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

王彩霞 吳永萍

(揚(yáng)州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 江蘇 揚(yáng)州 225002)

樊濟(jì)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(shí)代意義的思想政治工作會(huì)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(dòng)，充分挖掘、整合物理知識(shí)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(shí)踐相輔相成等優(yōu)點(diǎn)．大學(xué)物理與思政元素相結(jié)合具有得天獨(dú)厚的隱性教育優(yōu)勢(shì)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的價(jià)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(huì)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(huì)學(xué)都蘊(yùn)含著十分豐富的思政元素，值得進(jìn)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(huì)學(xué)為背景，將思政元素有機(jī)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(jìn)行了一些探索和實(shí)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(huì)責(zé)任感，為高等院校大學(xué)物理課程思政教學(xué)實(shí)踐的全面開展和實(shí)施提供一些參考與借鑒．

2 HPS教學(xué)模式的簡(jiǎn)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(huì)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(shí)情境，讓每一個(gè)學(xué)生都能體驗(yàn)解決復(fù)雜問題的過程，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)來處理現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)際問題，并且能夠積極地構(gòu)筑知識(shí)．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(jì)實(shí)驗(yàn)、呈現(xiàn)科學(xué)觀念和實(shí)踐檢驗(yàn)、總結(jié)與評(píng)價(jià)[3]．教師需要在大學(xué)物理講解一個(gè)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(shí)驗(yàn)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(gè)有待解決處理的問題，通過視頻或演示實(shí)驗(yàn)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(jìn)行分組討論，充分鼓動(dòng)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(diǎn)．

(3)學(xué)習(xí)歷史.展示或者介紹科學(xué)史的實(shí)物，讓學(xué)生自己體驗(yàn)科學(xué)家的歷史背景、科學(xué)發(fā)現(xiàn)的艱辛，體驗(yàn)科學(xué)家對(duì)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(jì)實(shí)驗(yàn).依據(jù)學(xué)生提出的觀點(diǎn)或是典型歷史觀點(diǎn)，進(jìn)行分組，讓學(xué)生自行創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、探究．通過分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)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(shí)踐檢驗(yàn).學(xué)生通過自主創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證推斷，對(duì)其所選擇的探索過程進(jìn)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(cuò)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(shí)科學(xué)觀念的本質(zhì)，提高學(xué)習(xí)的興致．

(6)總結(jié)與評(píng)價(jià).通過總結(jié)評(píng)估，促使學(xué)生更清晰地認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)，體會(huì)科學(xué)探究的過程與方法，堅(jiān)實(shí)科學(xué)知識(shí)，造就學(xué)生準(zhǔn)確的價(jià)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(shí)踐過程設(shè)計(jì)

綜覽自然科學(xué)的發(fā)展歷史和趨勢(shì)，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(zhǎng)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(shí)了人類應(yīng)用物理知識(shí)認(rèn)識(shí)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(shí)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(shí)踐的設(shè)計(jì)如圖1所示．

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

首先，創(chuàng)設(shè)情境，演示現(xiàn)象．采取講解和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式．利用多媒體、網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)(Stern-Gerlach experiment)的演示，提出問題——同樣的銀原子和磁場(chǎng)，為什么它會(huì)劈裂成兩束？然后，引出觀點(diǎn)，學(xué)生討論．斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)是個(gè)充滿了意外的實(shí)驗(yàn)，會(huì)出現(xiàn)反直覺的現(xiàn)象．當(dāng)出現(xiàn)了反直覺現(xiàn)象的時(shí)候，教師要進(jìn)行恰當(dāng)?shù)闹敢悦鈱W(xué)生失去重點(diǎn)、方向．或者教師帶領(lǐng)學(xué)生針對(duì)產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象所蘊(yùn)含的物理機(jī)制進(jìn)行討論、分析，使學(xué)生盡可能提出多種多樣的觀點(diǎn)．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(shí)原子在磁場(chǎng)中取向量子化、原子角動(dòng)量量子化的歷程．讓學(xué)生體會(huì)實(shí)驗(yàn)對(duì)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(shí)結(jié)構(gòu)，突出難點(diǎn)和重點(diǎn)．培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和批判性思維方式．最后，師生評(píng)價(jià)，總結(jié)反思．教師帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行歸納總結(jié)，學(xué)生完成線上線下作業(yè)．與此同時(shí)，教師結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)過程的反饋進(jìn)行引導(dǎo)和教學(xué)反思，從中找出學(xué)生對(duì)本次課堂重難點(diǎn)的掌握情況，提高教學(xué)實(shí)踐能力．實(shí)踐證明，應(yīng)用HPS模式教學(xué)，可以充分實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)，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(shí)、正確的價(jià)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(shí)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(duì)學(xué)生進(jìn)行思想政治教育方面比其他學(xué)科獨(dú)具優(yōu)勢(shì)．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(shí)，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(diǎn)．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(diǎn)的有機(jī)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(shí)可行的融合原則．選擇的主要原則：有的放矢，針對(duì)性原則；深化概念，合適性原則；不斷深化，遞進(jìn)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(shí)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(shí)踐效果與存在的困難

