基于HPS的高中物理教學(xué)方法探究

高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)指出，物理課程屬于科學(xué)基礎(chǔ)課程，物理教學(xué)的目標(biāo)在于立德樹人，促進(jìn)學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)未來社會發(fā)展的能力?；贖PS（history，philosophy and sociology ofscience）的高中物理教學(xué)，通過引入科學(xué)史，引導(dǎo)學(xué)生探究相關(guān)物理知識的形成和發(fā)展歷程，感悟科學(xué)家的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神等；通過引入科學(xué)哲學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生將科學(xué)知識與科學(xué)方法聯(lián)系起來，構(gòu)建系統(tǒng)化的知識網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)學(xué)生批判性思維發(fā)展；通過引入科學(xué)社會學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)物理理論知識應(yīng)用于現(xiàn)實生活，推動物理知識的應(yīng)用遷移。

一、HPS概述

HPS最大的特點就是以科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)以及科學(xué)社會學(xué)三個較為獨特的視角作為切入點解讀科學(xué)?？茖W(xué)史，簡而言之就是科學(xué)發(fā)展的歷史?？茖W(xué)哲學(xué)是以科學(xué)為研究對象，深入探究科學(xué)知識的本質(zhì)，探究科學(xué)發(fā)展模式，對歸納法、演繹法等科學(xué)研究方法的合理性與局限性進(jìn)行剖析等?？茖W(xué)社會學(xué)則是對科學(xué)現(xiàn)象與社會互動關(guān)系的研究。將HPS融入高中物理教學(xué)中，有助于學(xué)生在多元的文化、社會背景下，了解物理學(xué)知識的歷史背景、哲學(xué)思考、社會影響等，從而建立對物理學(xué)本質(zhì)的多元認(rèn)知，促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展［］。

二、基于HPS的高中物理教學(xué)思路

基于HPS的高中物理教學(xué)，就是要將科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)融入高中物理教學(xué)過程中。將科學(xué)史融入高中物理教學(xué)，可以采用故事敘述的形式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的好奇心；可以通過重現(xiàn)物理學(xué)史上的一些重要實驗，帶領(lǐng)學(xué)生體驗相關(guān)的物理學(xué)探究方法；可以將相關(guān)的物理學(xué)史專題資料編排整理之后，設(shè)計成范例或習(xí)題，引導(dǎo)學(xué)生閱讀學(xué)習(xí)，強(qiáng)化學(xué)生對相關(guān)的物理學(xué)科知識的理解和掌握。將科學(xué)哲學(xué)的思辨方法巧妙融入物理教學(xué)中，可以引導(dǎo)學(xué)生在探索物理現(xiàn)象的過程中，自由聯(lián)想、提出假設(shè)，并且嘗試運用相關(guān)物理學(xué)知識對其予以解釋，從而培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維、創(chuàng)新思維等；可以引導(dǎo)學(xué)生挖掘相關(guān)物理史料，并對其予以評判，以此培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維；可以引導(dǎo)學(xué)生分析和反思物理知識在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用，以此培養(yǎng)學(xué)生的唯物辯證思想；可以通過介紹著名物理學(xué)家的生平事跡、科學(xué)精神等，在物理文化熏陶中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)人文素養(yǎng)；可以引導(dǎo)學(xué)生通過分析、推理、論證等解決物理學(xué)問題，以此培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維。將科學(xué)社會學(xué)融入高中物理教學(xué)，可以引導(dǎo)學(xué)生通過追溯物理史，了解物理學(xué)科形成和發(fā)展的背景；可以引導(dǎo)學(xué)生了解物理學(xué)的社會應(yīng)用，以此培養(yǎng)其科學(xué)態(tài)度和價值觀；可以結(jié)合相關(guān)社會熱點，將物理與生活關(guān)聯(lián)起來，提升物理教學(xué)的現(xiàn)實意義[2]。

三、基于HPS的高中物理教學(xué)方法

下文以人教版高中物理必修第一冊“牛頓第一定律”為例，探索基于HPS的高中物理教學(xué)方法。

（一）搜集HPS相關(guān)資料

教師在備課階段，應(yīng)能夠結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生情況等，搜集、整理相關(guān)的HPS資料，有具體的資料做支撐，才能選擇合適的契機(jī)，采用恰當(dāng)?shù)姆椒?，將HPS巧妙融入高中物理教學(xué)之中。HPS資料通常包括物理學(xué)家的相關(guān)著作、相關(guān)物理知識的發(fā)現(xiàn)等，教師可結(jié)合教學(xué)需求篩選合適的資料[3]

