HPS教學模式在初中物理課堂中的應用

摘 要：HPS教學模式即科學史、科學哲學和科學社會學結合的教學模式，在物理課堂中展現出一定的優勢.文章以“電磁感應現象”為例，引入法拉第發現電磁感應的歷史背景，使學生掌握電磁感應的基本原理，幫助學生深刻理解科學的可驗證性和發展性.在教學過程中，鼓勵學生進行批判性思考，探索科學本質，培養科學精神和探究能力.同時，探索HPS教學模式在初中物理課堂中的應用，以強化學生的物理學科核心素養，為學生學習保駕護航.

關鍵詞：HPS教學模式；初中物理；電磁感應現象

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2024）32-0085-03

收稿日期：2024-08-15

作者簡介：張偉（1974.12—），男，山東省棗莊人，本科，中小學一級教師，從事初中物理教學研究.

新時期教育改革背景下，提高全體學生的科學素養已成為國際科學課程改革的核心目標.初中物理作為科學教育的重要組成部分，教學質量直接關系到學生科學素養的培養.HPS（History，Philosophy and Sociology of Science）教學模式，即科學史、科學哲學和科學社會學結合的教學模式，強調通過融入科學發現的歷史背景、哲學思考和社會影響，以加深學生對科學本質的理解^[1].特別是在“電磁感應現象”這一經典物理知識教學中，HPS教學模式能夠幫助學生從歷史角度理解法拉第等科學家的探索歷程，從哲學角度審視電磁感應理論的邏輯構建，從社會角度探討電磁感應技術的應用與影響.所以，探索HPS教學模式在“電磁感應現象”課堂中的應用，對于提升學生的科學素養、培養科學思維和社會責任感具有積極意義.

1 HPS教學模式概述

HPS教學模式是由孟克和奧斯本所提出，是科學史、科學哲學和科學社會學的英文縮寫，其主要內容是將科學史、科學哲學、科學社會學有關內容納入科學課程，以期提高科學教育的質量，HPS教育的根本目的是幫助學生理解科學本質.該教學模式實施的基本前提是所學的課題必須是科學史上某一科學家曾經研究的自然現象.教學流程包括6個環節：①演示現象；②引出觀念；③學習歷史；④設計實驗；⑤呈現科學觀念和實驗檢驗；⑥總結與評價^[2].

2 HPS教學模式在初中物理“電磁感應現象”課堂中的應用2.1 創設情境，引發學生思考

將HPS教學模式融入初中物理課堂中，教師應設計一些能激發學生思維的情境，引導學生探索電磁感應現象的發現過程、所蘊含的科學技術原則以及這一現象對社會的影響^[3].同時，激發學生思考的核心在于將科學知識的歷史演變、科學方法以及科學與社會的聯系融入教學過程.教師可以通過敘述法拉第在電磁感應現象發現中的作用，向學生展現科學家如何通過觀察、實踐和思考探尋大自然的規律，以此激發學生的好奇心和求知欲.目前，電磁感應現象對現代科技和社會發展具有積極意義，如發電機的創造和電力工業的迅速發展，都離不開這一重要規律.所以，引導學生思考電磁感應現象的應用價值，有利于他們更深入地了解科學知識在實踐中的應用.

例如，探究電磁感應現象時，教師可以運用磁鐵、導線和靈敏電流計等實驗器材，在動手之前提出問題：為什么導線在磁場內運動能激發并產生電流？背后隱藏的科學原理是什么？它的存在對我們日常生活有哪些影響？然后引導學生以小組形式開展實驗活動，指導他們細致觀察并準確記錄觀察到的實驗現象.實驗過程中，教師可以適時分享關于法拉第的個人經歷和科學探索的故事，激勵學生勇于提出問題、大膽提出假設并進行驗證.實驗結束后，安排學生互相交流所觀察到的現象，指導學生將電磁感應現象應用于生活，包括發電機的工作方式、無線充電技術等，讓學生感受科學知識的實用性和魅力.通過創設情境，學生不僅能理解電磁感應現象的科學規律，還能幫助他們洞察科學原理的探究方法及其對社會的影響，進而強化學生的科學素質與創新能力.

