基于HPS教育的新人教版和新粵教版高中物理教材對(duì)比研究

黃曉娜 吳先球

摘 ? 要：HPS教育以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)，與《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的要求高度契合。人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的探索蘊(yùn)含了豐富的科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，文章以“行星的運(yùn)動(dòng)”內(nèi)容為例，對(duì)新人教版和新粵教版教材HPS的呈現(xiàn)方式與內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比研究，并提出相應(yīng)的備課建議，給教師教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：HPS;新人教版教材;新粵教版教材;行星的運(yùn)動(dòng);教材對(duì)比

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2020）6-0023-5

1 ? ?引 ?言

HPS是科學(xué)史（History）、科學(xué)哲學(xué)（Philosophy）、科學(xué)社會(huì)學(xué)（Sociology of Science）的簡(jiǎn)稱，這一教育理念是于1980年提出的，目的是通過(guò)將科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)融入科學(xué)教育從而幫助學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)，提高科學(xué)素養(yǎng)[1]，是國(guó)際日益關(guān)注的一種教育理念。《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出了物理學(xué)科核心素養(yǎng)，在其課程目標(biāo)中明確提出了學(xué)生要具有批判性思維的意識(shí)，能正確認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)，了解科學(xué)與社會(huì)等的關(guān)系[2]。HPS教育與我國(guó)新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求高度契合。將HPS教育融入物理教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為目標(biāo)，通過(guò)科學(xué)史的滲透，幫助學(xué)生了解科學(xué)知識(shí)的基本發(fā)展歷程;通過(guò)科學(xué)哲學(xué)的滲透，提高學(xué)生的思辨能力，培養(yǎng)科學(xué)思維，增強(qiáng)學(xué)生的批判精神和懷疑精神;通過(guò)科學(xué)社會(huì)學(xué)的滲透，幫助學(xué)生正確評(píng)判科學(xué)的社會(huì)價(jià)值，意識(shí)到科學(xué)理論的發(fā)展受特定社會(huì)因素的影響。

教材是課標(biāo)要求的具體體現(xiàn)，是教師教學(xué)的基本依據(jù)，是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的主要資源[3]。2018年新高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)頒布后，各個(gè)版本的教材也進(jìn)行了相應(yīng)的革新。本文以必修二《萬(wàn)有引力定律》章節(jié)中的第一節(jié)為例，即新人教版教材的《行星的運(yùn)動(dòng)》與新粵教版教材的《認(rèn)識(shí)天體運(yùn)動(dòng)》（以下簡(jiǎn)稱新人教版、新粵教版），基于HPS教育對(duì)其進(jìn)行對(duì)比分析，并提出相應(yīng)的備課建議，為教師在教學(xué)中融入HPS教育，提高學(xué)生核心素養(yǎng)提供參考。

2 ? ?兩版教材HPS呈現(xiàn)方式的比較研究

2.1 ? ?正文主體

新人教版《行星的運(yùn)動(dòng)》這一節(jié)在正文部分首先簡(jiǎn)單地提出了古代存在“地心說(shuō)”和“日心說(shuō)”兩種對(duì)立的看法，并且直接得出經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期斗爭(zhēng)“日心說(shuō)”戰(zhàn)勝了“地心說(shuō)”，緊接著對(duì)天體是否做完美的勻速圓周運(yùn)動(dòng)提出質(zhì)疑，進(jìn)而引出了開(kāi)普勒的研究，對(duì)開(kāi)普勒三大定律進(jìn)行了詳細(xì)的知識(shí)講解。關(guān)于人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)的科學(xué)史，新人教版教材在正文部分并沒(méi)有提及，而是在正文結(jié)尾的“科學(xué)漫步”欄目進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

新粵教版《認(rèn)識(shí)天體運(yùn)動(dòng)》的正文部分則是按照科學(xué)史的邏輯線索，先詳細(xì)介紹了“地心說(shuō)”到“日心說(shuō)”的演變過(guò)程，再對(duì)開(kāi)普勒定律進(jìn)行詳細(xì)介紹。