本課開篇以問題為引激發(fā)學(xué)生探索牛頓第一定律（下文簡稱“慣性定律”）的興趣，然后通過介紹眾多物理學(xué)家研究慣性定律的大致過程，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到不同物理學(xué)家在研究運動和力的關(guān)系之時，由于所用研究方法的不同，研究結(jié)論也會有差別。通過介紹，可以引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到研究方法的重要性，而學(xué)生在了解物理學(xué)家的研究過程后，能夠更加深入地理解慣性的相關(guān)知識。通過重現(xiàn)歷史，可以為學(xué)生理解理想斜面實驗奠定基礎(chǔ)，其后結(jié)合演示實驗、生活實例等，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到質(zhì)量才是衡量慣性的唯一標(biāo)準(zhǔn)，從而加深其對慣性定律的理解。結(jié)合教材內(nèi)容、學(xué)生學(xué)情等，在本次教學(xué)中教師可以搜集整理如下HPS資料：亞里士多德有關(guān)“運動和力的關(guān)系”的觀點，即“力是維持物體運動的原因”及觀點的形成過程；伽利略的理想實驗，包括斜面實驗、單擺實驗等；笛卡爾在伽利略的研究基礎(chǔ)上提出的慣性思想；牛頓基于伽利略和笛卡爾有關(guān)慣性的研究，提出慣性定律；牛頓與胡克、萊布尼茨等人有關(guān)科學(xué)研究方法的爭論。

（二）創(chuàng)設(shè)情境，設(shè)置問題

創(chuàng)設(shè)情境，設(shè)置問題能夠有效激發(fā)學(xué)生的物理探究欲望?；贖PS的高中物理教學(xué)，可以通過展示物理學(xué)史上科學(xué)家曾經(jīng)研究過的物理現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生好奇心。此外，教師也可以緊跟時代步伐，聯(lián)系學(xué)生實際生活，構(gòu)建一個真實、富有現(xiàn)實意義，且能夠展現(xiàn)物理與生活之間緊密關(guān)系的情境，如此既能激發(fā)學(xué)生興趣，又能促使學(xué)生主動關(guān)注與之相關(guān)的某些社會問題，這對學(xué)生責(zé)任感的提升有益。情境創(chuàng)設(shè)完成后，教師還應(yīng)設(shè)置富有針對性、啟發(fā)性的問題，以此為引促使學(xué)生深入探究相關(guān)物理知識。

如在本次教學(xué)中，教師可以利用生活中的常見物品（紙杯、皮筋、礦泉水等）設(shè)計一個紙杯漂移實驗，以此創(chuàng)設(shè)一個有趣的實驗情境：將兩瓶500mL 的礦泉水放置在桌面兩邊，中間用橡皮筋連接，將一個杯底裝有充氣小氣球的紙杯放在橡皮筋的中心位置，再向后拉動紙杯到桌面位置A后放手，觀察紙杯的移動距離。然后，再次將紙杯拉至位置A，將小氣球排氣（氣體通過杯子底部的氣孔噴出）的同時放手，觀察其移動距離。學(xué)生觀察可以發(fā)現(xiàn)，兩次實驗中，紙杯移動的距離相差較大?；谏鲜鰧嶒炃榫常處熆稍O(shè)計如下問題：運動和力有何關(guān)系？為何彈力相同，紙杯移動的距離或是運動狀態(tài)并不相同？借助上述問題，能激發(fā)學(xué)生對“運動和力的關(guān)系”的探究興趣。此外，教師也可以利用一些常見的生活現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)情境，如，在勻速行駛的公交車上，某乘客安靜地站著，司機(jī)突然剎車，乘客的身體猛然向前傾斜，差點摔倒?；谠撉榫晨稍O(shè)置如下問題：為何乘客在勻速行駛的公交車上能夠安靜地站著，而公交車突然剎車，乘客卻無法保持安靜地站著的狀態(tài)了？這與公交車上設(shè)置老幼病殘孕專座是否有一定的關(guān)系？運動和力之間有何關(guān)系？上述情境既能促使學(xué)生探究慣性定律的相關(guān)問題，還能在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。

