HPS模式在大學(xué)物理課程思政教學(xué)實踐中的應(yīng)用*

王彩霞 吳永萍

(揚州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 江蘇 揚州 225002)

樊濟宇

(南京航空航天大學(xué)物理學(xué)院 江蘇 南京 210016)

1 引言

2017年，中國教育界具有劃時代意義的思想政治工作會議提議“高校培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人”的職責(zé)性命題，并籌劃了以課堂教學(xué)為載體，深入發(fā)掘高校各學(xué)科門類專業(yè)課程的思想政治教育資源，各類課程與思政課同向同行，構(gòu)成協(xié)同效應(yīng)的發(fā)展道路[1]．大學(xué)物理是幾乎所有理工科專業(yè)，甚至部分文科專業(yè)必修的公共基礎(chǔ)課.一方面，可以利用大學(xué)物理課堂內(nèi)、外活動，充分挖掘、整合物理知識教學(xué)過程中的思政元素；另一方面，大學(xué)物理具有受益面廣泛、理論實踐相輔相成等優(yōu)點．大學(xué)物理與思政元素相結(jié)合具有得天獨厚的隱性教育優(yōu)勢，對于培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的價值觀、人生觀和世界觀具有非常重大的教育意義．

HPS (History,Philosophy and Sociology of Science，即科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué))教育是英國教育家M. Monk和J. Osborne基于建構(gòu)主義理念提出的教育教學(xué)模式[2]．物理學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)都蘊含著十分豐富的思政元素，值得進一步深入探索和挖掘．利用HPS教學(xué)模式，以物理學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)為背景，將思政元素有機地融入到大學(xué)物理課程教學(xué)中，從“經(jīng)典HPS六步教學(xué)”方法著手，以近代物理部分的電子自旋假設(shè)為例進行了一些探索和實踐．這些探究有益于充分挖掘大學(xué)物理隱形的“課程思政”功能，有益于培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題的能力、愛國主義情懷及社會責(zé)任感，為高等院校大學(xué)物理課程思政教學(xué)實踐的全面開展和實施提供一些參考與借鑒．

2 HPS教學(xué)模式的簡介

HPS教學(xué)模式的核心內(nèi)涵是：在課程教學(xué)過程中有效地融合科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，提升學(xué)生的科學(xué)涵養(yǎng)．HPS教學(xué)模式認(rèn)為，學(xué)生理當(dāng)從課程情境中學(xué)習(xí)．依據(jù)學(xué)生的心理結(jié)構(gòu)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)，締造與學(xué)生相關(guān)的真實情境，讓每一個學(xué)生都能體驗解決復(fù)雜問題的過程，鼓勵學(xué)生運用物理知識來處理現(xiàn)實世界中的實際問題，并且能夠積極地構(gòu)筑知識．M. Monk和J. Osborne經(jīng)典的“HPS六步教學(xué)法”模式包含創(chuàng)設(shè)情境、引出觀念、學(xué)習(xí)歷史、設(shè)計實驗、呈現(xiàn)科學(xué)觀念和實踐檢驗、總結(jié)與評價[3]．教師需要在大學(xué)物理講解一個問題，他們可以從這些教學(xué)模式開始．

(1)創(chuàng)設(shè)情境，演示現(xiàn)象，采取講解和實驗相結(jié)合的教學(xué)方法．依據(jù)教學(xué)內(nèi)容，教師構(gòu)造情境引出一個有待解決處理的問題，通過視頻或演示實驗的形式展現(xiàn)問題，向?qū)W生映現(xiàn)一些科學(xué)史、科學(xué)現(xiàn)象，讓學(xué)生認(rèn)真觀察、討論和探索問題．

(2)引出觀念.教師引導(dǎo)，學(xué)生討論．教師以學(xué)生為根本，安排學(xué)生進行分組討論，充分鼓動學(xué)生的創(chuàng)設(shè)性思維，提升科學(xué)探究的信念、求知的欲望．在此過程中，教師要妥當(dāng)提示、引導(dǎo)，以避免失去方向、重點．

(3)學(xué)習(xí)歷史.展示或者介紹科學(xué)史的實物，讓學(xué)生自己體驗科學(xué)家的歷史背景、科學(xué)發(fā)現(xiàn)的艱辛，體驗科學(xué)家對同一問題的不同解釋，以及科學(xué)探索的難能可貴．