從兩版教材該節(jié)的正文主體內(nèi)容的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，新人教版的正文主體中HPS的相關(guān)內(nèi)容呈現(xiàn)較少，而是側(cè)重于開(kāi)普勒定律的知識(shí)講解。新粵教版則是在正文主體部分貫穿了HPS的相關(guān)內(nèi)容。

2.2 ? ?特色欄目

新人教版在“科學(xué)漫步”欄目中詳細(xì)介紹了人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)，從托勒密的地心宇宙，到哥白尼攔住了太陽(yáng)，推動(dòng)了地球，再介紹天才觀測(cè)家第谷，最后是開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)的行星運(yùn)動(dòng)定律，滲透了HPS教育。

新粵教版則是在“實(shí)踐與拓展”欄目提出通過(guò)查閱相關(guān)資料，了解哥白尼、第谷、開(kāi)普勒等科學(xué)家的研究過(guò)程和研究成果，思考他們的成就對(duì)天文學(xué)和社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生了怎樣的影響。通過(guò)讓學(xué)生自主課后查閱資料，滲透科學(xué)史和科學(xué)社會(huì)學(xué)的教育。新粵教版還在正文最后的“資料活頁(yè)”欄目介紹了中國(guó)古代天文學(xué)在天象觀測(cè)、儀器創(chuàng)制和立法編訂三個(gè)方面的成就，啟發(fā)學(xué)生繼承我國(guó)古代天文學(xué)家的科學(xué)精神。

綜上所述可以發(fā)現(xiàn)，新人教版《行星的運(yùn)動(dòng)》這一節(jié)HPS相關(guān)內(nèi)容絕大部分呈現(xiàn)在“科學(xué)漫步”的特色欄目中，正文的滲透較少;而新粵教版《認(rèn)識(shí)天體運(yùn)動(dòng)》則是在正文主體部分和特色欄目均呈現(xiàn)了HPS的內(nèi)容，分布較均衡。雖然兩版教材在HPS內(nèi)容的呈現(xiàn)方式上有所不同，但都體現(xiàn)了科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，展現(xiàn)科學(xué)發(fā)展的曲折性與革命性，認(rèn)識(shí)到科學(xué)理論的建立是在反常危機(jī)中不斷重構(gòu)，了解科學(xué)理論建立的社會(huì)背景，從而引導(dǎo)學(xué)生深入理解科學(xué)本質(zhì)，學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)方法與科學(xué)精神。

3 ? ?兩版教材HPS內(nèi)容的比較研究

為了分析兩版教材中HPS內(nèi)容的具體呈現(xiàn)情況，在查閱大量文獻(xiàn)和基于課程標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，確定如表1所示的教材分析類目表[4-5]?；贖PS的子類目及教材的操作性定義，對(duì)《行星的運(yùn)動(dòng)》與《認(rèn)識(shí)天體運(yùn)動(dòng)》兩節(jié)進(jìn)行細(xì)致的對(duì)比與分析。

3.1 ? ?科學(xué)史內(nèi)容的比較分析

科學(xué)史是科學(xué)產(chǎn)生、形成、發(fā)展及其演變的反映[6]。兩版教材中科學(xué)史的呈現(xiàn)方式雖然有所差別，但科學(xué)史內(nèi)容均比較完整。關(guān)于人類對(duì)天體運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)的科學(xué)史，其中主要科學(xué)家托勒密、哥白尼、第谷、開(kāi)普勒的相關(guān)貢獻(xiàn)，新人教版和新粵教版均有提及;宇宙觀理論的發(fā)展，即從“地心說(shuō)”到“日心說(shuō)”再到開(kāi)普勒定律的發(fā)現(xiàn)，兩版教材也均進(jìn)行了詳細(xì)介紹。但是，在主要科學(xué)家介紹和相關(guān)理論的內(nèi)容分布上有詳略差異，總結(jié)如表2所示。

