基于蘇科版教材中物理學(xué)史的“HPS”實踐研究

摘 要：作為物理學(xué)重要組成部分的物理學(xué)史，是義務(wù)教育物理課程性質(zhì)的體現(xiàn)；物理學(xué)史教學(xué)是提高初中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)不可或缺的重要途徑.然而傳統(tǒng)物理教學(xué)中教師單向講授物理學(xué)史的方式卻不能完整地發(fā)揮物理學(xué)史教學(xué)的功能，為了解決此問題，本研究以蘇科版初中物理教材中“電磁感應(yīng) 發(fā)電機”為例，嘗試在物理學(xué)史教學(xué)中，實施 “HPS” （History of science、Philosophy of science、Sociology of science）策略.

關(guān)鍵詞：物理學(xué)史；HPS；電磁感應(yīng)

作者簡介：陳廣?。?987- ），男，江蘇高郵人，南京師范大學(xué)物理教育碩士，中學(xué)二級教師，研究方向：初中物理教學(xué)中如何滲透物理學(xué)史教育.

科學(xué)史與科學(xué)教育的有機結(jié)合，已經(jīng)納入當(dāng)今世界科學(xué)教育界的熱點問題.近代科學(xué)史奠基人喬治·薩頓（Geroge Sutton）認(rèn)為，科學(xué)史是聯(lián)系人文主義和科學(xué)家之間的唯一橋梁，滿足我們這個時代的主要文化需要.因此，它能夠幫助學(xué)生在獲得自然科學(xué)的整體形象、人性的形象的基礎(chǔ)上，能夠全面地理解科學(xué)、理解科學(xué)與人文的關(guān)系.自從科學(xué)史在50年代初被原美國哈佛大學(xué)校長科南特大力倡導(dǎo)引入科學(xué)教育以來，無論是在教育研究領(lǐng)域還是在教學(xué)實踐領(lǐng)域，都已日益引起了人們的廣泛重視.國際上，把科學(xué)史引入物理教育已經(jīng)作為物理教育改革的趨勢之一.

教材中物理學(xué)史作為鮮活的科學(xué)史，將其與物理教學(xué)相結(jié)合，理應(yīng)成為教師順應(yīng)國際物理教育改革趨勢、提升初中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑.然而傳統(tǒng)物理教學(xué)與物理學(xué)史的結(jié)合僅僅是一種簡單、單向的講授模式，自然無法實現(xiàn)教材中物理學(xué)史內(nèi)在的價值，因此為了消除傳統(tǒng)物理學(xué)史教學(xué)存在的弊端，顯現(xiàn)出物理學(xué)史教學(xué)的應(yīng)然功能，文章便以“電磁感應(yīng) 發(fā)電機”為例，嘗試在初中物理教學(xué)中實施 “HPS” 策略.

1 “HPS”教育理論

1997年英國倫敦大學(xué)國王學(xué)院的科學(xué)教育學(xué)者蒙克（M.Monk）和奧斯本（J.Osborne）聯(lián)合在《科學(xué)教育》雜志上發(fā)表了《把物理學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)融入課程中：一個教育學(xué)的發(fā)展模式》一文.在總結(jié)歷史經(jīng)驗與教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前關(guān)于科學(xué)課程改革的新觀點，他們提出了把HPS融入科學(xué)課程與教學(xué)中的新模式，他們特別注重兩點：一是學(xué)生的已有知識和經(jīng)驗（通常叫做兒童的“相異構(gòu)想”或“兒童的科學(xué)”），二是“我們?nèi)绾握J(rèn)知”這一重要的認(rèn)識論問題.同時，該課程與教學(xué)模式還考慮到教師在課堂教學(xué)中關(guān)注的兩個重要任務(wù)，即促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)概念的理解與課堂管理.

這一模式假設(shè)學(xué)習(xí)的課題是物理學(xué)史上某一個科學(xué)家曾經(jīng)研究過的自然現(xiàn)象，如落體運動、燃燒現(xiàn)象，電磁感應(yīng)現(xiàn)象等等.教學(xué)共有6個階段，每個階段的師生活動步驟和目標(biāo)如表1所述.

