HPS教育理念融入我國新版普通高中物理課程標準的分析

洪靜爽 程敏熙

(華南師范大學物理與電信工程學院 廣東 廣州 510006)

1 引言

HPS教育自20世紀80年代起，由美國為首的國家相繼推行開來，目前是國際科學教育改革關注的熱點教育理念[1～4].HPS教育指的是將科學史(History of Science)、科學哲學(Philosophy of Science)和科學社會學(Sociology of Science)的內容融入到科學課程和教學當中，促進學生對科學概念、規律及科學本質的理解.讓學生在科學史背景下，了解物理概念及規律的發現及發展進程，從中體會科學方法及科學思維在物理研究進程中的重要作用.可以有效培養學生的科學思維、科學探究能力、科學精神及態度[1,5,6]，最終達到提高科學教育質量和學生科學素養的目的.

我國現行《普通高中物理課程標準(2017年版)》(以下簡稱新課程標準)是在深入總結我國課程改革經驗，充分借鑒國際課程改革的優秀成果下，修訂的既符合我國實情又具有國際視野的綱領性教學文件.新課程標準強調學科育人價值，強調落實“立德樹人”的根本任務，注重體現物理學科本質，從三維目標到強調培養學生的物理學科核心素養[7]，明確了學生學習該學科課程后應達成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力，體現了以人為本的理念轉變，這與HPS教育理念高度契合[8].此外，課程標準是教材編寫和物理教學的重要依據，也是教師備課、確立教學目標、進行教學設計的重要參考標準.因此在進行教材分析[9,10]，考慮將HPS教育理念融入中學物理教學設計[11]與具體課程實施[5,6,8,12～14]的過程中，有必要對課程標準中的HPS教育相關內容進行分析和研究[1,15～17].這將有助于課程目標的落實，進一步促進學生核心素養的形成.

2 HPS內容維度劃分及標準界定

HPS教育劃分為3個維度,即科學史、科學哲學和科學社會學.其中，科學史關注科學家及其研究工作，展現科學(概念或理論)的發展過程，體現科學的積累和變革.科學哲學研究科學的本質問題及意義，強調辯證地看待科學及科學研究過程和方法的發展與變革.科學社會學關注科學發展與變革的外部條件和影響[2,18].

在進行新課程標準HPS相關內容分析前，需要確定分析指標或標準.因此，在查閱相關文獻[1,2,15,17]和資料，并在考慮3個維度的相對獨立性及內在聯系的基礎上，將科學史維度的內容界定為關注科學家及其研究事業(包括科學家的生平、形象、象、主要研究及成就)，以及體現科學知識(理論、概念等)的發現、發展及演變過程.而科學哲學維度聚焦科學知識的本質以及科學研究過程與研究方法的哲學思辨問題.因此，將科學哲學內涵界定為科學的認識論和科學的方法論.其中科學的認識論指的是科學知識的可認識性、公開性、發展性、創造性、相對性、局限性等(例如提及自然界是可以被認知的，科學知識是公開發表的成果，是積累發展與變化革命的辯證統一等).而科學的方法論指的是科學研究方法的實證性、預見性、抽象性、數學工具性、創造性、相對客觀性(比如提及模型、推理和實驗等在發現、研究、確立科學知識過程中的應用).科學社會學維度的內容界定為科學對社會的影響(提及科學對人類政治、經濟、社會、生態、文化、思維方式等的影響)以及社會對科學的影響(提及社會、政治、經濟、文化、生態等對科學發展的要求及影響).

3 新課程標準HPS相關內容分析

新課程標準在課程性質、基本理念、課程目標及課程內容上均有涉及HPS教育的相關內容[17].課程結構設計遵循學生認知規律及學科特點，設計循序漸進的課程內容.其中必修課程是全體學生必須學習的課程，關注學生全面發展需要，是高中學生物理學科核心素養發展的共同基礎[7]，由必修1、必修2和必修3這3個模塊構成.因此，選擇新課程標準“課程內容”中3個必修模塊對HPS相關內容進行提煉及統計，有助于分析和把握HPS教育在我國新課程標準的具體呈現情況.