(4)設(shè)計實驗.依據(jù)學(xué)生提出的觀點或是典型歷史觀點，進行分組，讓學(xué)生自行創(chuàng)設(shè)實驗驗證、探究．通過分組實驗，讓學(xué)生體驗科學(xué)家的探索歷程，在此過程中突顯深化學(xué)生的創(chuàng)設(shè)力、想象力，從而引出科學(xué)根本．

(5)呈現(xiàn)科學(xué)觀念和實踐檢驗.學(xué)生通過自主創(chuàng)設(shè)實驗來驗證推斷，對其所選擇的探索過程進行歸納總結(jié)．結(jié)合教師所講授的內(nèi)容，學(xué)生完成從錯誤觀念向正確的科學(xué)觀念轉(zhuǎn)換．通過學(xué)習(xí)科學(xué)觀念，滲入科學(xué)方法和思維，從而讓學(xué)生感觸到科學(xué)的美妙，真正認(rèn)識科學(xué)觀念的本質(zhì)，提高學(xué)習(xí)的興致．

(6)總結(jié)與評價.通過總結(jié)評估，促使學(xué)生更清晰地認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)，體會科學(xué)探究的過程與方法，堅實科學(xué)知識，造就學(xué)生準(zhǔn)確的價值觀和情感素養(yǎng).

3 HPS教學(xué)模式在大學(xué)物理課程思政教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 HPS教學(xué)模式教學(xué)實踐過程設(shè)計

綜覽自然科學(xué)的發(fā)展歷史和趨勢，科學(xué)的每一步發(fā)展都離不開物理學(xué)的貢獻(xiàn)．物理學(xué)史不僅記載了歷史長河中祖祖輩輩物理學(xué)家們?yōu)橥诰蛘胬矶冻銎D辛努力的精神食糧，還記實了人類應(yīng)用物理知識認(rèn)識世界、改造世界的歷程．將HPS教學(xué)模式應(yīng)用在大學(xué)物理思政課程教學(xué)中主要目的是：讓學(xué)生深切領(lǐng)略一代代物理學(xué)家的科學(xué)探索歷程，構(gòu)筑正確的物理觀念，養(yǎng)成正確的科學(xué)物理思想，漸漸造就批判性思維能力，實現(xiàn)科學(xué)育人、思政育人的培養(yǎng)目標(biāo)．

本文以大學(xué)物理中近代物理部分的電子自旋假設(shè)為例，討論HPS教學(xué)模式與課程思政教學(xué)的結(jié)合，HPS教學(xué)實踐的設(shè)計如圖1所示．

圖1 HPS教學(xué)模式在大學(xué)物理教學(xué)實踐的設(shè)計

首先，創(chuàng)設(shè)情境，演示現(xiàn)象．采取講解和實驗相結(jié)合的教學(xué)模式．利用多媒體、網(wǎng)絡(luò)，進行斯特恩-蓋拉赫實驗(Stern-Gerlach experiment)的演示，提出問題——同樣的銀原子和磁場，為什么它會劈裂成兩束？然后，引出觀點，學(xué)生討論．斯特恩-蓋拉赫實驗是個充滿了意外的實驗，會出現(xiàn)反直覺的現(xiàn)象．當(dāng)出現(xiàn)了反直覺現(xiàn)象的時候，教師要進行恰當(dāng)?shù)闹敢悦鈱W(xué)生失去重點、方向．或者教師帶領(lǐng)學(xué)生針對產(chǎn)生實驗現(xiàn)象所蘊含的物理機制進行討論、分析，使學(xué)生盡可能提出多種多樣的觀點．接著，學(xué)習(xí)歷史，邏輯推理．師生共同學(xué)習(xí)物理學(xué)歷史資料，重溫物理學(xué)家奧托·斯特恩和瓦爾特·蓋拉赫證實原子在磁場中取向量子化、原子角動量量子化的歷程．讓學(xué)生體會實驗對理論的指導(dǎo)作用以及科學(xué)探究的艱辛．之后，科學(xué)觀念，培養(yǎng)素養(yǎng)．教師講解教材中電子自旋理論，構(gòu)筑新的知識結(jié)構(gòu)，突出難點和重點．培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和批判性思維方式．最后，師生評價，總結(jié)反思．教師帶領(lǐng)學(xué)生對所學(xué)的知識進行歸納總結(jié)，學(xué)生完成線上線下作業(yè)．與此同時，教師結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)過程的反饋進行引導(dǎo)和教學(xué)反思，從中找出學(xué)生對本次課堂重難點的掌握情況，提高教學(xué)實踐能力．實踐證明，應(yīng)用HPS模式教學(xué)，可以充分實現(xiàn)師生互動，很好地融入思政元素，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、批判意識、正確的價值觀和世界觀以及愛國主義情懷．