張大均認(rèn)為：探究學(xué)習(xí)是一種涉及形成問題、觀察、建立假設(shè)、分析數(shù)據(jù)、解釋預(yù)測、得出結(jié)論等多環(huán)節(jié)和多側(cè)面的復(fù)雜的教學(xué)活動，在這個活動過程中，教師不直接把構(gòu)成教學(xué)目標(biāo)的有關(guān)概念和認(rèn)知策略告訴學(xué)生，而是創(chuàng)造一種智力和社會交往環(huán)境，讓學(xué)生通過探索發(fā)現(xiàn)有利于開展這種探索的學(xué)科內(nèi)容要素和認(rèn)知策略[1].

由張大均對探究學(xué)習(xí)的定義可見，探究學(xué)習(xí)是一種以問題為目標(biāo)、以學(xué)生為主體的多向交流的互動性學(xué)習(xí)，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展學(xué)生解決問題的創(chuàng)造性思維能力，培養(yǎng)學(xué)生尊重事實、克服困難及獨立思考的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神.

崔允漷認(rèn)為：如果從探究學(xué)習(xí)自身特性來看，它一般包括五個方面的活動：提出問題、收集證據(jù)、形成解釋、評價結(jié)果、表達(dá)結(jié)果[2].

分析“HPS”教育理論的教學(xué)步驟，發(fā)現(xiàn)其與上述探究學(xué)習(xí)步驟在本質(zhì)上有相似之處，因此“HPS”教育理論實際上是一種探究學(xué)習(xí)理論.

“HPS”教育理論本質(zhì)上是一種探究學(xué)習(xí)理論，文章便運用“HPS”教育理論嘗試解決物理學(xué)史教學(xué)方式單一的問題.

物理學(xué)史的教學(xué)雖不可能以某一節(jié)內(nèi)容為載體，但可以某一節(jié)涉及的重點或難點內(nèi)容為載體，本研究為了使學(xué)生通過科學(xué)探究來突破重、難點部分，嘗試實施“HPS”探究型教學(xué)策略，包含引入探究、互動探究及評價探究三個部分.

2 “電磁感應(yīng) 發(fā)電機”教學(xué)實錄

針對傳統(tǒng)初中物理教學(xué)中單向講授物理學(xué)史的問題，本研究選擇蘇科版教材中“電磁感應(yīng) 發(fā)電機”這節(jié)內(nèi)容，運用 HPS模式進(jìn)行物理學(xué)史教學(xué).

2.1 “電磁感應(yīng) 發(fā)電機”教學(xué)準(zhǔn)備

2.1.1 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過探究活動，知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象，知道產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件；

（2）通過探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生過程，認(rèn)識自然現(xiàn)象之間是相互聯(lián)系的，進(jìn)一步了解探究自然奧秘的科學(xué)方法；

（3）通過本節(jié)學(xué)習(xí)，認(rèn)識到一切創(chuàng)造發(fā)明都離不開科學(xué)探究，初步形成創(chuàng)造發(fā)明的意識.

2.1.2 教材分析

教材安排了轉(zhuǎn)動微型電扇能發(fā)電的活動內(nèi)容，學(xué)生會對原為電動機的吊扇發(fā)電的現(xiàn)象感到好奇而產(chǎn)生問題，這種引入課題的方法與傳統(tǒng)教材對比，最大的特點就是直觀，容易激發(fā)學(xué)生探究問題的興趣，而且探究的目的、方向明確，容易切入對問題的探究.

在學(xué)生初步感知“磁能生電”之后，再介紹法拉第經(jīng)過長達(dá)10年的不懈探索才發(fā)現(xiàn)了“磁生電”現(xiàn)象的史實，讓學(xué)生感受科學(xué)發(fā)現(xiàn)的艱辛，認(rèn)識到一切創(chuàng)造發(fā)明的基礎(chǔ)是科學(xué)探究.[3]

2.1.3 學(xué)生分析

學(xué)生通過前面“電流的磁場”的學(xué)習(xí)，知道奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng).既然電能生磁，那么學(xué)生自然會提出“磁能不能生電？”的問題.但學(xué)生大多認(rèn)為磁生電是穩(wěn)態(tài)過程，只要磁場足夠強、電流計足夠靈敏，就能觀察到電磁感應(yīng)現(xiàn)象，教學(xué)中教師要設(shè)法激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，利用實驗等方式，實現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變.

2.2 “電磁感應(yīng) 發(fā)電機”教學(xué)過程

2.2.1 引入探究endprint

如圖1[4]所示，以本節(jié)的導(dǎo)圖引入教學(xué)課題.

