新舊版本物理教科書中HPS內(nèi)容的比較研究
——以人教版普通高中物理必修1為例

何雨澤 周少娜

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院,廣東 廣州 510006)

20世紀(jì)80年代末,以美國為首的西方國家相繼推行HPS教育,目的是讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)(History,Philosophy & Sociology of Science,HPS)來促進科學(xué)教育.[1]而我國也逐漸重視HPS教育. 特別是,2017年版普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中,物理教學(xué)目標(biāo)從“三維目標(biāo)”轉(zhuǎn)向了物理學(xué)科核心素養(yǎng),物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要指物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任4個方面.[2]HPS教育可以通過科學(xué)史實幫助學(xué)生梳理科學(xué)知識本身邏輯,[3]再通過對科學(xué)知識的哲學(xué)思考,幫助學(xué)生形成能基于事實和推理提出質(zhì)疑和批判的科學(xué)思維.同時,通過強調(diào)社會因素在科學(xué)發(fā)展中的作用,HPS教育可以幫助學(xué)生認識科學(xué)與社會的關(guān)系,形成嚴(yán)謹(jǐn)認真和實事求是的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.[4]在物理課程中增加HPS內(nèi)容可以使學(xué)生更好地把握科學(xué)本質(zhì),[5]增強學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng). 教科書是教師教學(xué)的主要依據(jù)和學(xué)生學(xué)習(xí)的主要材料,也是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要載體.[6]教科書滲透相關(guān)HPS內(nèi)容,不但能讓學(xué)生了解科學(xué)知識,更能讓學(xué)生體會科學(xué)思想、科學(xué)精神和掌握科學(xué)方法.[7]本文通過以人民教育出版社出版的普通高中教科書物理必修1為研究對象,對2019年審核通過的最新版本教科書與2004年審核通過的舊版教科書進行對比,幫助教師和學(xué)生更好地感知和理解教科書.

1 新舊教科書中的HPS內(nèi)容總體的呈現(xiàn)情況

表1中統(tǒng)計了HPS內(nèi)容在兩本教科書中的頻數(shù)分布,從表中可以對比科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)3項內(nèi)容在兩版教科書中的數(shù)量及比重.本研究根據(jù)張晶對HPS教育的概念界定和其對HPS教育對應(yīng)的科學(xué)教育體系結(jié)構(gòu)的定義,[8]分別對科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)融入兩本教科書的情況做了詳細地統(tǒng)計．

表1 新舊教科書中的HPS內(nèi)容總數(shù)統(tǒng)計

由表1可以看出,新版教科書與舊版教科書相比HPS內(nèi)容呈現(xiàn)的總次數(shù)基本一致,但3項內(nèi)容各自的數(shù)量有所變化. 其中,科學(xué)史的呈現(xiàn)次數(shù)減少、占HPS內(nèi)容總數(shù)的比例減小;科學(xué)哲學(xué)呈現(xiàn)次數(shù)增加、占HPS內(nèi)容總數(shù)的比例增加;而科學(xué)社會學(xué)呈現(xiàn)次數(shù)增加、占HPS內(nèi)容總數(shù)的比例不變. 舊版教科書中科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)3部分占比懸殊較大,其中科學(xué)史超過一半,科學(xué)哲學(xué)占比較小. 而新版教科書調(diào)整后,科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)3項占總數(shù)的比例相對趨于平均. 雖然科學(xué)史占總數(shù)的比例仍為最大,科學(xué)哲學(xué)占總數(shù)的比例仍為最小,但兩者差距減小.

通過以上變化可以發(fā)現(xiàn),新版教科書的編寫比舊版教科書更加重視科學(xué)哲學(xué)的內(nèi)容. 在2017版普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中“能正確認識科學(xué)的本質(zhì)”[2]已明確成為課程目標(biāo)之一. 而科學(xué)哲學(xué)通過對科學(xué)本質(zhì)的哲學(xué)思辨,有助于學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì),樹立正確的科學(xué)觀.[9]例如新版必修1序言中有一段關(guān)于法拉第發(fā)明電磁感應(yīng)定律的描述“磁能生電的規(guī)律是符合直覺的,但其產(chǎn)生的方式卻和最初的直覺很不相同. 可見,客觀規(guī)律是否與直覺一致,是不能一概而論的,需要針對具體情況通過認真的研究才能搞清楚.”通過這段描述,能夠有助于培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維,幫助學(xué)生養(yǎng)成具體問題具體分析的科學(xué)思維,而不僅僅一味地肯定或否定某些科學(xué)方法. 這種辯證的科學(xué)思維能更好地幫助學(xué)生看待已有的科學(xué)定律,使學(xué)生達到課程目標(biāo)中的“具有批判性思維的意識,能基于證據(jù)大膽質(zhì)疑,從不同角度思考問題,追求科技創(chuàng)新.”[2]