3.2 結(jié)合大學(xué)物理課程特征選擇契合HPS教學(xué)的素材

大學(xué)物理是一門理論與實踐緊密相結(jié)合的基礎(chǔ)學(xué)科，具有基礎(chǔ)性、廣泛性和先導(dǎo)性等特征，在對學(xué)生進行思想政治教育方面比其他學(xué)科獨具優(yōu)勢．教師在大學(xué)物理的授課過程中，選擇HPS模式的教學(xué)內(nèi)容時，要考慮物理學(xué)史素材與大學(xué)物理課程內(nèi)容的匹配程度、學(xué)生的認(rèn)知能力和專業(yè)特點．注重思政元素與科學(xué)精神、邏輯思維、物理素養(yǎng)和專業(yè)特點的有機整合．物理學(xué)史素材豐富多彩，為達(dá)到滿意的教學(xué)效果，教師必須把握科學(xué)規(guī)律，深入思考如何引入、選擇什么樣的內(nèi)容等問題，遵循切實可行的融合原則．選擇的主要原則：有的放矢，針對性原則；深化概念，合適性原則；不斷深化，遞進性原則等．物理學(xué)史素材中離不開科學(xué)家們的身影和事跡，在大學(xué)物理教學(xué)中融入物理學(xué)家的故事開展課程思政教育是十分有意義的．表1中歸納了適合在大學(xué)物理課程中開展HPS思政教育教學(xué)實踐的部分素材．

表1 大學(xué)物理課程HPS素材及思政元素

4 HPS模式教學(xué)的實踐效果與存在的困難

4.1 HPS模式教學(xué)的實踐效果

(1)HPS模式教學(xué)促使學(xué)生從歷史的維度理解物理概念和原理，提高學(xué)習(xí)樂趣和成績

大學(xué)物理課程中公式推理繁多、物理概念比較抽象、很強的邏輯性和理論性，大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過程都感覺到比較困難，學(xué)習(xí)積極性比較低，致使學(xué)習(xí)成績不理想．在HPS模式教學(xué)實踐中教師引入物理學(xué)史可以讓學(xué)生體會科學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷程，從而深化科學(xué)研究過程中涉及的物理概念和原理．在學(xué)習(xí)力和慣性參考系概念時，介紹物理學(xué)家牛頓的故事；在講授角動量守恒定律時，介紹自然界脈沖星形成過程中的角動量守恒定律現(xiàn)象，以及中國脈沖星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域的開拓性研究[4,5]；在靜電場的教學(xué)過程中時，可通過向?qū)W生展示不同時期的物理科學(xué)家對電荷、靜電力認(rèn)識的物理史實和思想觀念，例如介紹卡文迪什、庫侖的電扭秤實驗得出靜電力的大小服從平方反比規(guī)律的實驗過程，提出物理知識是經(jīng)過實驗檢驗得出的科學(xué)本質(zhì)．讓學(xué)生深刻體會歷史背景以及物理學(xué)家們的思維方法，從不同維度體驗學(xué)習(xí)的樂趣，有助于學(xué)生理解抽象概念和提高學(xué)習(xí)成績，增長知識和才干．

(2)HPS模式教學(xué)促使學(xué)生培養(yǎng)科學(xué)思維習(xí)慣，增強創(chuàng)新意識與實踐能力

HPS模式教學(xué)通過重現(xiàn)科學(xué)研究的歷史情境，讓學(xué)生情景代入式地觀察現(xiàn)象、實驗探究和查看歷史資料，進一步分類、比較、歸納總結(jié)．激起學(xué)生探索科學(xué)的興致、勇氣，培養(yǎng)學(xué)生觀察、思維、批判的能力．例如在物理科學(xué)史上，伽利略突破歷史束縛，敢于挑戰(zhàn)亞里士多德的理論威望，做了猶如慣性、自由落體等一系列著名思想實驗，從而發(fā)現(xiàn)了慣性定律和落體定律等，為經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)．這一過程能激起學(xué)生對自然規(guī)律探索的興致，有利于培養(yǎng)他們對科學(xué)的崇尚、敬畏及嚴(yán)謹(jǐn)求真的科學(xué)態(tài)度，有利于提高他們的創(chuàng)新意識、科學(xué)探究實踐能力及愛國情懷．