2.2 引出觀點，培養學生思維

“電磁感應現象”教學中，融入科學史能夠引導學生回顧法拉第等科學家通過實驗揭示電磁感應現象的過程，同時闡述這一突破對科技進步的重大意義.另外，通過融入科學哲學元素，激發學生探索電磁感應現象的因果關系，有利于培養學生的邏輯思維.目前，電磁感應現象已被應用于社會中，包括發電機、變壓器等電力設備，教學中可以從科學社會學視角引出，有助于提升學生的實踐應用能力和社會責任感.

例如，教師可以通過講解法拉第探究電磁感應現象的故事，巧妙引入電磁感應這一概念.描述法拉第在實驗中意外發現的現象，即當磁鐵相對于閉合導線移動時，導線內會產生電流，激發學生的好奇心.隨后，啟發學生探索電磁感應現象所蘊含的科學規律，接著，進行實驗展示和理論闡釋，使學生領會電磁感應的本質：磁場變化導致電場變化，進而產生電流.在這個過程中，要重點突出科學探究過程與推理邏輯.同時，還可以利用現代科技拓展學生的思維空間，通過講解電磁感應的原理，闡述發電機如何將機械能轉換成電能，引導學生觀察發電機模型或實物，幫助他們了解其在電力系統中的應用.

2.3 通過實驗探究，指導學生學習歷史

“電磁感應現象”教學中融入HPS教學模式，學生可以通過探究科學發展的歷史進程，更深入地理解電磁感應的本質，加強他們對科學理論的理解.教師通過講解電磁感應的歷史故事，如法拉第的實驗及其探究歷程，讓學生掌握科學知識，感受科學探究的艱辛和趣味，進而培養他們的科學精神和社會責任感.

教學實施過程中，教師可以引導學生通過實驗研究電磁感應現象的歷史.首先，教師可以概述電磁感應現象的探究過程，強調法拉第的恒心與毅力，闡述法拉第歷經十年之久，經過無數次失敗與嘗試，最終揭示電磁感應現象.該過程不僅能激發學生的學習熱情，還能讓他們體會到科學探究之路的艱辛及持之以恒的價值.其次，引導學生重復法拉第的實驗過程，準備所需的材料，如磁鐵、線圈以及靈敏電流計，按照法拉第的實驗流程逐步完成實驗.學生通過觀察磁鐵在線圈中插入或移除時電流表指針的偏轉，感受電磁感應現象的產生.教師通過講述實驗的基本原理，幫助學生掌握產生感應電流所具備的條件.最后，教師引導學生開展討論活動，對實驗觀察到的現象與法拉第實驗所得結果之間的異同點進行對比.分析發現，學生能意識到改變實驗條件，會導致實驗結果發生變化，有助于增強他們對電磁感應現象的深度理解.同時，指導學生探討法拉第實驗所蘊含的科學價值，以及該實驗成果對科研領域與技術運用發展所產生的影響，讓學生更好地理解科學史.

2.4 呈現科學觀念與實踐檢驗

“電磁感應現象”教學中，應用HPS教學模式能讓學生理解電磁感應的基礎概念，深刻領悟其中的科學內涵及在社會中的應用價值.同時，應用該教學模式，引導學生通過探究電磁感應的發展歷史，把握科學發展的過程.融合科學哲學的方法論，有利于培養學生的批判性思維和質疑能力，幫助他們深度研究和討論電磁感應理論的科學基礎與邏輯體系.另外，將科學社會學融入其中，能使學生意識到電磁感應技術在社會發展中扮演著關鍵角色，從而增強他們的社會責任感.