師：同學(xué)們先不要急著猜想，老師先請一位班上體格健壯的男同學(xué)上來，和老師一起合作演示一個實驗，請同學(xué)們注意觀察實驗現(xiàn)象.

男同學(xué)輕松地用手捏住微型電扇插頭的兩個插腳，這時，教師快速地旋轉(zhuǎn)電扇的葉片.

師：請這位男同學(xué)說一說為什么要將手迅速地拿開.

男生：手感覺被電猛地觸了一下.

學(xué)生都笑了.

師：他的感覺一定可靠嗎？

生：不一定.

師：老師開始演示教材中的活動，請同學(xué)們注意觀察實驗現(xiàn)象.

教師先在微型電扇的插頭處接一個發(fā)光二極管，用手快速地旋轉(zhuǎn)電扇的葉片.

師：你們發(fā)現(xiàn)了什么？

生：二極管發(fā)光了.

教室內(nèi)，由之前的笑聲變成了鴉雀無聲，教師把握此時學(xué)生的認(rèn)知困境，向?qū)W生展示電扇內(nèi)部的結(jié)構(gòu)——主要由磁體和線圈構(gòu)成的電動機.

師：同學(xué)們，現(xiàn)在你們覺得磁能生電嗎？

生：能.

師：當(dāng)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)后，當(dāng)時，有很多物理學(xué)家提出了和我們相同的猜想，并進(jìn)行了艱苦的探索.最終，英國物理學(xué)家法拉第用十年時間成為第一位發(fā)現(xiàn)“磁生電”的物理學(xué)家.同學(xué)們，想不想成為我們班級的法拉第？

生：想.

2.2.2 互動探究

師：那我們要實現(xiàn)磁生電，首先需要哪些器材？

生：磁體、導(dǎo)體、開關(guān)、導(dǎo)線等.

師：怎樣知道電路中有電流？

生1：用小燈泡.

生2：用電鈴.

生3：用電流表.

生4：用靈敏電流計.

師：上述方法都可行，那么哪種方法最直接、最精確地顯示出電路中的電流？

生：用靈敏電流計.

教師將學(xué)生選擇的器材進(jìn)行組裝，如圖2所示：

師：閉合開關(guān)，電路中有沒有電流產(chǎn)生？

生：沒有.

師：你們怎么知道的？

生：電流表的指針沒有偏轉(zhuǎn).

師：怎么改進(jìn)器材，可使閉合電路產(chǎn)生感應(yīng)電流？

生5：可能磁鐵的磁性不夠強，再放一塊馬蹄形磁鐵.

教師并排放置后，指針仍然沒有偏轉(zhuǎn).

生6：可能導(dǎo)體的電阻太大，換一個粗一點的導(dǎo)體，使得阻值變小.

教師換上一塊粗的導(dǎo)體后，指針仍然沒有偏轉(zhuǎn).

師：磁鐵放了兩塊；導(dǎo)體換了小阻值的，但是指針仍然未動，看來磁是不能生電了.

教師無奈地將磁鐵取走.

生：動了.

教師停止移動磁鐵.

師：沒動啊.

生：剛剛磁鐵動的時候，指針動了.

教師重復(fù)上述動作，指針的確動了.

師：這說明什么？

生：磁能生電.

學(xué)生們都表現(xiàn)出無比的激動，教師借機用PPT展示法拉第艱苦的探究歷程：

法拉第從1821年就開始用實驗的方法來進(jìn)行探索“把磁體變成電”的研究.開始時，他想得比較簡單，認(rèn)為用強大的磁鐵靠近導(dǎo)線，導(dǎo)線中就會產(chǎn)生穩(wěn)定的電流，但結(jié)果都失敗了.1831年9月24日，他在兩個條形磁鐵N、S極中間，放上一根繞有線圈的圓鐵棒，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)圓鐵棒脫離或靠近磁極的瞬間，電流計的指針就會偏轉(zhuǎn).至此，法拉第用十年才成為歷史上第一個發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的人.

師：是不是只有這種情況下，磁才能生電呢？下面我們分組探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件.

學(xué)生按照教材的步驟進(jìn)行實驗探究，并填好實驗表格數(shù)據(jù)，如表2所示：

師：導(dǎo)體運動，回路中就一定能產(chǎn)生感應(yīng)電流嗎？

生：不是，沿著磁場方向不能.

師：如果把導(dǎo)體看成鐮刀，磁感線看成小麥，導(dǎo)體怎樣運動才能使回路產(chǎn)生感應(yīng)電流？

生：導(dǎo)體要切割磁感線.

