基于HPS教育模式的中學物理深度備課

肖雅潔

摘? ?要：HPS（History， Philosophy and Sociology of Science）是以理解科學本質為目的的一種新型教育理論。本文以萬有引力定律為例，從物理學史的角度出發，淺談如何結合HPS教育理念進行深度備課。

關鍵詞：HPS教育;萬有引力定律;科學哲學;課程思政

引言

《普通高中物理課程標準》（2017年版）提出：“引導學生經歷科學探究過程，體會科學研究方法，養成科學思維習慣，增強創新意識和實踐能力，形成科學態度、科學世界觀和正確的價值觀[ 1 ]。”我國課程標準內容與HPS教育模式以理解科學本質為目的的核心思想高度一致，本文以萬有引力定律為例探討如何基于HPS教育模式進行深度備課，以期對教師的備課過程有所幫助。

1? 理論基礎

1.1? HPS教學模式

HPS（History， Philosophy and Sociology of Science）是以建構主義為理論基礎，從科學史、科學哲學、科學社會學三方面認識科學為內涵，以理解科學本質為目的的一種新型教育理論[ 2 ]。

HPS教育模式的核心是對科學本質的理解，旨在教育中合理添加科學史、科學哲學、科學社會學的相關內容，以全面培養學生的科學素養，實現科學教育背后凝結的價值[ 3 ]。

1.2? 課標分析

有關萬有引力定律的課程內容設置在高中物理教材必修二中。課程標準中要求：通過史實，了解萬有引力定律的發現過程，認識萬有引力定律的重要意義以及科學定律對人類探索未知世界的作用[ 4 ]。

本文以課程標準為基礎，從培養學生核心素養的目的出發，結合課程設置的主要內容，能夠讓學生充分了解萬有引力定律發展歷程，明確在物理學發展的每個階段存在的進步與不足，同時領悟到物理學家先進的思想與方法對于人類探索未知世界的積極作用。

2? 基于HPS模式的備課過程

2.1? 科學背景引入——結合中國古代天文理論激發學生學習興趣

在開展HPS教學模式的過程中進行情境創設是課程教學開展的基礎。在創設物理情境的過程中融入物理學史、科學故事等能夠激發學生豐富的想象力，促進學生學習物理知識的積極性，也有利于學生對物理知識的意義建構，為后續的教學做好良好的鋪墊。

遠古時代，人們就夢想著能夠飛出地球去探索璀璨星空的奧秘。在中國民間就流傳著許多關于星空的童話。比如嫦娥奔月就是中國民間流傳許久的神話傳說。距今約2100年出土的馬王堆漢墓中就有著“嫦娥奔月”神話故事的記載，如圖1所示。在遙遠的古代，人類就開始思考我們所在的環境是什么樣的，并提出了很多新奇的想法，比如：蓋天說與渾天說。蓋天說認為：天圓如張蓋，地方如棋盤。而渾天說則不以為然認為：渾天如雞子，地如雞中黃[ 5 ]。經研究推斷，在春秋戰國之前中國古代人就已經大致知道行星的軌道運動[ 5 ]。

2.2? 科學的基本內涵——結合科學史分析萬有引力定律的發現歷程

2.2.1? 還原物理學史發展時間線 理清科學思維脈絡

還原物理學史是HPS教學模式的一個重要環節，通過對物理學發展史的全面回顧，在幫助學生理解科學知識的同時，更能理清科學發展的順序脈絡，從而順利跨越最近發展區。學生在逐步了解科學史的過程中更能促進自身思維導向與發展。對于萬有引力定律的探索歷程，本文按照時間線的方式將各個物理學家的觀點結論進行概括整理，如表1所示，有助于教師的深度備課。

2.2.2? 物理學史發展時間線在課堂教學中的特色之處

科學知識隨著時間不斷地向前發展，被推翻而又重構，接受檢驗而又重新調整。以科學歷史問題為線索更能體現課程教學的邏輯性、順序性。同時，以歷史問題作為課程背景，打破了學科壁壘，更有助于學生系統全面地學習課程知識?？茖W發展的進程往往充滿著奇遇與靈感，科學家們的奇聞異事、成功或失敗，改變著物理學原本“枯燥冰冷”的形象，激發學生強烈的求知欲，增添了物理課堂的趣味性。