（三）回顧歷史，激活思維

在基于HPS的高中物理教學(xué)中，通過回顧相關(guān)的物理學(xué)史，既有助于學(xué)生明晰自己對相關(guān)物理知識的理解和應(yīng)用情況，幫助學(xué)生建立物理學(xué)習(xí)的自信心，又能通過對于相關(guān)物理學(xué)家的科學(xué)研究方法、精神態(tài)度、失敗經(jīng)歷、成功事跡等的探討，深化對相關(guān)科學(xué)研究方法的理解和掌握，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任意識[4]。需要注意的是，回顧歷史往往涉及較多的HPS資料，若是教師逐頁解讀可能需要花費較長時間，從而影響教學(xué)進(jìn)度。教師可在課前就將相關(guān)HPS資料發(fā)放給學(xué)生，讓學(xué)生在預(yù)習(xí)階段自主學(xué)習(xí)資料內(nèi)容。

在本次教學(xué)中，對于相關(guān)物理學(xué)史的回顧，可從亞里士多德有關(guān)運動和力的關(guān)系的觀點入手。比如課堂導(dǎo)入階段的紙杯漂移實驗，就可令學(xué)生對亞里士多德的觀點產(chǎn)生質(zhì)疑。兩次實驗中紙杯所受彈力相同，但是紙杯移動距離差異較大，原因在于第二次實驗中紙杯底部噴出的氣體減少了杯底與桌面的摩擦，由此可見亞里士多德的觀點并不完全正確。上述教學(xué)過程，既借助物理學(xué)史培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維，又引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到實驗在物理學(xué)研究中的重要性?；仡櫷陙喞锸慷嗟碌挠^點，教師可繼續(xù)引出伽利略的觀點及其設(shè)計的理想實驗，借此讓學(xué)生認(rèn)識到理想實驗也是研究物理問題的重要方法之一。其次，教師可繼續(xù)引入笛卡爾的相關(guān)理論，由此讓學(xué)生認(rèn)識到慣性思想在力學(xué)領(lǐng)域的重要性。再次，教師引入慣性定律，這也是本次教學(xué)的核心內(nèi)容。最后，教師還可以引入牛頓與胡克、萊布尼茨等人有關(guān)科學(xué)研究方法的爭論，借此讓學(xué)生認(rèn)識到研究方法對于科學(xué)研究結(jié)果的影響，以及科學(xué)發(fā)展的曲折和復(fù)雜。

（四）實驗操作深化理解

回顧物理學(xué)史，既能點燃學(xué)生的物理學(xué)習(xí)熱情，又能讓其認(rèn)識到實驗對于物理學(xué)研究的重要性。物理學(xué)中很多著名的物理定律，都是經(jīng)由實驗發(fā)現(xiàn)或驗證的?；贖PS的高中物理教學(xué)，同樣需要通過實驗操作發(fā)現(xiàn)、探究、驗證相關(guān)的物理學(xué)知識，深化學(xué)生對物理學(xué)知識的理解。實驗操作既能賦予學(xué)生更為直觀的學(xué)習(xí)體驗，為其理解相關(guān)物理知識奠定良好基礎(chǔ)，又能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、實驗技能等，還能培養(yǎng)學(xué)生通過實驗探究物理問題的能力。此外，物理學(xué)史上有很多經(jīng)典實驗，教師可以通過重現(xiàn)這些經(jīng)典實驗，引導(dǎo)學(xué)生理解相關(guān)的物理學(xué)知識[5]。

在本次教學(xué)中，教師可介紹物理學(xué)史上一個非常重要的實驗一伽利略的理想斜面實驗。伽利略認(rèn)為，某一物體在水平面上運動，若無阻礙，它將始終保持勻速運動狀態(tài)。伽利略希望通過斜面實驗驗證上述猜想。然而，由于實驗狀態(tài)過于理想（摩擦力不存在），在現(xiàn)實世界中無法實現(xiàn)，于是伽利略依據(jù)邏輯推理將實驗理想化，在此基礎(chǔ)上探尋解決“運動和力的關(guān)系”問題的方法。教師可以重現(xiàn)伽利略的理想斜面實驗，借此引入物理學(xué)史，帶領(lǐng)學(xué)生體驗理想實驗的魅力。通過課堂導(dǎo)入階段的兩次紙杯漂移實驗，學(xué)生已經(jīng)初步認(rèn)識到摩擦力對于物體移動距離的影響?；谏鲜稣J(rèn)知，學(xué)生在斜面實驗的基礎(chǔ)上，可以通過合理的邏輯推理，推測出理想斜面實驗的結(jié)果。此外，教師還可以利用虛擬實驗軟件，通過調(diào)控實驗參數(shù)，消除摩擦力的影響，從而直觀展示理想斜面實驗。

