.4物理学的思维方式
2.1物理学的范式
物理学的研究范式：
还原论：自然界的一切都由其最基本的组成单元和规律所决定，知道基本结构和基本规律，就能知道自然界的一切规律。还原论是经典物理、原子分子、核物理、粒子物理研究的主要范式。
演生论：客观世界变化无穷无尽，是分层次的，每个层次都有自己的规律，演生论是凝聚态物理、热力学、统计物理研究的主要范式。
还原论：寻找物质世界的基本结构和规律。发现构成物质的基本粒子
还原论对物质的描述：
实物-分子-原子（往下是电子）-原子核-质子和中子-夸克
场-------------------------------------------规范粒子
从方法论上讲，物理学研究方法可分为：
演绎法：基本定律----推理、演算----新理论
归纳法：归纳实验、观测事实----假设、模型----新理论
“能不能把学习物理的方法概括成一两种”这句话深深地打动了，因为我自己也是个理工男，总是想着用一个公式或一个规律概括事物发展规律，一直想着为学生做减法。
另外，我对“演绎法”和“归纳法”并不陌生，因为在一次视频培训会中，我已经听物理学家讲过。并且思考较多，我认为在单元教材编写的逻辑分析上，可以采用归纳法和演绎法。例如：植物种类繁多，不可能全部选完，所以我们选择了凤仙花、绿豆种子、绿豆苗生长作为研究对象，对它的整个生长过程进行研究，概括出植物种子发芽、植株生长的基本规律，这就是归纳法。然后再以这个规律去解释其他植物的生长现象，这就是演绎。当然，这仅仅只是我个人观点，正确与否我也不知道。
具体技巧举例：
对称性分析
守恒量的利用
简化模型的选取
演绎法：从公理出发依循形式逻辑进行推理（从一般到特殊）
演绎法包括：三段论、假言推理、选言推理、关系推理……
经典的三段论：
大前提（已知的一般原理）+小前提（所研究的特殊情况）
结论（根据一段原理，对特殊情况作出判断）
例如：是人就得吃饭（大前提）+我是人（小前提）
所以我得吃饭（结论）
2.3物理学的“语言”
物理量
可测量、可定量描述是自然科学的基本特征，也是物理学的基本要求。因此物理学在描述物质、物体或现象时，不仅要能定性区别，还必须能定量测量。通过精确测量来加以定义的那些描述物体或现象的性质的“量化指标”，就是所谓物理量。
用物理的“语言”描述某一现象或物质，首先就是找到一个或者一组合适的物理量。
同一个物体有可能有很多可以定性区别和定量测量的方面，它们对应着不同的物理量。如：大小（体积）、轻重（质量），多少（物质的量）、亮暗（发光强度）……
单位制
给一个物理量选定一个参考的基准定位单位，同类的量都用这个单位乘以一个纯数（或者说乘以一个比例）的方式来表示。
所有物理量对应的这些单位形成一个体系，这就是单位制。
听至此，我感觉学习物理好简单。但在平时交流中，发现很多初中生、高中生都非常害怕物理。所以，我很想把这部分内容再次进行梳理，把学习物理的方法、语言告诉学生，让他们尝试用物理学家的思维去学习物理学科，不知是否有效。
2.4物理学家的思考方式
简单和对称的信念
简单：世界是可以被我们认识的，我们的认知能力是有限的。
所以这世界必然是简单的；
①组成世界的材料应该是简单的！
②宇宙运行的规律应该是简单的！
对称：对一个对象进行某种操作，而在操作前后保持一种不变形。
物理规律的对成型：在不同的“操作”下，物理规律保持不变
平移对称：在一楼和五楼的实验室做同样的实验，物理规律相同。
旋转对称：在地球不同角落做同样的实验（相对地心旋转），物理规律相同
时间平移对称：去年、今年、明年做相同的实验，物理规律相同
诺特定力：连续对成型和守恒定律一一对应
平移对称性——动量守恒
旋转对称——角动量守恒
时间平移对称——能量守恒
规范变换对称——电荷守恒
镜像对称——宇称守恒（弱相互作用中破缺）
世界必然是简单的，所以概括一下只有13个核心概念？而且每个概念总是寥寥数字！难的是我们如何用一个个科学实践帮助学生掌握好一个个核心学习内容，构建13个核心概念。
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物理学研究的基本步骤
1. 提出科学问题
2. 对问题进行简化（建立理想模型）
3. 根据物理规律和边界条件进行分析提出理论预言
4. 和实际情况（实验结果）进行对照验证
5. 得出结论并应用于实践
6. 在实践中不断重复以上过程验证和修正结论
似曾相识，因为我们对这个流程太熟悉了。这不就是我们组织学生开展探究活动的一般步骤吗！此时，我终于明白专家们讲的：让学生像科学家那样去探究。
处理问题的基本思路：
化繁为简：先简化问题，寻找最根本的“第一性”，建立理想模型
再由简入繁：根据实际问题要求的范围和精度，渐次添加考虑因素，逐步修正理想模型，一步一步接近现实情况。
理想模型：为了便于研究而建立的一种抽象的理想化的“东西”。
针对某种目的，从某种角度对某一对象进行研究时，忽略那些和所研究的问题没有直接关系或不是最重要、最关键的次要因素。
重要：理想模型在现实中不存在
解决所有物理问题的切入点，是寻找一下两个要素：
物理规律和边界条件
思考问题的角度：定性和定量
学物理的正确方向：越学越少，而非越学越多
