科學家精神融入高中地理教學的實踐探索*

蔡葉斌

2019年，中共中央辦公廳、國務院辦公廳發布的《關于進一步弘揚科學家精神加強作風和學風建設的意見》中，明確科學家精神涵蓋了愛國、創新、求實、奉獻、協同、育人等精神。黨的二十大報告指出“培育創新文化，弘揚科學家精神，涵養優良學風，營造創新氛圍”。科學家精神是中國共產黨人精神譜系的偉大精神，是全社會共同的價值追求，也是引導和培育學生獻身科技事業的重要基石。

基于真實情境的問題式教學是高中地理教學的重要組織形式，也是培養學生核心素養的有效途徑。筆者在教學中發現，將科學家探索發現的過程融入情境與問題中，讓學生在一次次的“選擇”中產生“共情”，可以有效培養學生求真務實、潛心研究和敢于創新的精神，促進其學習任務的完成與核心素養的提升。

以人教版地理必修一《大氣的組成和垂直分層》一課的教學為例，筆者在教學中選擇了以真實事件改編的電影《熱氣球飛行家》來創設情境。該電影講述了格萊舍與任兩位科學家探索天空、改變世界的故事（人物原型為19 世紀歐洲大氣科學家詹姆斯·格萊舍和亨利·考克斯維爾）。整節課由四組電影片段所創設的情境串聯起來。（見下頁圖1）

圖1 《熱氣球飛行家》情境圖解

一、基于實證的探索，培育學生求真務實的態度

在《大氣的組成和垂直分層》的教學中，筆者結合科學家的探索過程展示劣構問題，培育學生基于實證探索的求真務實精神。

1.展示認知沖突，引導劣構問題求解

基于電影情節，展示其與學生假想存在沖突的事實，通過細節的深挖引導學生在劣構情境中尋求可能的解，從而推動教學任務的完成與核心素養的提升，提升學生直面困難的勇氣。

例如，在情境2 中，在熱氣球上升過程中科學家看到的實景與學生假想的群山盡覽、藍天白云陽光明媚的景象不同，電影畫面呈現出灰白、晦暗的倫敦城市形態。教師適時提出問題：“‘猛犸’上升至倫敦300 米高空時，科學家發現天空是灰白的，你認為可能是什么原因導致的？”教師還將“1862 年”“倫敦”等關鍵詞標注，將電影畫面中的煙囪圈出，給學生一定的提示，引導學生向“工業革命”“二氧化碳排放”“霧霾”等人類活動方向進行思考。學生思考并回答后，教師進行總結：“大氣成分相對穩定，工業廢氣的排放可能影響大氣成分，產生一系列問題。”由此引導學生建立人類活動與大氣成分變化之間存在關聯性的人地協調觀。

2.提出兩難問題，借助實證進行抉擇

教學中筆者利用電影片段展示分歧提出兩難問題，引導學生借助數據進行論證和抉擇，這一環節旨在培育學生客觀嚴謹、求真務實的態度。

例如，在情境4中，在到達23000英尺（海拔約7000 米）的高度后兩位科學家產生了分歧，此時教師創設問題：“你支持氣象學家格萊舍（上升）還是飛行員任（降落）？試說明理由。”要求學生基于課文、資料以及影片細節表明觀點、說明理由。以支持降落的學生為例，他們提出的觀點見下頁表1。

表1 部分學生觀點及實證來源

二、引入科學史，培育學生潛心研究的奉獻精神

注重科學史教育是當代國際科學教育改革的趨勢之一。教學中引入科學史有助于學生深入理解科學事業。大氣科學體系的建立是一個漫長的過程，借助科技水平的提升，人類對大氣的認識由被動到主動。在本次教學中，可以利用大氣科學史的發展展示科學研究的延續與傳承，培養學生淡泊名利、潛心研究的奉獻精神。