已有研究[17]對新課程標準必修3個模塊HPS內容要求的總體情況進行了簡要說明，但課程標準與實際課堂教學緊密聯系，核心素養目標的達成也不是一蹴而就的，遵循循序漸進原則，且考慮必修模塊分析內容的詳盡性和全面性.有必要對各個必修模塊的具體主題內容(包括各主題下的活動建議部分)的HPS相關信息展開進一步分析和說明, 并補充每個必修模塊的教學提示和學業要求部分提及的HPS相關內容，使在確立教學目標及進行教學設計時能夠更加全面和具體地把握新課程標準隱含的HPS教育內容要求，從而助力于將HPS教育理念有效滲透到具體教學實踐中來.

3.1 必修1模塊HPS相關內容分析

將新課程標準中必修1模塊的HPS相關內容根據界定標準進行文本梳理和分類，統計結果如表1所示.

表1 必修1模塊HPS相關內容統計表

總體上，新課程標準必修1模塊有21處提及HPS的相關內容，且3大維度的內容均有涉及.其中科學哲學維度部分涉及的內容最多，有12處.不難分析，新課程標準多次提及讓學生體會抽象思維、極限法、模型建構、物理實驗、科學推理等科學研究方法及思維方式在探索自然規律或物理學發展中的作用.這與必修1模塊兩個主題的內容“機械運動與物理模型”“相互作用與運動定律”高度一致.相較而言，科學史部分內容涉及較少，在“相互作用與運動定律”主題部分提及了胡克定律及牛頓運動定律，但沒有明確指出關注相關科學家及其科學研究過程.因此，在教學過程中教師可以結合教材及學生實際情況和學習需要，適當補充牛頓等科學家的相關史料及其研究過程，有助于讓學生從科學家們真實的探究視角出發，更好地理解相關的定理定律，同時培養學生實事求是的科學精神與科學態度，促進學生學科核心素養的形成與發展.

3.2 必修2模塊HPS相關內容分析

將新課程標準必修2模塊的HPS相關內容分析結果進行統計，結果如表2所示.

較必修1模塊而言，必修2模塊提及的HPS的相關內容更廣泛，有35處，且3大維度的內容呈均衡的梯度遞增之勢.這一模塊涉及的科學史有7處之多，表明在該模塊新課程標準重視通過科學史引入相關物理知識從而助力學生的學習.

表2 必修2模塊HPS相關內容統計表

其中“萬有引力定律”的相關內容是必修2模塊的一個重點內容，萬有引力定律的發現史也是物理學家們的科學研究史，是在包括伽利略、開普勒、笛卡兒、哈雷等眾多科學家研究基礎上不斷發展、積累、總結，并最終由牛頓發表于《自然哲學的數學原理》中的.且新課程標準也明確提出要“通過史實，了解萬有引力定律的發現過程”.因此，必修2模塊的科學史內容較必修1明顯增多.此外，萬有引力定律是科學家追求物理理論簡潔性和統一的體現，是人類科學認識的一次重大綜合與飛躍，對人們的思想解放起到了積極的作用.對后來的物理學和天文學的發展產生深遠影響.可以發現必修2模塊的科學社會學部分內容與新課程標準中倡導的STSE教育內容等也是高度契合，在新課程標準中也是較為普遍的涉及到，有16處之多.

因此，在教學過程中尤其是在有關萬有引力定律的教學過程中，教師要落實新課程標準提出的通過史實，了解萬有引力定律發現過程的內容要求.要結合教材進行合理設計，幫助學生在了解物理學發展史的過程中習得知識，同時注意向學生滲透科學哲學的思辨、批判精神，激發學生的科學探究興趣，培養學生的科學態度和責任.

