ＨＰＳ教育视野中的“自由落体运动”课堂教学设计

李富强　冯　爽

摘 要：本文简单介绍了有关科学教育的HPS教育理论及由英国学者孟克与奥斯本为落实科学教育中科学本质的教学提出的融合模式，并根据此模式设计了有关“自由落体运动”的课堂教学设计。

关键词：HPS教育；课堂教学设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-61

48(2006)12(S)-0015-2

1 HPS教育理念

我国新一轮基础教育课程改革目标不仅注重知识与技能这个维度，而且注重从过程与方法及情感态度与价值观这两个维度对学生进行培养。《基础教育课程改革纲要(试行)》明确指出：课程标准“要倡导科学精神、科学态度和科学方法，引导学生创新与实践”； 教师在教学过程中应“创设能引导学生主动参与的教育环境，激发学生的学习积极性，培养学生掌握和运用知识的态度和能力，使每个学生都能得到充分的发展”。［1］《普通高中物理课程标准》指出：提倡“通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神”；培养学生“具有敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神”。［2］通过教学使学生理解科学的本质，从而使学生不但学到科学的知识和技能，而且具有科学精神和创新能力，这是此次课程改革的重要目标之一，HPS教育正是达到这个目的的一个重要途径。

HPS（“History Philosophy and sociology of science”的缩写）经历了由History and Philosophy of science (即科学史和科学哲学)到History Philosophy and sociology of science (即科学史、科学哲学和科学社会学)的发展过程，主要是指“把科学史、科学哲学、科学社会学的有关内容纳入中小学的科学课程中，以期提高学生对科学本质的理解，培养他们的科学精神和创新能力”。［3］

不少专家针对落实科学教育中科学本质的教学提出许多不同的模式，本文主要介绍孟克与奥斯本的融合模式。这一模式由英国学者孟克与奥斯本提出，其理论基础注重学生的已有知识、经验和如何认知的认识论问题，便于促进学生对科学概念的理解及教师对课堂的管理。这一模式将教学过程大概分成了六个阶段：

（1）通过演示，让学生注意到某一现象，由此产生需要解决的问题；

（2）引出学生的观点；

（3）学习历史，让学生了解问题产生的真实背景、当时科学家的不同观点等；

（4）设计实验；

（5）由教师介绍当代的观点，即教科书上对此种自然现象的解释；

（6）总结、评价［4］。

以上就是HPS理论的一些主要观点，接下来，本文将用HPS理论的融合模式来设计高中物理“自由落体运动”一节的课堂教学，通过课堂教学设计来具体展现HPS理论在实际教学中的应用，以期能起到抛砖引玉的作用。

2 教学案例

“司南版”高中物理教材《必修1》中的第三章第三节“匀变速直线运动实例——自由落体运动”一节，教材分为：1、科学探究--自由落体运动的特点；2、自由落体加速度；3、自由落体运动规律探索的回眸等三方面对自由落体运动进行阐述。笔者以为在处理本节教材时，可以将第三节中的有关此问题背景的部分相关历史内容糅合到第一节中进行讲授。

（1）演示某一现象，创设问题情境，提出问题。

让一同学一手拿小纸片，另一手拿小钢球，双手举至相同的高度，然后同时松手，看看纸片与小钢球谁先落地？将纸片捏成团结果又如何？重的物体下落得快？还是轻的物体下落得快？

（2）引发学生的认知冲突，引导学生结合自己查找的材料展开讨论，提出自己的观点。（教师可以在课前让同学们通过网络、图书馆查阅相关材料）。

同学甲：重的物体下落快 (例：一团棉花和一块石头下落的现象)

同学乙：轻的物体下落快 （例：一小粒石子和一大张纸片下落情况）

……

（3）介绍产生此问题的背景信息及当时科学家的不同观点（教师可结合多媒体资源进行讲解）：

在古希腊，哲人亚里士多德认为物体下落的速度与物体所受的重力大小成正比，即重物比轻物先落地。此后1900多年，很少有人怀疑亚里士多德的观点。

到了16世纪末，伽利略对此提出了怀疑。伽利略认为如果重物比轻物下落快，那么，把重物和轻物栓在一起下落，重物会被轻物拖着而减慢，轻物则会被重物拖着而加快，栓在一起下落时对应速度应小于单个重物下落速度。但是，从另外一个角度看，重物和轻物栓在一起，所受总重力增加了，那么对应的下落加速度应比单个重物快。

伽利略从亚里士多德的理论出发，推出了矛盾的结论。那么，究竟是重的物体下落得快？还是轻的物体下落得快？

（4）激发学生自己设计试验，进行探究。

教师指出为什么有时重的物体下落快？有时轻的物体下落快？可通过前面的演示启发学生想到：空气阻力的作用使得物体下落问题变得复杂，同学们可以根据现象，结合已有知识自己设计实验进行探究（教师可以给予适当的引导）。

（5）教师讲解教科书上对这种自然现象的解释。

教师介绍教材的实验（如下图），并引导学生做“牛顿管”实验，由“牛顿管”实验得出：没有空气阻力，只有重力作用时，轻重不同的物体下落快慢相同。（在此阶段教师并没有简单断言某一科学观念是正确的，而是通过实验探究得出结论，体现了当代的科学观：“采用工具性的观点，即现代自然现象的解释是更为精确的预测、更清楚的解释或具有更广泛的应用。”在潜移默化中培养学生的科学精神。）

（6）总结、评价。

从实验仪器的选取、实验方案的猜想、实验步骤的设计等方面，将学生设计的实验与教材上的实验进行比较、评价，得出结论：

①物体不受其它因素影响，只在重力作用下从静止开始下落的运动叫自由落体运动。

②轻重不同的物体自由下落快慢相同。

从上面的教学设计我们可以看出：HPS理论将科学史、科学哲学及科学概念或理论的学习有机结合，在问题情景中让学生进行探究，发挥了学生的主动性，培养了学生解决问题的能力；同时，通过此种教学拉近了学生与科学家的距离，让学生认识到了一个个“真实”的科学家，增强了他们学习的自信心，加深了他们对科学本质的理解。

当然，HPS教育理论并非适合所有的物理课教学，所以，在应用此种理论进行教学设计时，要根据具体内容的不同进行不同的选择。此外，在适合用HPS教育模式的课堂教学中，教师亦应该根据实际情况对教学过程进行灵活取舍和适当调整，如果生搬硬套，反而有违设计者的初衷了。

参考文献：

［1］教育部.基础教育课程改革纲要(试行). http://www.moe.edu.cn/，2001年7月.

［2］廖伯琴等.普通高中物理课程标准（实验）.中华人民共和国教育部制订.人民教育出版社，2003.4.

［3、4］丁邦平.国际科学教育导论.山西教育出版社，2002.330、348-354.

［5］廖伯琴主编.国家教材《物理》（必修1）.山东科学技术出版社，2004.8.

(栏目编辑赵保钢)

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