例如，教師可以圍繞HPS教學模式的六個步驟規劃電磁感應現象的教學方案.首先，通過呈現磁鐵與線圈相互接近或遠離時燈泡亮度的變化情況，形象地揭示電磁感應現象，激發學生的興趣與探求欲望.接著，指導學生探究這一現象的根本原因，進而引入電磁感應的概念.然后，向學生講述法拉第探索電磁感應原理的傳奇故事，使學生體會重大科學成就背后的辛勤努力及科學家們不懈的探索精神.在實驗設計階段，教師可以指導學生動手搭建基礎的電磁感應實驗設備，比如利用線圈、磁鐵和電流表等工具，通過改變磁鐵的運動速度和方向，觀察電流的變化并做好記錄實驗設計過程.實驗中，學生不僅要證實電磁感應現象的真實性，還要親自動手實驗，以深化他們對法拉第電磁感應現象的認識.最后，安排學生歸納與反饋，讓學生展示他們在實驗中觀察到的現象，對電磁感應在生活中的應用展開交流，舉例闡述發電機是如何工作的，培養他們追求科學真理的精神和品質.

2.5 加強總結與評價

“電磁感應現象”教學中加強總結與評價，有利于提高學生的學習質量.這樣不僅有助于深化學生對電磁感應基本原理與概念的理解，助力學生建立全面的知識系統，還能增強他們的邏輯推理能力和科學素質.

（1）促進小組反思.法拉第的鐵環實驗與電磁感應實驗結束后，可以引導學生進行小組交流，讓他們闡述實驗中觀察到的現象，探討哪些因素會導致感應電流的產生.然后指導學生總結，當閉合電路中的導體運動切割磁感線時產生感應電流，突出磁通量變化在這一過程中的關鍵作用.

（2）回顧探究科學哲學.總結過程中，融入法拉第揭秘電磁感應現象背后的故事，有利于展現他持之以恒的實驗態度和艱辛的科研道路，這不僅能夠充實教學內容，還能激發學生對科學的熱情和求知欲.同時，要指導學生探討科學成就所蘊含的哲學理念，強化科學素養.

（3）綜合評估.除了評估學生掌握知識的能力，還應注重他們在實驗操作技能、合作精神、問題解決能力以及科學態度等方面的表現.教師可以設計實驗報告、小組討論記錄、自我反思日記等多種評價方式，全方位掌握學生的學習狀況.在評估過程中加強對學生的鼓勵，肯定學生的付出與進步，明確不足之處，提出切實可行的優化方案.

（4）課程總結與思考.每堂課結束后，教師需要對所學內容進行歸納，提煉關鍵點和難點，指出電磁感應原理的基礎性和應用價值.同時，教師應激勵學生加強課后自我反思，讓他們回顧自己的學習經歷，深度思考遇到的問題及應對策略，明確未來的學習路徑和方向.

3 結束語

綜上所述，將HPS教學模式應用于初中物理“電磁感應現象”教學中，能夠提升學生對科學本質的理解.通過將科學史、科學哲學和科學社會學融入教學，學生不僅能掌握電磁感應的基本原理，還能理解這一發現背后的科學探索歷程和社會影響，增強他們的科學素養.展望未來，我們應進一步深化對HPS教育資源的開發與應用，加強跨學科整合，讓學生在更廣闊的科學背景下理解物理現象.

參考文獻：

[1] 任虎虎，汪明.HPS教育理念下的高中物理概念教學：以“單擺”一課為例[J].教育研究與評論（中學教育教學），2024（5）：64-69.

[2] 梁悅，徐叢洋，劉爽，等.HPS教學模式融入初中物理教學：以“電磁感應現象”為例[J].理科考試研究，2024，31（10）：47-48.

[3] 姜策翔，金邦建，羅海軍，等.基于STEAM教育與HPS理念的高中物理教學設計：以斜拋運動教學為例[J].中小學數字化教學，2024（5）：54-58.

[責任編輯：李 璟]