4.1 HPS模式教學(xué)的實(shí)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(jī)

大學(xué)物理課程中公式推理繁多、物理概念比較抽象、很強(qiáng)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(jī)不理想．在HPS模式教學(xué)實(shí)踐中教師引入物理學(xué)史可以讓學(xué)生體會(huì)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(shí)，介紹物理學(xué)家牛頓的故事；在講授角動(dòng)量守恒定律時(shí)，介紹自然界脈沖星形成過程中的角動(dòng)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(chǎng)的教學(xué)過程中時(shí)，可通過向?qū)W生展示不同時(shí)期的物理科學(xué)家對(duì)電荷、靜電力認(rèn)識(shí)的物理史實(shí)和思想觀念，例如介紹卡文迪什、庫侖的電扭秤實(shí)驗(yàn)得出靜電力的大小服從平方反比規(guī)律的實(shí)驗(yàn)過程，提出物理知識(shí)是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)得出的科學(xué)本質(zhì)．讓學(xué)生深刻體會(huì)歷史背景以及物理學(xué)家們的思維方法，從不同維度體驗(yàn)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(jī)，增長(zhǎng)知識(shí)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(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)與實(shí)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(shí)驗(yàn)探究和查看歷史資料，進(jìn)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(shí)驗(yàn)，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(duì)自然規(guī)律探索的興致，有利于培養(yǎng)他們對(duì)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(shí)、科學(xué)探究實(shí)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(jià)值觀，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感和使命感

結(jié)合HPS模式進(jìn)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?jiǎng)奏嚰谙群湾X三強(qiáng)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(dòng)量守恒定律時(shí)，介紹有“中國航天之父”稱號(hào)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(zhǎng)達(dá)5年，幾經(jīng)周折，最終于1955年在中國政府的力爭(zhēng)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(jìn)程．這些對(duì)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(huì)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(shí)的社會(huì)主義核心價(jià)值觀，堅(jiān)持以人為本，實(shí)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(yùn)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(shí)和思想政治教育有機(jī)地融合起來是課程思政的一大難題．在實(shí)際的教學(xué)中，作為一種先進(jìn)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(diǎn)，獲取有效的HPS素材并將其融入到教學(xué)實(shí)踐過程中，是現(xiàn)在需要解決的又一個(gè)難題．大學(xué)物理課程所蘊(yùn)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(jìn)行“立德育人”教育提供參考．

(2)評(píng)價(jià)HPS模式教學(xué)是否有效存在困難

在大學(xué)物理中進(jìn)行HPS模式思政教育的教學(xué)宗旨是促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)探究實(shí)踐能力及愛國情懷．物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，理論和實(shí)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(shí)踐證明性研究卻很少，大多是理論分析．沒有具體的實(shí)證論證和數(shù)據(jù)支持，評(píng)價(jià)該教學(xué)模式是否有效存在困難．因此，堅(jiān)持實(shí)事求是，對(duì)基于HPS教學(xué)模式下“課程思政”融入大學(xué)物理課程進(jìn)行實(shí)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(píng)價(jià)體系，并進(jìn)行深入的實(shí)證和分析，為其他學(xué)科進(jìn)行思政教育提供參考與借鑒．

5 結(jié)束語

綜上所述，將先進(jìn)的HPS教育理念應(yīng)用到大學(xué)物理“課程思政”教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，以物理學(xué)史為基礎(chǔ)創(chuàng)設(shè)情境，對(duì)科學(xué)哲學(xué)進(jìn)行浸潤，減少生硬的單方面灌注理論知識(shí)，從概念知識(shí)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(shí)踐對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的民族意識(shí)、科學(xué)思維和價(jià)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)．