(3)HPS模式教學(xué)促使學(xué)生樹立正確的價值觀，增強社會責(zé)任感和使命感

結(jié)合HPS模式進行課程思政教學(xué)，教師在教學(xué)過程中融入中國科學(xué)家如高錕、錢學(xué)森、王淦昌、“兩彈”元勛鄧稼先和錢三強等在物理學(xué)發(fā)展史中所做的卓越貢獻(xiàn)．例如，在講授動量守恒定律時，介紹有“中國航天之父”稱號的科學(xué)家錢學(xué)森的生平事跡和科研成果．錢學(xué)森先生在1950年開始力求回歸祖國，受到美國政府阻撓和迫害，并一度失去自由．為了回歸祖國，錢學(xué)森先生臥薪嘗膽長達(dá)5年，幾經(jīng)周折，最終于1955年在中國政府的力爭下最終回到了自己的祖國．錢學(xué)森先生的回歸顯著加速了中國“兩彈一星”研究進程．這些對培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷和民族自豪感，提高學(xué)生的社會責(zé)任感和使命感，有效地塑造學(xué)生的科學(xué)、求真、務(wù)實的社會主義核心價值觀，堅持以人為本，實現(xiàn)“立德育人”的偉大目標(biāo)有著非凡的意義．

4.2 開展HPS模式教學(xué)存在的困難

(1)大學(xué)物理課程與思政教育融合，深入挖掘思政資源較為局限

大學(xué)物理課程中有繁雜公式的推導(dǎo)和抽象定理的應(yīng)用，蘊含著非常豐富的哲學(xué)思想，愛國主義和改革創(chuàng)新的素材，如何讓課程思政貫穿于教學(xué)的全過程，需要任課教師深入挖掘大學(xué)物理課程的思政資源．然而，如何將專業(yè)知識和思想政治教育有機地融合起來是課程思政的一大難題．在實際的教學(xué)中，作為一種先進的教育理念的HPS素材資源較為局限，如何充分發(fā)揮大學(xué)物理課程的特點，獲取有效的HPS素材并將其融入到教學(xué)實踐過程中，是現(xiàn)在需要解決的又一個難題．大學(xué)物理課程所蘊含的思政元素多是隱性的思政資源，這就要求任課教師充分利用網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等資源，按照一定的模式、規(guī)律挖掘和構(gòu)建更多與思政教育融合的素材，為大學(xué)物理課堂進行“立德育人”教育提供參考．

(2)評價HPS模式教學(xué)是否有效存在困難

在大學(xué)物理中進行HPS模式思政教育的教學(xué)宗旨是促進學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解，增強學(xué)生的創(chuàng)新意識、科學(xué)探究實踐能力及愛國情懷．物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，理論和實踐相結(jié)合才能取得最好的效果．然而，關(guān)于HPS教學(xué)模式的“課程思政”融入大學(xué)物理課堂的實踐證明性研究卻很少，大多是理論分析．沒有具體的實證論證和數(shù)據(jù)支持，評價該教學(xué)模式是否有效存在困難．因此，堅持實事求是，對基于HPS教學(xué)模式下“課程思政”融入大學(xué)物理課程進行實踐證明性研究，構(gòu)筑一套合理有效的、符合“課程思政”教學(xué)理念的評價體系，并進行深入的實證和分析，為其他學(xué)科進行思政教育提供參考與借鑒．

5 結(jié)束語

綜上所述，將先進的HPS教育理念應(yīng)用到大學(xué)物理“課程思政”教學(xué)實踐當(dāng)中，以物理學(xué)史為基礎(chǔ)創(chuàng)設(shè)情境，對科學(xué)哲學(xué)進行浸潤，減少生硬的單方面灌注理論知識，從概念知識的學(xué)習(xí)逐步建立正確的物理觀念．大學(xué)物理課程中有了HPS的內(nèi)容，激發(fā)出其隱形的“課程思政”功能，結(jié)合專業(yè)特色提出前瞻性的問題，在課堂教學(xué)中鼓舞學(xué)生踴躍參與思考，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力．HPS教學(xué)實踐對培養(yǎng)學(xué)生的民族意識、科學(xué)思維和價值觀等核心素養(yǎng)具有十分重要意義，為中國的大學(xué)教育做出一份貢獻(xiàn)．