基于HPS教育模式的中学物理深度备课

肖雅洁

摘   要：HPS（History， Philosophy and Sociology of Science）是以理解科学本质为目的的一种新型教育理论。本文以万有引力定律为例，从物理学史的角度出发，浅谈如何结合HPS教育理念进行深度备课。

关键词：HPS教育;万有引力定律;科学哲学;课程思政

引言

《普通高中物理课程标准》（2017年版）提出：“引导学生经历科学探究过程，体会科学研究方法，养成科学思维习惯，增强创新意识和实践能力，形成科学态度、科学世界观和正确的价值观[ 1 ]。”我國课程标准内容与HPS教育模式以理解科学本质为目的的核心思想高度一致，本文以万有引力定律为例探讨如何基于HPS教育模式进行深度备课，以期对教师的备课过程有所帮助。

1  理论基础

1.1  HPS教学模式

HPS（History， Philosophy and Sociology of Science）是以建构主义为理论基础，从科学史、科学哲学、科学社会学三方面认识科学为内涵，以理解科学本质为目的的一种新型教育理论[ 2 ]。

HPS教育模式的核心是对科学本质的理解，旨在教育中合理添加科学史、科学哲学、科学社会学的相关内容，以全面培养学生的科学素养，实现科学教育背后凝结的价值[ 3 ]。

1.2  课标分析

有关万有引力定律的课程内容设置在高中物理教材必修二中。课程标准中要求：通过史实，了解万有引力定律的发现过程，认识万有引力定律的重要意义以及科学定律对人类探索未知世界的作用[ 4 ]。

本文以课程标准为基础，从培养学生核心素养的目的出发，结合课程设置的主要内容，能够让学生充分了解万有引力定律发展历程，明确在物理学发展的每个阶段存在的进步与不足，同时领悟到物理学家先进的思想与方法对于人类探索未知世界的积极作用。

2  基于HPS模式的备课过程

2.1  科学背景引入——结合中国古代天文理论激发学生学习兴趣

在开展HPS教学模式的过程中进行情境创设是课程教学开展的基础。在创设物理情境的过程中融入物理学史、科学故事等能够激发学生丰富的想象力，促进学生学习物理知识的积极性，也有利于学生对物理知识的意义建构，为后续的教学做好良好的铺垫。

远古时代，人们就梦想着能够飞出地球去探索璀璨星空的奥秘。在中国民间就流传着许多关于星空的童话。比如嫦娥奔月就是中国民间流传许久的神话传说。距今约2100年出土的马王堆汉墓中就有着“嫦娥奔月”神话故事的记载，如图1所示。在遥远的古代，人类就开始思考我们所在的环境是什么样的，并提出了很多新奇的想法，比如：盖天说与浑天说。盖天说认为：天圆如张盖，地方如棋盘。而浑天说则不以为然认为：浑天如鸡子，地如鸡中黄[ 5 ]。经研究推断，在春秋战国之前中国古代人就已经大致知道行星的轨道运动[ 5 ]。

2.2  科学的基本内涵——结合科学史分析万有引力定律的发现历程

2.2.1  还原物理学史发展时间线 理清科学思维脉络

还原物理学史是HPS教学模式的一个重要环节，通过对物理学发展史的全面回顾，在帮助学生理解科学知识的同时，更能理清科学发展的顺序脉络，从而顺利跨越最近发展区。学生在逐步了解科学史的过程中更能促进自身思维导向与发展。对于万有引力定律的探索历程，本文按照时间线的方式将各个物理学家的观点结论进行概括整理，如表1所示，有助于教师的深度备课。

2.2.2  物理学史发展时间线在课堂教学中的特色之处

科学知识随着时间不断地向前发展，被推翻而又重构，接受检验而又重新调整。以科学历史问题为线索更能体现课程教学的逻辑性、顺序性。同时，以历史问题作为课程背景，打破了学科壁垒，更有助于学生系统全面地学习课程知识。科学发展的进程往往充满着奇遇与灵感，科学家们的奇闻异事、成功或失败，改变着物理学原本“枯燥冰冷”的形象，激发学生强烈的求知欲，增添了物理课堂的趣味性。