2.3? 科學哲學思想滲透—結合科學史融入課堂思政教育

2.3.1? 科學不是憑空想象，而是基于大量的數據與觀察、實驗

真正起作用的創新不僅僅單憑猜測就能發現，真正使得概念轉變的想法，總是嚴格地被激發出來的[ 8 ]?？茖W并不是憑空想象，而是基于科學家大量的數據收集、觀察探討以及重復性的實驗。

比如開普勒的橢圓以及他的萬有引力三大定律，他并不是突然“冒出來了”運用橢圓的想法，而是通過了夜以繼日大量的數學計算才發現利用橢圓來模擬行星運動比他原來的模型效果更好。在物理學的發展史上諸如此類的事例數不勝數，是“實踐是認識的基礎、是真理的檢驗標準”最生動的詮釋。

2.3.2? 物理學史中所蘊含的辯證主義思想

縱觀萬有引力定律的發現過程，可見物理學的發展是一個螺旋上升的過程?？茖W家們對于物理現象、物理規律及其本質的認識，始終貫穿著對立統一規律、否定之否定規律等唯物辯證觀點[ 9 ]。觀察—提出假設—邏輯推導—實驗驗證—反復驗證—得出結論，這過程本身就在培養學生樹立正確的辯證主義思想?？梢娢锢碚n程滲透思政教育能夠形成協同效應并發揮基礎性作用，從而加強了學生的實踐創新能力外，更樹立了學生辯證唯物的世界觀和方法論。

2.4? 理解科學與社會、技術的關系——萬有引力定律結合生活實例

科學定律不僅能解釋已知的現象，而且能將定律轉化為技術而應用于日常生活與生產實踐，同時科學定律也能預言當時未知的一些事物、現象。教師應向學生提供適當的生活實例，比如人造衛星的發射、應用萬有引力定律預測了海王星以及哈雷利用萬有引力定律解釋了三次彗星的出現等，以培養學生的科學意識與態度。

我們可以觀察到歷年的高考題中關于萬有引力定律的題型總是與時事密切聯系，教師在介紹相關應用時也應該與時俱進，向同學們介紹前沿的科學資訊。比如我國嫦娥四號探測器成功登錄月球背面、引力波的探測發現等。

3? 總結

全文以萬有引力定律為例，從物理學史的角度出發，淺談如何結合HPS教育理念進行深度備課。將備課過程分為四個階段，首先通過古代天文理論作為科學背景引入，激發學生的學習興趣以及濃厚的好奇心，有利于后續的知識建構;還原科學史分析萬有引力定律的發現歷程有助于教師梳理歷史事件的時間脈絡，更有利于學生理解科學知識本身，從而順利跨越最近發展區;將科學史融入課堂思政教育不僅加強了學生的科學素養培育，更樹立了正確的辯證唯物主義世界觀和方法論;最后應用生活實例來理解科學與社會、技術的關系，培養學生的科學意識與態度，更踐行了“從生活走向物理”的教育理念。

參考文獻：

[1] 涂幼林.《普通高中物理課程標準》2017版和2003版的比較研究[D].湖北：華中師范大學，2019.

[2] 趙嵐月，樊炎曦，葉晴瑩.以慣性定律為例探討基于HPS教育理念的備課[J].中學物理，2020，38（2）：37-38.

[3] 魏冰.讓科學史走進課堂—介紹一種科學史教學模式[J].化學教育，2000（2）：38-40

[4] 陸魏. 基于物理核心素養的萬有引力定律教學研究[D].陜西：陜西師范大學，2019.

[5] 寧曉玉.比較視野下的中國古代天文理論的探討[J].科學文化評論，2010，7（2）：71-83.

[6] 趙易.17世紀英國基督教與科學的關系探究[D].吉林：東北師范大學，2017.

[7] 李建偉.經典力學的建立及其啟示[J].職大學報，2009（2）：81-84.

[8] 卡爾羅·羅維利.物理學需要哲學，哲學需要物理學[J].科學文化評論，2019，16（2）：107-119.

[9] 陳恒雷，吳釗峰，凌海秋，等.融入“思政教育”的物理類通識教育課程建設[J].教育教學論壇，2020（9）：42-43.