師：綜上所述，感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件是什么？

生：閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動時，電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流.

2.2.3 評價探究

義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）對評價的指導(dǎo)思想為：“學(xué)習(xí)評價應(yīng)以促進(jìn)學(xué)生在“知識與技能”“過程與方法”和“情感·態(tài)度·價值觀”方面的發(fā)展為目的.評價要有助于學(xué)生對科學(xué)知識的理解，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和實驗?zāi)芰Γ兄谂囵B(yǎng)學(xué)生的思維能力，有助于學(xué)生運用物理知識和方法解決學(xué)習(xí)和生活中的問題，有助于學(xué)生保持對學(xué)習(xí)的興趣、對自然界的好奇心和對科學(xué)的求知欲，有助于培養(yǎng)學(xué)生堅持真理、勇于創(chuàng)新、實事求是的科學(xué)精神.[5]” “知識與技能”與“過程與方法”是學(xué)生在認(rèn)知過程中學(xué)習(xí)的結(jié)果；“情感·態(tài)度·價值觀”是學(xué)生在體驗過程中學(xué)習(xí)的結(jié)果.

為了檢驗學(xué)生在認(rèn)知過程和體驗過程中學(xué)習(xí)的結(jié)果，本文分別運用當(dāng)堂練習(xí)和課后作業(yè)來進(jìn)行評價，如下所示.

當(dāng)堂練習(xí)：蘇科版初中物理同步練習(xí)；

課后作業(yè)：在了解法拉第相關(guān)物理學(xué)史的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己的實驗探究，談?wù)劚竟?jié)課的收獲.

2.3 “電磁感應(yīng) 發(fā)電機”教學(xué)反思

辯證唯物主義認(rèn)為，世界的統(tǒng)一性在于它的物質(zhì)性，物理學(xué)的多樣統(tǒng)一美是物質(zhì)世界和諧統(tǒng)一的本質(zhì)在物理學(xué)中的體現(xiàn).在物質(zhì)世界中，各不相同甚至對立的自然事物和現(xiàn)象通過種種關(guān)系被聯(lián)系在一起，它們相互依存、相互作用、環(huán)環(huán)緊扣、配合有致，呈現(xiàn)出和諧統(tǒng)一的美景.他實現(xiàn)了電磁統(tǒng)一，電和磁可以相互轉(zhuǎn)化.

本節(jié)課采取了“HPS”教學(xué)模式，從對學(xué)生的調(diào)查詢問看，學(xué)生對這樣處理“電磁感應(yīng) 發(fā)電機”相當(dāng)滿意，普遍反映通過學(xué)習(xí)能真正深刻地認(rèn)識到了感應(yīng)電流產(chǎn)生的瞬時性，并使他們在物理學(xué)習(xí)中充分領(lǐng)略科學(xué)家追求科學(xué)真理的勇氣、創(chuàng)新精神.

3 結(jié)論

電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，具有劃時代的意義.它把電與磁兩種現(xiàn)象聯(lián)系起來了.在實際應(yīng)用方面，找到了機械能轉(zhuǎn)化為電能的方法，并以此制成生活中的發(fā)電機，開創(chuàng)了電氣化時代的新紀(jì)元；在理論上，為建立電磁場的理論體系打下了基礎(chǔ).

學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)，目標(biāo)不在于電磁感應(yīng)的內(nèi)容，而在于其發(fā)現(xiàn)的過程.課堂既要還原出發(fā)現(xiàn)過程的曲折性，又要彰顯出科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性，這些都是物理學(xué)史提升初中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的必要條件.因此，本文打破傳統(tǒng)的物理學(xué)史講授模式，緊貼蘇科版教材中“電磁感應(yīng) 發(fā)電機”的設(shè)計思路，嘗試在本節(jié)物理學(xué)史教學(xué)中，實施 “HPS” （History of science、Philosophy of science、Sociology of science）策略.

參考文獻(xiàn)：

[1]張大均，郭成，余林.教育心理學(xué)[M].北京：人民教育出版社，2005：365-366.

[2]崔允漷.有效教學(xué)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2009：172.

[3]劉炳昇，李容.物理教師教學(xué)用書（9年級下冊）[M].江蘇：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2007：38.

[4]劉炳昇，李容.物理（九年級下冊）[M].江蘇：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2013：51.

[5]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出社，2012：33-34.endprint