1.肯定前人功績，客觀公正評價對手

教師通過視頻交代了情境發生前的背景：與英國關系并不融洽的法國人創造了當時熱氣球升空的世界紀錄23000 英尺；格萊舍在科學院中由于資歷較淺不受重視，大部分科學家認為當時的天氣現象是混沌的，難以被預測……

教學過程中，筆者在呈現上述史實后引導學生站在歷史的角度進行客觀評價，通過探討，學生形成了以下觀點。

學生1：科學是無國界的，對手取得的突破也是人類歷史的科學成就，應該被褒揚。

學生2：站在后人的角度看前人的行為都會存在歷史局限性，應當客觀公正的評價。

…………

通過這樣的討論，讓學生認識到科學發展是一個連續的過程，在任何歷史發展的過程中科學研究均有其進步性與局限性。今之成就亦是明之起點，現代的科學研究是基于各個時代科學家發現、論證、推翻、重構的整體過程，以此培育學生賡續使命、潛心研究的奉獻精神。

2.講述后續故事，催化學生共情能力

基于情境4 的兩難問題提出之后，大部分學生認為兩人已經完成各自的科研任務，可以安全下降。但此時教師進一步展示兩人繼續上升的決定，引發學生認知沖突，讓學生在沖突中感受兩位科學家舍生忘死、獻身科學的崇高精神，進一步催化學生的共情能力。

在熱氣球探險結束后，教師并未結束情境而是展示了基于兩位科學家探險的后續科學發展史，讓學生深刻認識到兩位科學家的研究在大氣科學發展歷程中的地位，感受科學家們“成功不必在我，功成必定有我”的甘為人梯、獎掖后學的精神。

最后，教師利用教材中的數據、圖表等實證材料進行總結：今天我們教材中用到的數據、圖表等都是基于一代又一代的科學家的努力，一點一點得出來的，正如格萊舍在電影中所說的：“我們以發現的名義探索天空，尋找新的東西，改變世界。”上述教學利用前后貫穿的情節，將科學家探索未知世界的情境融入漫長的時間長河，幫助學生厘清探究科學理論“想象—實證—公認—更替”的形成過程。

三、跳出學科舒適圈，培育學生敢于創新的能力

美國心理學家諾爾·迪奇提出了關于包含舒適圈的三圈理論。“舒適圈”是指人們舒適安逸的一種心理狀態，是人們適應當前環境的一種體現。基于現有知識的重復來獲取知識，減少對陌生知識的接觸是舒適圈在學習領域中的主要體現，而科學探索過程中需要直面未知，科學家精神更需要基于已知知識進行“即時生成”。因此，教學應引導學生跳出學科舒適圈。

例如，在情境3 的兩個環節中，教師分別提出問題：為何向上方也可以闖出暴風雨？格萊舍看到的“光輪”現象從現代大氣科學角度來看屬于日暈還是日華？兩個問題均跳出了學生的學科舒適圈，但又是情境中真實存在、發生的。學生需要借助視頻、材料等尋找線索并做出合理的推斷。

在直面未知的過程中，學生通過課堂探討、資料查閱等途徑將已有資源進行“即時生成”，獲取事實證明的“實證”與合理推論的“虛證”。在這個過程中培養了學生解決劣構問題的能力與素養，浸潤客觀理性、嚴謹治學的科學家精神和綜合思維等地理核心素養。同時，這種將未知轉化為已知的過程促成科學家們在探索之路上持續創新，使學生在學習與模仿的過程中感受創新精神與創新意識，也符合培養具有創新潛質中學生的時代要求。

新時代中學課程思政是一項系統的、綜合的工程，也是貫徹立德樹人根本任務的重要途徑。作為自然與人文交融的地理學科，科學家精神是地理學科“大思政”的重要培育目標。在學科育人的背景下，在高中地理教學中通過融入科學家的科研過程，培育學生以科學家為榜樣的共情能力，推動課程育人與學生核心素養的提升。