ＨＰＳ教育視野中的“自由落體運動”課堂教學設計

李富強　馮　爽

摘 要：本文簡單介紹了有關科學教育的HPS教育理論及由英國學者孟克與奧斯本為落實科學教育中科學本質的教學提出的融合模式，并根據此模式設計了有關“自由落體運動”的課堂教學設計。

關鍵詞：HPS教育；課堂教學設計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-61

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

1 HPS教育理念

我國新一輪基礎教育課程改革目標不僅注重知識與技能這個維度，而且注重從過程與方法及情感態度與價值觀這兩個維度對學生進行培養。《基礎教育課程改革綱要(試行)》明確指出：課程標準“要倡導科學精神、科學態度和科學方法，引導學生創新與實踐”； 教師在教學過程中應“創設能引導學生主動參與的教育環境，激發學生的學習積極性，培養學生掌握和運用知識的態度和能力，使每個學生都能得到充分的發展”。［1］《普通高中物理課程標準》指出：提倡“通過多樣化的教學方式，幫助學生學習物理知識與技能，培養其科學探究能力，使其逐步形成科學態度與科學精神”；培養學生“具有敢于堅持真理、勇于創新和實事求是的科學態度和科學精神”。［2］通過教學使學生理解科學的本質，從而使學生不但學到科學的知識和技能，而且具有科學精神和創新能力，這是此次課程改革的重要目標之一，HPS教育正是達到這個目的的一個重要途徑。

HPS（“History Philosophy and sociology of science”的縮寫）經歷了由History and Philosophy of science (即科學史和科學哲學)到History Philosophy and sociology of science (即科學史、科學哲學和科學社會學)的發展過程，主要是指“把科學史、科學哲學、科學社會學的有關內容納入中小學的科學課程中，以期提高學生對科學本質的理解，培養他們的科學精神和創新能力”。［3］

不少專家針對落實科學教育中科學本質的教學提出許多不同的模式，本文主要介紹孟克與奧斯本的融合模式。這一模式由英國學者孟克與奧斯本提出，其理論基礎注重學生的已有知識、經驗和如何認知的認識論問題，便于促進學生對科學概念的理解及教師對課堂的管理。這一模式將教學過程大概分成了六個階段：

（1）通過演示，讓學生注意到某一現象，由此產生需要解決的問題；

（2）引出學生的觀點；

（3）學習歷史，讓學生了解問題產生的真實背景、當時科學家的不同觀點等；

（4）設計實驗；

（5）由教師介紹當代的觀點，即教科書上對此種自然現象的解釋；

（6）總結、評價［4］。

以上就是HPS理論的一些主要觀點，接下來，本文將用HPS理論的融合模式來設計高中物理“自由落體運動”一節的課堂教學，通過課堂教學設計來具體展現HPS理論在實際教學中的應用，以期能起到拋磚引玉的作用。

2 教學案例

“司南版”高中物理教材《必修1》中的第三章第三節“勻變速直線運動實例——自由落體運動”一節，教材分為：1、科學探究--自由落體運動的特點；2、自由落體加速度；3、自由落體運動規律探索的回眸等三方面對自由落體運動進行闡述。筆者以為在處理本節教材時，可以將第三節中的有關此問題背景的部分相關歷史內容糅合到第一節中進行講授。

（1）演示某一現象，創設問題情境，提出問題。

讓一同學一手拿小紙片，另一手拿小鋼球，雙手舉至相同的高度，然后同時松手，看看紙片與小鋼球誰先落地？將紙片捏成團結果又如何？重的物體下落得快？還是輕的物體下落得快？

（2）引發學生的認知沖突，引導學生結合自己查找的材料展開討論，提出自己的觀點。（教師可以在課前讓同學們通過網絡、圖書館查閱相關材料）。

同學甲：重的物體下落快 (例：一團棉花和一塊石頭下落的現象)

同學乙：輕的物體下落快 （例：一小粒石子和一大張紙片下落情況）

……

（3）介紹產生此問題的背景信息及當時科學家的不同觀點（教師可結合多媒體資源進行講解）：

在古希臘，哲人亞里士多德認為物體下落的速度與物體所受的重力大小成正比，即重物比輕物先落地。此后1900多年，很少有人懷疑亞里士多德的觀點。

到了16世紀末，伽利略對此提出了懷疑。伽利略認為如果重物比輕物下落快，那么，把重物和輕物栓在一起下落，重物會被輕物拖著而減慢，輕物則會被重物拖著而加快，栓在一起下落時對應速度應小于單個重物下落速度。但是，從另外一個角度看，重物和輕物栓在一起，所受總重力增加了，那么對應的下落加速度應比單個重物快。

伽利略從亞里士多德的理論出發，推出了矛盾的結論。那么，究竟是重的物體下落得快？還是輕的物體下落得快？

（4）激發學生自己設計試驗，進行探究。

教師指出為什么有時重的物體下落快？有時輕的物體下落快？可通過前面的演示啟發學生想到：空氣阻力的作用使得物體下落問題變得復雜，同學們可以根據現象，結合已有知識自己設計實驗進行探究（教師可以給予適當的引導）。

（5）教師講解教科書上對這種自然現象的解釋。

教師介紹教材的實驗（如下圖），并引導學生做“牛頓管”實驗，由“牛頓管”實驗得出：沒有空氣阻力，只有重力作用時，輕重不同的物體下落快慢相同。（在此階段教師并沒有簡單斷言某一科學觀念是正確的，而是通過實驗探究得出結論，體現了當代的科學觀：“采用工具性的觀點，即現代自然現象的解釋是更為精確的預測、更清楚的解釋或具有更廣泛的應用。”在潛移默化中培養學生的科學精神。）

（6）總結、評價。

從實驗儀器的選取、實驗方案的猜想、實驗步驟的設計等方面，將學生設計的實驗與教材上的實驗進行比較、評價，得出結論：

①物體不受其它因素影響，只在重力作用下從靜止開始下落的運動叫自由落體運動。

②輕重不同的物體自由下落快慢相同。

從上面的教學設計我們可以看出：HPS理論將科學史、科學哲學及科學概念或理論的學習有機結合，在問題情景中讓學生進行探究，發揮了學生的主動性，培養了學生解決問題的能力；同時，通過此種教學拉近了學生與科學家的距離，讓學生認識到了一個個“真實”的科學家，增強了他們學習的自信心，加深了他們對科學本質的理解。

當然，HPS教育理論并非適合所有的物理課教學，所以，在應用此種理論進行教學設計時，要根據具體內容的不同進行不同的選擇。此外，在適合用HPS教育模式的課堂教學中，教師亦應該根據實際情況對教學過程進行靈活取舍和適當調整，如果生搬硬套，反而有違設計者的初衷了。

參考文獻：

［1］教育部.基礎教育課程改革綱要(試行). http://www.moe.edu.cn/，2001年7月.

［2］廖伯琴等.普通高中物理課程標準（實驗）.中華人民共和國教育部制訂.人民教育出版社，2003.4.

［3、4］丁邦平.國際科學教育導論.山西教育出版社，2002.330、348-354.

［5］廖伯琴主編.國家教材《物理》（必修1）.山東科學技術出版社，2004.8.

(欄目編輯趙保鋼)

<注>：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文