由表2可以看出：

（1）在科學(xué)家的生平事跡方面，新人教版提及了哥白尼的重要著作《天體運(yùn)行論》，對(duì)第谷的貢獻(xiàn)介紹更為詳細(xì)，對(duì)開(kāi)普勒的介紹中通過(guò)具體的數(shù)據(jù)，體現(xiàn)了開(kāi)普勒研究過(guò)程中的曲折性與開(kāi)普勒不屈不撓的科學(xué)精神和細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。新粵教版則凸顯了開(kāi)普勒使用數(shù)學(xué)公式表達(dá)物理規(guī)律對(duì)物理學(xué)發(fā)展起到的推動(dòng)作用。

（2）在重要理論的發(fā)現(xiàn)及其演變過(guò)程方面，新人教版對(duì)人類認(rèn)識(shí)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)史的敘述更加完整，引導(dǎo)性更強(qiáng)。新粵教版在行星運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)的科學(xué)史介紹相較新人教版不夠全面，但是在“實(shí)踐與拓展”欄目提出讓學(xué)生自行查閱相關(guān)的科學(xué)史。

3.2 ? ?科學(xué)哲學(xué)內(nèi)容的比較分析

科學(xué)哲學(xué)強(qiáng)調(diào)對(duì)科學(xué)本性的理性分析或是對(duì)科學(xué)概念、規(guī)律的哲學(xué)思辨，將科學(xué)哲學(xué)融入物理教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生思考問(wèn)題時(shí)的多元性或批判性分析，從而培養(yǎng)學(xué)生批判和懷疑的精神[1]。新人教版在敘述完“地心說(shuō)”與“日心說(shuō)”后提出問(wèn)題：無(wú)論“地心說(shuō)”還是“日心說(shuō)”，古人都認(rèn)為天體是做完美的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，行星的運(yùn)動(dòng)真的是這樣嗎？新粵教版則是更進(jìn)一步，在介紹了開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)利用圓周運(yùn)動(dòng)模型描述火星運(yùn)動(dòng)時(shí)與第谷實(shí)際觀測(cè)結(jié)果不符從而提出問(wèn)題：是第谷觀測(cè)存在誤差，還是火星根本不繞圓形軌道運(yùn)動(dòng)？無(wú)論是直接提出問(wèn)題，還是基于一定的證據(jù)再提出思考問(wèn)題，都體現(xiàn)了通過(guò)問(wèn)題喚起學(xué)生對(duì)行星做圓周運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)的思考，富有趣味性和引導(dǎo)性。兩版教材都通過(guò)科學(xué)史的介紹傳遞了科學(xué)本質(zhì)觀，科學(xué)知識(shí)不是一成不變的，需要長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累，在積累的基礎(chǔ)上探索、發(fā)現(xiàn)新規(guī)律，啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)理論是不斷變化發(fā)展的，現(xiàn)在公認(rèn)的真理在未來(lái)也極有可能被新的理論所代替。

3.3 ? ?科學(xué)社會(huì)學(xué)內(nèi)容的比較分析

科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的關(guān)系越來(lái)越密切，科學(xué)社會(huì)學(xué)認(rèn)為科學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生與發(fā)展是依賴于一定的社會(huì)情境的，并不是純粹、客觀的?？茖W(xué)社會(huì)學(xué)的滲透，可以幫助學(xué)生正確評(píng)判科學(xué)理論的社會(huì)價(jià)值，意識(shí)到科學(xué)理論在某一時(shí)代的發(fā)展程度反映那個(gè)階段的社會(huì)生產(chǎn)力，受到特定社會(huì)因素的影響[4]。兩版教材中科學(xué)社會(huì)學(xué)內(nèi)容的比較分析如表3所示。

從表3可以發(fā)現(xiàn)：

（1）兩版教材均提及了人類探索行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律過(guò)程中科學(xué)社會(huì)學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，新粵教版《認(rèn)識(shí)天體運(yùn)動(dòng)》詳細(xì)介紹了“地心說(shuō)”“日心說(shuō)”的提出對(duì)當(dāng)時(shí)社會(huì)產(chǎn)生的影響，新人教版《行星的運(yùn)動(dòng)》則是對(duì)“日心說(shuō)”產(chǎn)生的社會(huì)背景進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