（五）聯(lián)系生活遷移應(yīng)用

通過實驗探究，學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容已有一定的理解，而學(xué)習(xí)的最終目的是將所學(xué)知識運用到現(xiàn)實生活當(dāng)中?；贖PS的高中物理教學(xué)，要求教師從科學(xué)社會學(xué)視角入手開展物理教學(xué)活動。想要做到這一點，教師需在教學(xué)過程中密切聯(lián)系生活，通過引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識解決現(xiàn)實生活問題，鞏固學(xué)生對相關(guān)物理知識的理解，實現(xiàn)物理知識的遷移應(yīng)用。不僅如此，學(xué)生在解決現(xiàn)實生活問題的過程中，能夠更加真切地感受到物理與社會生活之間的密切聯(lián)系，這樣不僅能夠幫助學(xué)生更好地理解物理學(xué)的本質(zhì)，還能促進(jìn)其學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的唯物辯證思想、社會責(zé)任感等。

慣性是物體的固有屬性，教師可以設(shè)置問題，要求學(xué)生運用慣性定律解釋某些生活現(xiàn)象，幫助其更好地理解和感受慣性定律在社會生活中的應(yīng)用。例如，在扎破一個裝滿水的氣球時，氣球內(nèi)的水一瀉而下。但是若將這一過程慢放，我們就會發(fā)現(xiàn)，氣球剛被扎破時，出現(xiàn)的是一個透明的水團(tuán)，而非一瀉而下的水。能否用慣性定律解釋上述現(xiàn)象？學(xué)生分析后發(fā)現(xiàn)，氣球剛被扎破時，由于慣性的作用，水短時間內(nèi)還會保持原先在氣球里面的形狀，所以我們才會看到一個透明的水團(tuán)。再如，下雨天時，被淋濕的雨傘只需往下甩幾下，大部分的水滴都會被甩下來。如何用慣性定律解釋這一現(xiàn)象？學(xué)生分析后發(fā)現(xiàn)，甩傘的時候，傘上的水滴會和傘一起受到力的作用被加速到一個較高的速度，甩傘動作停止時，由于慣性的作用，傘面上的水滴仍舊會保持運動狀態(tài)，如此就能離開傘面。通過解釋上述生活現(xiàn)象，學(xué)生就能將慣性定律遷移應(yīng)用到現(xiàn)實生活當(dāng)中。此外，教師還能借此培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感，如遵守交通規(guī)則，駕駛或乘坐汽車時應(yīng)系好安全帶等。

結(jié)語

基于HPS的高中物理教學(xué)有助于學(xué)生理解物理學(xué)科的本質(zhì)，發(fā)展科學(xué)思維，形成社會責(zé)任感。在教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)注意結(jié)合教學(xué)需求搜集相關(guān)的HPS資料，創(chuàng)設(shè)情境和設(shè)置問題，回顧物理學(xué)史以激活思維，通過實驗操作深化理解，聯(lián)系生活遷移應(yīng)用物理學(xué)知識等。此外，教師在日常教學(xué)過程中，還應(yīng)做好教學(xué)反思工作，并在此基礎(chǔ)上探索更多基于HPS的高中物理教學(xué)方法或策略，如此才能更好地將HPS應(yīng)用于高中物理教學(xué)，促進(jìn)高中物理教學(xué)質(zhì)效的提升。

[參考文獻(xiàn)]

[1］吳錫清，徐曉梅.“HPS融入教學(xué)模式”下的“萬有引力定律”教學(xué)設(shè)計［J］.科技風(fēng)，2023（14）：140-142.

[2］任虎虎.基于HPS的高中物理單元整合教學(xué)研究：以“動量守恒定律”單元為例［J］.物理教師，2023，44（5）：20-23.

[3］任虎虎.基于HPS促進(jìn)高中物理深度學(xué)習(xí)的教學(xué)探索：以人教版新教材“電磁感應(yīng)現(xiàn)象及其應(yīng)用”教學(xué)為例［J］.物理教師，2022，43（11）：21-24.

[4］徐新兵，葉萍，中學(xué)物理實驗教學(xué)中融入HPS教育的研究［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2020（24）：28-30.

[5]高礦.HPS教學(xué)模式在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用：以原子核式結(jié)構(gòu)模型的教學(xué)為例［J］.物理教師，2013，34（2）：15-17.

作者簡介：王佛寶（1980一），男，甘肅省靈臺縣第一中學(xué)。