新版教科書中增加的科學(xué)哲學(xué)內(nèi)容中,有4處為有關(guān)“科學(xué)哲學(xué)認識論和方法論”的相關(guān)內(nèi)容,通過增加這些科學(xué)哲學(xué)的內(nèi)容強化學(xué)生的科學(xué)思維和對科學(xué)知識的認識方式. 例如新版必修1理想實驗的魅力這一知識點,在舊版的內(nèi)容基礎(chǔ)上又增加一段補充文字“伽利略理想實驗的本質(zhì)是想象著把實際中存在、影響物體運動的摩擦力去掉,抓住事物的本質(zhì)”,能夠幫助學(xué)生更好地理解這種即便不可能通過現(xiàn)實中的實驗實現(xiàn),但只要邏輯自洽,仍可以合理推理出科學(xué)定律的方法. 這些科學(xué)認識論和方法論的內(nèi)容有助于拓寬學(xué)生的思維,令學(xué)生產(chǎn)生更多的創(chuàng)造性見解.

2 舊版教科書中的HPS內(nèi)容在新版教科書中的保留情況

表2中統(tǒng)計了舊版物理必修1中所有HPS內(nèi)容在新版教科書中的保留情況.新增指新版教科書中該處內(nèi)容在舊教科書中沒有相關(guān)內(nèi)容,刪除指新版教科書中不再含有舊版教科書中的該處內(nèi)容,保留指新版教科書中保留了舊教科書的相關(guān)內(nèi)容. 保留又分為相同、更新、增添、縮減、修改. 其中特別說明的是,更新是指舊版教科書中該處內(nèi)容在新版教科書中更改為2004年以后的科學(xué)成果或因2004年以后的科學(xué)成果而產(chǎn)生變化. 如新版必修1第112頁(對應(yīng)舊版必修1第94頁),舊版教科書中留下了“引力波是否真的存在?”的疑問,而新版教科書則是改為“直到2016年,科學(xué)家們用激光干涉儀代替鋁棒作為‘天線’,建成了引力波激光干涉儀探測裝置,才首次探測到了來自于雙黑洞合并的引力波信號.”表2還統(tǒng)計了在新版教科書保留的HPS內(nèi)容中相同的數(shù)量,此處的相同指該內(nèi)容新舊教科書基本一致,沒有新增其他的HPS內(nèi)容,個別句子的改動,如不涉及知識內(nèi)容的變動,仍算作相同.

表2 舊版教科書中HPS內(nèi)容的保留情況統(tǒng)計

由以上表2可以看出,舊版教科書中的HPS內(nèi)容大部分均保留至新版教科書中,其中舊版教科書中的科學(xué)史內(nèi)容保留了17處,刪除了8處,如新版必修1的序言中刪除了舊版教科書里有關(guān)“長征二號”火箭的內(nèi)容. 科學(xué)哲學(xué)內(nèi)容保留了7處,刪除的最少,只有1處,為舊版必修1第67頁中比利時物理學(xué)家的一句話“物理學(xué)并不是自然界本身,是人類與自然界的對話.”科學(xué)社會學(xué)內(nèi)容保留了13處,刪除3處,如新版必修1的靜摩擦力知識點刪除了舊版教科書里有關(guān)傳送帶和輪胎表面的內(nèi)容.

