ＨＰＳ教育視野中的“自由落體運動”課堂教學(xué)設(shè)計

李富強　馮　爽

摘 要：本文簡單介紹了有關(guān)科學(xué)教育的HPS教育理論及由英國學(xué)者孟克與奧斯本為落實科學(xué)教育中科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)提出的融合模式，并根據(jù)此模式設(shè)計了有關(guān)“自由落體運動”的課堂教學(xué)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：HPS教育；課堂教學(xué)設(shè)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(chǔ)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(tài)度與價值觀這兩個維度對學(xué)生進行培養(yǎng)。《基礎(chǔ)教育課程改革綱要(試行)》明確指出：課程標準“要倡導(dǎo)科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新與實踐”； 教師在教學(xué)過程中應(yīng)“創(chuàng)設(shè)能引導(dǎo)學(xué)生主動參與的教育環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生掌握和運用知識的態(tài)度和能力，使每個學(xué)生都能得到充分的發(fā)展”。［1］《普通高中物理課程標準》指出：提倡“通過多樣化的教學(xué)方式，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識與技能，培養(yǎng)其科學(xué)探究能力，使其逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神”；培養(yǎng)學(xué)生“具有敢于堅持真理、勇于創(chuàng)新和實事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神”。［2］通過教學(xué)使學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)，從而使學(xué)生不但學(xué)到科學(xué)的知識和技能，而且具有科學(xué)精神和創(chuàng)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(jīng)歷了由History and Philosophy of science (即科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué))到History Philosophy and sociology of science (即科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué))的發(fā)展過程，主要是指“把科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)的有關(guān)內(nèi)容納入中小學(xué)的科學(xué)課程中，以期提高學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解，培養(yǎng)他們的科學(xué)精神和創(chuàng)新能力”。［3］

不少專家針對落實科學(xué)教育中科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)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(xué)者孟克與奧斯本提出，其理論基礎(chǔ)注重學(xué)生的已有知識、經(jīng)驗和如何認知的認識論問題，便于促進學(xué)生對科學(xué)概念的理解及教師對課堂的管理。這一模式將教學(xué)過程大概分成了六個階段：

（1）通過演示，讓學(xué)生注意到某一現(xiàn)象，由此產(chǎn)生需要解決的問題；

（2）引出學(xué)生的觀點；

（3）學(xué)習(xí)歷史，讓學(xué)生了解問題產(chǎn)生的真實背景、當(dāng)時科學(xué)家的不同觀點等；

（4）設(shè)計實驗；

（5）由教師介紹當(dāng)代的觀點，即教科書上對此種自然現(xiàn)象的解釋；

（6）總結(jié)、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(shè)計高中物理“自由落體運動”一節(jié)的課堂教學(xué)，通過課堂教學(xué)設(shè)計來具體展現(xiàn)HPS理論在實際教學(xué)中的應(yīng)用，以期能起到拋磚引玉的作用。

2 教學(xué)案例

“司南版”高中物理教材《必修1》中的第三章第三節(jié)“勻變速直線運動實例——自由落體運動”一節(jié)，教材分為：1、科學(xué)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(guī)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(jié)教材時，可以將第三節(jié)中的有關(guān)此問題背景的部分相關(guān)歷史內(nèi)容糅合到第一節(jié)中進行講授。

（1）演示某一現(xiàn)象，創(chuàng)設(shè)問題情境，提出問題。

讓一同學(xué)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(jié)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(fā)學(xué)生的認知沖突，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)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(xué)們通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館查閱相關(guān)材料）。

同學(xué)甲：重的物體下落快 (例：一團棉花和一塊石頭下落的現(xiàn)象)

同學(xué)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(chǎn)生此問題的背景信息及當(dāng)時科學(xué)家的不同觀點（教師可結(jié)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(yīng)速度應(yīng)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(yīng)的下落加速度應(yīng)比單個重物快。

伽利略從亞里士多德的理論出發(fā)，推出了矛盾的結(jié)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(fā)學(xué)生自己設(shè)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(fā)學(xué)生想到：空氣阻力的作用使得物體下落問題變得復(fù)雜，同學(xué)們可以根據(jù)現(xiàn)象，結(jié)合已有知識自己設(shè)計實驗進行探究（教師可以給予適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)）。

（5）教師講解教科書上對這種自然現(xiàn)象的解釋。

教師介紹教材的實驗（如下圖），并引導(dǎo)學(xué)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(xué)觀念是正確的，而是通過實驗探究得出結(jié)論，體現(xiàn)了當(dāng)代的科學(xué)觀：“采用工具性的觀點，即現(xiàn)代自然現(xiàn)象的解釋是更為精確的預(yù)測、更清楚的解釋或具有更廣泛的應(yīng)用。”在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。）

（6）總結(jié)、評價。

從實驗儀器的選取、實驗方案的猜想、實驗步驟的設(shè)計等方面，將學(xué)生設(shè)計的實驗與教材上的實驗進行比較、評價，得出結(jié)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(xué)設(shè)計我們可以看出：HPS理論將科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)及科學(xué)概念或理論的學(xué)習(xí)有機結(jié)合，在問題情景中讓學(xué)生進行探究，發(fā)揮了學(xué)生的主動性，培養(yǎng)了學(xué)生解決問題的能力；同時，通過此種教學(xué)拉近了學(xué)生與科學(xué)家的距離，讓學(xué)生認識到了一個個“真實”的科學(xué)家，增強了他們學(xué)習(xí)的自信心，加深了他們對科學(xué)本質(zhì)的理解。

當(dāng)然，HPS教育理論并非適合所有的物理課教學(xué)，所以，在應(yīng)用此種理論進行教學(xué)設(shè)計時，要根據(jù)具體內(nèi)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(xué)中，教師亦應(yīng)該根據(jù)實際情況對教學(xué)過程進行靈活取舍和適當(dāng)調(diào)整，如果生搬硬套，反而有違設(shè)計者的初衷了。

參考文獻：

［1］教育部.基礎(chǔ)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(xué)教育導(dǎo)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(xué)技術(shù)出版社，2004.8.

(欄目編輯趙保鋼)

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