（2）由于教材篇幅的限制，兩版教材關(guān)于“地心說(shuō)”科學(xué)社會(huì)學(xué)的內(nèi)容敘述雖有提及，但內(nèi)容不夠全面。兩版教材都沒(méi)有對(duì)“地心說(shuō)”提出的社會(huì)背景進(jìn)行介紹，即“地心說(shuō)”的提出實(shí)際上是受到當(dāng)時(shí)社會(huì)、科學(xué)發(fā)展水平及宗教觀念的影響。托勒密根據(jù)當(dāng)時(shí)人們普遍接受的運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系提出論證，如果地球自身在轉(zhuǎn)動(dòng)，那么空中的云朵及飛鳥必將相對(duì)地球往后運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上并沒(méi)有發(fā)生這種現(xiàn)象，因此他認(rèn)為地球必然是靜止不動(dòng)的。又由于當(dāng)時(shí)缺乏足夠的宇宙觀測(cè)數(shù)據(jù)以及人所處的星球應(yīng)該位于宇宙中心這種樸素的以人為本的觀念，提出地球處于宇宙中心的觀點(diǎn)。兩版教材對(duì)“地心說(shuō)”在當(dāng)時(shí)社會(huì)背景下的歷史意義也沒(méi)有提及，學(xué)生容易產(chǎn)生“地心說(shuō)”觀點(diǎn)禁錮人們思想、阻止人們正確認(rèn)識(shí)宇宙的錯(cuò)誤觀念，無(wú)法正確認(rèn)識(shí)“地心說(shuō)”在當(dāng)時(shí)的社會(huì)價(jià)值，即“地心說(shuō)”是世界上第一個(gè)行星體系模型，致力于揭示行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律，體現(xiàn)了古代人們對(duì)宇宙的探索。

4 ? ?備課建議

4.1 ? ?整合教材資源，重視特色欄目，結(jié)合不同版本物理教材進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)

教材是教師備課的重要資源，不同版本的教材在教學(xué)內(nèi)容的編排上有所不同。例如，在《行星的運(yùn)動(dòng)》這一節(jié)，新人教版在正文部分并沒(méi)有提及科學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容，教師在備課過(guò)程中如果沒(méi)有關(guān)注“科學(xué)漫步”的相關(guān)內(nèi)容，而是只側(cè)重開(kāi)普勒定律的學(xué)習(xí)，不僅會(huì)使得課堂單調(diào)乏味，還會(huì)使學(xué)生對(duì)其科學(xué)本質(zhì)無(wú)法正確理解。教師備課過(guò)程可結(jié)合新粵教版《認(rèn)識(shí)天體運(yùn)動(dòng)》的教學(xué)邏輯結(jié)構(gòu)，在課堂中以科學(xué)史為線索進(jìn)行教學(xué)，滲透HPS教育。同樣，如果教師只參考新粵教版的《認(rèn)識(shí)天體運(yùn)動(dòng)》一節(jié)，在教學(xué)中相關(guān)科學(xué)史的敘述容易有所缺失，結(jié)合新人教版教材進(jìn)行備課可相互補(bǔ)充?？梢?jiàn)，教師應(yīng)該注意結(jié)合不同版本的教材進(jìn)行備課，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)以及學(xué)生情況對(duì)教材進(jìn)行整合分析，吸取不同版本教材的優(yōu)勢(shì)。關(guān)注教材中特色欄目的內(nèi)容，而不是將其簡(jiǎn)單地作為科普知識(shí)留給學(xué)生課后自己學(xué)習(xí)。

4.2 ? ?關(guān)注教材中的HPS內(nèi)容，促進(jìn)HPS教育理念融入物理教學(xué)