2.3  科学哲学思想渗透—结合科学史融入课堂思政教育

2.3.1  科学不是凭空想象，而是基于大量的数据与观察、实验

真正起作用的创新不仅仅单凭猜测就能发现，真正使得概念转变的想法，总是严格地被激发出来的[ 8 ]。科学并不是凭空想象，而是基于科学家大量的数据收集、观察探讨以及重复性的实验。

比如开普勒的椭圆以及他的万有引力三大定律，他并不是突然“冒出来了”运用椭圆的想法，而是通过了夜以继日大量的数学计算才发现利用椭圆来模拟行星运动比他原来的模型效果更好。在物理学的发展史上诸如此类的事例数不胜数，是“实践是认识的基础、是真理的检验标准”最生动的诠释。

2.3.2  物理学史中所蕴含的辩证主义思想

纵观万有引力定律的发现过程，可见物理学的发展是一个螺旋上升的过程。科学家们对于物理现象、物理规律及其本质的认识，始终贯穿着对立统一规律、否定之否定规律等唯物辩证观点[ 9 ]。观察—提出假设—逻辑推导—实验验证—反复验证—得出结论，这过程本身就在培养学生树立正确的辩证主义思想。可见物理课程渗透思政教育能够形成协同效应并发挥基础性作用，从而加强了学生的实践创新能力外，更树立了学生辩证唯物的世界观和方法论。

2.4  理解科学与社会、技术的关系——万有引力定律结合生活实例

科学定律不仅能解释已知的现象，而且能将定律转化为技术而应用于日常生活与生产实践，同时科学定律也能预言当时未知的一些事物、现象。教师应向学生提供适当的生活实例，比如人造卫星的发射、应用万有引力定律预测了海王星以及哈雷利用万有引力定律解释了三次彗星的出现等，以培养学生的科学意识与态度。

我们可以观察到历年的高考题中关于万有引力定律的题型总是与时事密切联系，教师在介绍相关应用时也应该与时俱进，向同学们介绍前沿的科学资讯。比如我国嫦娥四号探测器成功登录月球背面、引力波的探测发现等。

3  总结

全文以万有引力定律为例，从物理学史的角度出发，浅谈如何结合HPS教育理念进行深度备课。将备课过程分为四个阶段，首先通过古代天文理论作为科学背景引入，激发学生的学习兴趣以及浓厚的好奇心，有利于后续的知识建构;还原科学史分析万有引力定律的发现历程有助于教师梳理历史事件的时间脉络，更有利于学生理解科学知识本身，从而顺利跨越最近发展区;将科学史融入课堂思政教育不仅加强了学生的科学素养培育，更树立了正确的辩证唯物主义世界观和方法论;最后应用生活实例来理解科学与社会、技术的关系，培养学生的科学意识与态度，更践行了“从生活走向物理”的教育理念。

参考文献：

[1] 涂幼林.《普通高中物理课程标准》2017版和2003版的比较研究[D].湖北：华中师范大学，2019.

[2] 赵岚月，樊炎曦，叶晴莹.以惯性定律为例探讨基于HPS教育理念的备课[J].中学物理，2020，38（2）：37-38.

[3] 魏冰.让科学史走进课堂—介绍一种科学史教学模式[J].化学教育，2000（2）：38-40

[4] 陆魏. 基于物理核心素养的万有引力定律教学研究[D].陕西：陕西师范大学，2019.

[5] 宁晓玉.比较视野下的中国古代天文理论的探讨[J].科学文化评论，2010，7（2）：71-83.

[6] 赵易.17世纪英国基督教与科学的关系探究[D].吉林：东北师范大学，2017.

[7] 李建伟.经典力学的建立及其启示[J].职大学报，2009（2）：81-84.

[8] 卡尔罗·罗维利.物理学需要哲学，哲学需要物理学[J].科学文化评论，2019，16（2）：107-119.

[9] 陈恒雷，吴钊峰，凌海秋，等.融入“思政教育”的物理类通识教育课程建设[J].教育教学论坛，2020（9）：42-43.