在新版教科書保留的HPS內(nèi)容中,科學(xué)史有7處與舊版教科書中的內(nèi)容相同,科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)社會學(xué)兩者均有6處內(nèi)容與舊版教科書中的內(nèi)容相同,但由于其保留總數(shù)不同,比例相差較大. 科學(xué)史共有7處相同,相同比例最低,占保留總數(shù)的41%,占舊版必修1中科學(xué)史內(nèi)容總數(shù)的28%. 如舊版必修1第2章序言部分,有關(guān)世界上第一條商業(yè)運行的磁懸浮列車——“上海磁浮”的內(nèi)容被完整地保留在了新版教科書中. 科學(xué)哲學(xué)共有6處相同,相同比例最高,占保留總數(shù)的85.7%,占舊版必修1科學(xué)哲學(xué)內(nèi)容總數(shù)的75%. 如舊版必修1第3章序言部分,恩格斯的一段話“交互作用是我們從現(xiàn)代自然科學(xué)的觀點考察整個運動著的物質(zhì)時首先遇到的東西. 自然科學(xué)證實了…交互作用時事物真正的終極原因”被完整的保留在了新版教科書第3章第1節(jié)中. 科學(xué)社會學(xué)共有6處相同,占保留總數(shù)的50%,占舊版必修1科學(xué)社會學(xué)內(nèi)容的37. 5%. 如舊版必修1的路程和位移知識點中的一幅北京到重慶的地圖被保留在了新版必修1的位置和位移知識點中.

圖1 舊版教科書中HPS內(nèi)容變動情況

圖1為?；鶊D,通過始末端的分支寬度表示變化量,寬度之比與數(shù)量之比一致．由圖1可以清晰看出舊版教科書中科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)3項內(nèi)容的保留和變動情況,可以明顯發(fā)現(xiàn)科學(xué)哲學(xué)的內(nèi)容變動相對較小,而科學(xué)史、科學(xué)社會學(xué)的內(nèi)容變動相對較大.科學(xué)哲學(xué)內(nèi)容中,多數(shù)為理論性的知識或哲學(xué)思想,這些內(nèi)容較為穩(wěn)定,不會因時代的變遷而發(fā)生太多改變,所以在舊版教科書中涉及科學(xué)哲學(xué)的內(nèi)容大多被保留且沒有改動. 而科學(xué)史與科學(xué)社會學(xué)中,大多涉及與時代相關(guān)的內(nèi)容,在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的過程中,舊版教科書中部分內(nèi)容已經(jīng)過時. 對于使用新版教科書的學(xué)生來說,這些內(nèi)容已不熟悉,很多學(xué)生甚至從未聽聞過有關(guān)信息,不利于學(xué)生將課本知識與自身生活中的現(xiàn)實聯(lián)系起來,所以不做保留. 如舊版教科書中關(guān)于協(xié)和式飛機的討論,新教科書未做保留,原因是協(xié)和式飛機于2003年10月全部退出運營,而使用新教科書的這批高中學(xué)生此時才剛剛出生.

由圖1可以看到舊版教科書被刪除的HPS內(nèi)容中,科學(xué)史占了大多數(shù),被刪除的科學(xué)史內(nèi)容中有一些是被證偽的科學(xué)史實,目的使教科書內(nèi)容更加嚴(yán)謹(jǐn). 例如伽利略的比薩斜塔實驗被后人證明為虛假史實,雖然舊版教科書中注釋已有解釋,但為了不誤導(dǎo)學(xué)生,新教科書中仍將比薩斜塔的部分刪除,而且在伽利略對自由落體運動的研究的部分加上了“利用邏輯推理說明了重物與輕物下落得同樣快”的語句. 新版教科書的嚴(yán)謹(jǐn)還體現(xiàn)一些細節(jié)內(nèi)容的修改,例如“從伽利略的一生看科學(xué)與社會”內(nèi)容中,將“時隔346年,羅馬教廷于1979年承認對伽利略的壓制是錯誤的”修改成了“時隔359年,羅馬教廷于1992年承認了對伽利略的壓制是錯誤的”. 這些科學(xué)史內(nèi)容的刪除或更改,體現(xiàn)了2017版普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中,學(xué)科核心素養(yǎng)第4點“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”里所描述的“嚴(yán)謹(jǐn)認真、實事求是和持之以恒的科學(xué)態(tài)度”,[2]有利于促進學(xué)生的物理核心素養(yǎng)的發(fā)展.