HPS教育既能幫助學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)概念和規(guī)律，又通過(guò)再現(xiàn)科學(xué)知識(shí)的形成過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家的思維方式及科學(xué)研究方法，滲透科學(xué)態(tài)度與責(zé)任[7]。教師在備課過(guò)程中，如果只側(cè)重“日心說(shuō)”和開(kāi)普勒定律的知識(shí)講解，而忽視對(duì)其形成的過(guò)程、曲折的演變過(guò)程等的介紹，容易使得學(xué)生對(duì)人類對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)過(guò)程一知半解，誤以為開(kāi)普勒定律的建立是一蹴而就的，只有開(kāi)普勒這樣的天才才能發(fā)現(xiàn)規(guī)律，忽視了其他科學(xué)家的貢獻(xiàn)。并且教材中關(guān)于科學(xué)哲學(xué)的表述比較隱晦，需要教師在備課過(guò)程中能敏銳地提取教材中所蘊(yùn)含的科學(xué)哲學(xué)思想，并通過(guò)科學(xué)史的介紹，引導(dǎo)學(xué)生從哲學(xué)層面思考科學(xué)的發(fā)展過(guò)程。

4.3 ? ?合理安排教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)擴(kuò)展HPS相關(guān)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)

兩版教材都體現(xiàn)了HPS教育理念，但是由于教材篇幅的限制，HPS內(nèi)容的呈現(xiàn)難以完整。例如，本文分析的“行星的運(yùn)動(dòng)”這一內(nèi)容，兩版教材關(guān)于科學(xué)社會(huì)學(xué)的內(nèi)容不夠全面，教師在備課過(guò)程中可適當(dāng)查閱相關(guān)資料，結(jié)合教學(xué)時(shí)間，合理擴(kuò)充HPS的內(nèi)容，使得教學(xué)內(nèi)容更加豐富，促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)，提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

5 ? ?結(jié) ? 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比研究新人教版《行星的運(yùn)動(dòng)》和新粵教版《認(rèn)識(shí)天體運(yùn)動(dòng)》中HPS教育的滲透情況，發(fā)現(xiàn)兩版教材均呈現(xiàn)了HPS的相關(guān)內(nèi)容，但是在呈現(xiàn)方式和具體內(nèi)容方面有所區(qū)別。在HPS的呈現(xiàn)方式方面，新人教版將HPS的相關(guān)內(nèi)容集中在“科學(xué)漫步”的特色欄目中，而新粵教版在正文和特色欄目中均有呈現(xiàn)，分布均衡。在科學(xué)史的滲透方面，新人教版的敘述更加完整，內(nèi)容更加豐富;在科學(xué)哲學(xué)方面，兩版教材均引導(dǎo)學(xué)生對(duì)現(xiàn)有理論進(jìn)行思辨;在科學(xué)社會(huì)學(xué)方面，兩版教材均有提及，但由于篇幅限制，關(guān)于“地心說(shuō)”理論的科學(xué)社會(huì)學(xué)內(nèi)容不夠全面。最后，根據(jù)對(duì)比分析的結(jié)論提出相應(yīng)的備課建議，供教師參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]張晶.HPS教育的五個(gè)主要特征及其對(duì)我國(guó)科學(xué)教育改革的啟示[J].科學(xué)技術(shù)哲學(xué)研究，2010，27（1）：92-96.

[2]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3]李新鄉(xiāng)，張軍朋.物理教學(xué)論[M].北京：科學(xué)出版社，2009：254-277.

[4]戴敏.中美初中物理教科書中HPS內(nèi)容比較研究[D].武漢：華中師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2017.

[5]趙思瑩.基于HPS教育理念的高中物理教材研究[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2018.

[6]陶文娟. HPS教學(xué)模式在中學(xué)物理教學(xué)中運(yùn)用的初步研究[D].長(zhǎng)春：東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013.

[7]Ricardo Lopes Coelho. Could HPS Improve Problem-Solving[J]. Science & Education，2013，22（5）：1043-1068.

（欄目編輯 ? ?劉 ? 榮）