3.3 必修3模塊HPS相關內容統計與分析

對必修3模塊HPS相關內容的分析結果進行統計,如表3所示.

表3 必修3模塊HPS相關內容統計表

與必修1及必修2模塊相比，總體上新課程標準中必修3模塊提及HPS的相關內容是最多的，且三大維度的內容均有涉及.其中比較突出的一點是科學社會學部分提及的內容最多，有29處.新課程標準必修3模塊由“靜電場”“電路及其應用”“電磁場與電磁波初步”“能源與可持續發展”4個主題組成.這些主題涉及的內容與人們生活息息相關.比如“靜電場”部分提及的關于靜電的利用與防護，“電路及其應用”中提及的生活中的安全用電和節約用電的知識普及.“電磁場與電磁波初步”中提及的磁現象方面的研究成果(電磁感應現象、電磁波)及其對人類文明(現代技術發展、生活通訊等)的影響.“能源與可持續發展”部分更是將科學·技術·社會·環境之間發展與影響加以充分考慮和重視.

因此，在實際教學過程中，可以充分研讀新課程標準中對該模塊內容的具體要求，確立課程目標，并注意培養學生的環保意識.引導學生將環境保護落實到實際生活中去，有效實現課程教學目標，真正實現物理教學的育人價值和目標.

4 總結與建議

采用文本分析法，通過對新課程標準中“課程內容”部分3個必修模塊提及的HPS內容進行梳理和統計，發現新課程標準必修模塊普遍涉及到HPS相關內容.通過比較分析可以發現每個必修模塊對HPS教育3個維度(科學史、科學哲學、科學社會學)的側重程度有所不同，這與每個必修模塊的主題是息息相關且高度一致的.

總體而言，必修1模塊十分重視物理研究過程中科學思維及科學方法的滲透，關注科學知識的本質，重視向學生滲透關于科學的認識論與方法論的哲學思辨問題.新課程標準多次提及讓學生體會抽象思維、極限法、模型建構、物理實驗、科學推理等科學研究方法及思維方式在探索自然規律或推動物理學發展中的作用.必修1是高中物理學習的開始，在這一環節除了讓學生掌握基礎的描述運動與力的相關概念之外，更重要的是幫助學生在建構概念以及定理定律過程中體會科學研究方法及思維方式的巧妙之處.有效激發學生的物理學習興趣，培養學生的科學精神與態度，從而提高學生的科學思辨能力，為以后學習更復雜的科學知識打好基礎.

相較而言，在3個必修模塊中必修2模塊最為突出科學史在學生物理學習中的作用.以必修2模塊的主題之一提及的“萬有引力定律”部分內容來看，其發現過程本就是科學史發展進程中的一個重要過程，包含眾多科學家研究歷程及豐富成果，可以作為培養學生科學興趣、嚴謹與實事求是的科學態度及科學精神、合作及探究意識等的重要素材.此外，“萬有引力定律”的發現使人類在思想上產生巨大轉變，對后世關于天體運動研究及人類航天事業發展等產生重大影響，蘊含著豐富的科學社會學內容.

而必修3模塊的3個主題內容與人們生活息息相關，比如安全用電與節約用電普及、電磁波等在通訊生活中的運用、能源的開發利用與環境保護等.因此，必修3模塊的突出特點則是，高度重視科學社會學維度的內容.

課程標準是教師確立教學目標和進行教學設計的重要依據，因此在考慮將HPS教育理念引入中學物理課堂教學，以達到培養學生物理學科核心素養的目標時，有必要對HPS內容在我國現行普通高中物理課程標準的具體融合情況進行分析和了解，從而有效把握HPS教育理念融入物理教學的價值所在.可以幫助教師合理確立教學目標，并將HPS教育理念有效融合到具體的物理教學實踐中來，以期促進課程教學目標的有效落實，切實達到發展學生物理學科核心素養的目的.