3 新版教科書中HPS內(nèi)容涉及最新科學(xué)成果的呈現(xiàn)情況

表3統(tǒng)計了新版物理必修1中所有涉及最新科學(xué)成果的HPS內(nèi)容,此處的最新科學(xué)成果指的是該處內(nèi)容為2004年以后的科學(xué)成果或因2004年以后的科學(xué)成果而產(chǎn)生變化.

表3 新版必修1中HPS涉及最新成果的統(tǒng)計

由表3可以看出,新版教科書中總共有10處HPS內(nèi)容涉及2004年后的科學(xué)技術(shù)發(fā)展,占新教科書HPS內(nèi)容的20%,主要集中在科學(xué)史部分. 舊版教科書2004年初審?fù)ㄟ^,新版教科書2019年審核通過,15年間有大量新的科學(xué)科技成果,對原有的HPS內(nèi)容產(chǎn)生影響,舊教科書中一些內(nèi)容已經(jīng)過時或不符合新的科學(xué)發(fā)現(xiàn). 新課標(biāo)的基本理念中明確指出“注重課程的時代性,關(guān)注科技進度和社會發(fā)展需求”[2]故新版教科書對舊版教科書中原有的部分HPS內(nèi)容做了更新或刪除.

新的科學(xué)科技成果能幫助學(xué)生更直觀地了解知識點,更貼合學(xué)生日常所見,能夠引起學(xué)生共鳴,并通過HPS教育促進社會發(fā)展. 例如智能手機測自由落體加速度圖片,一方面能讓學(xué)生通過手機屏幕,更加直觀地了解手機從下落到接住的多個過程中加速度的變化情況,并一方面又通過智能手機引發(fā)學(xué)生更大的學(xué)習(xí)興趣和熱情. 我國推進ETC(電子不停車收費系統(tǒng))建設(shè)進度緩慢,新版教科書通過有關(guān)ETC的習(xí)題,讓學(xué)生計算車輛通過ETC通道相比人工收費通道節(jié)省的時間,進而了解ETC系統(tǒng)的便捷性,從而促進學(xué)生乃至學(xué)生家長對ETC的支持和重視,體會我國ETC的推廣重大意義.

新教科書的HPS內(nèi)容中增加了我國最新的科學(xué)成果,能激發(fā)學(xué)生的愛國熱情,展示中華民族的科技成果,同時為新時代培養(yǎng)中國特色社會主義的可靠建設(shè)者和合格接班人. 例如新版教科書增加了2013年我國航天員在空間站進行太空授課的內(nèi)容和2015年嫦娥三號登月探測器平穩(wěn)落月的內(nèi)容. 這些內(nèi)容都能讓學(xué)生感受到我國航空事業(yè)的蓬勃發(fā)展,激發(fā)學(xué)生的民族自信心. 新教科書還增加了航母艦機的滑翔式起飛內(nèi)容. 在2012年我國遼寧艦正式建成,而遼寧艦使用的正是滑翔式起飛,增加此知識能給我國學(xué)生補充航母艦載機的滑翔式起飛的概念,強化理論基礎(chǔ)以了解我國有關(guān)科技的發(fā)展.

4 結(jié)論與建議

由以上分析可以得出,2019年審核通過的新版教科書對HPS內(nèi)容做了許多調(diào)整. 新版教科書注重幫助學(xué)生了解科學(xué)本質(zhì),提高學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng),通過在教科書增加了大量科學(xué)哲學(xué)的內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成批判性思維和創(chuàng)造性思維. 同時新版教科書非常注重內(nèi)容的時代性,對不符合時代特點的內(nèi)容做了刪改,同時增加了許多新時代的科學(xué)成果,并通過增加我國最新的科學(xué)成果,激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和民族自信心.

針對以上分析,建議教師在使用新版教科書時要有效利用教科書中的HPS內(nèi)容. 通過對教科書中HPS內(nèi)容的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠更好地結(jié)合自身的生活實際來感知課本內(nèi)容,對于學(xué)生理解知識和掌握知識有重要的作用. 同時建議教師在講解HPS內(nèi)容時,要多給學(xué)生討論思考的空間,無論是科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)還是科學(xué)社會學(xué),站在不同的角度分析會有不同的觀點. 新教科書中增加的HPS內(nèi)容更希望學(xué)生了解科學(xué)的本質(zhì),學(xué)生通過討論思考,才能更好地理解內(nèi)容中的思想和精神.