基于HPS理念的初中物理教學(xué)研究

在當(dāng)前教育改革的背景下，如何培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)，實現(xiàn)知識傳授與價值引領(lǐng)的統(tǒng)一，已成為教育界關(guān)注的熱點問題。HPS（History，PhilosophyandSociologyofScience）教育理念以建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)，主張將科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)的知識與課程教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合。該理念旨在拓展科學(xué)教育的視野，豐富其內(nèi)容，提倡從科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)等視角來篩選與編排教學(xué)內(nèi)容，以期全面提高國民的科學(xué)素養(yǎng)[1]。基于HPS理念的初中物理教學(xué)，有助于學(xué)生深入體會學(xué)科知識所承載的人文與科學(xué)內(nèi)涵。

一、HPS理念融入初中物理教學(xué)的必要性

HPS理念的核心是將科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)融入學(xué)科教學(xué)，旨在促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的深入理解[2]，提升其科學(xué)素養(yǎng)。《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確提出了物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究與實踐、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四大核心素養(yǎng)[3]。將HPS理念融入初中物理教學(xué)，具有明顯的教育價值。一方面，它能夠幫助學(xué)生清晰理解科學(xué)知識的產(chǎn)生與發(fā)展脈絡(luò)，深刻認(rèn)識科學(xué)與社會、文化的聯(lián)系。另一方面，它能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維與科學(xué)探究能力，助力學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面提升[4]。更為關(guān)鍵的是，它有助于引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，培育其良好的思想政治素質(zhì)。因此，基于HPS理念的初中物理教學(xué)，對實現(xiàn)物理課程的育人目標(biāo)具有重要的現(xiàn)實意義。

二、基于HPS理念的初中物理教學(xué)流程

課程伊始，教師可以利用多媒體課件或?qū)嶒炑菔緛沓尸F(xiàn)有趣的物理現(xiàn)象，以吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的好奇心和求知欲，并引導(dǎo)學(xué)生思考這些物理現(xiàn)象的成因，從而自然導(dǎo)入新課內(nèi)容。隨后，教師可融入科學(xué)史內(nèi)容，講述與本節(jié)課相關(guān)的科學(xué)家的故事。在此過程中，教師要充分挖掘其中的思想教育元素，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考與追求真理的精神。在科學(xué)哲學(xué)方面，教師可組織學(xué)生復(fù)刻歷史上科學(xué)家的經(jīng)典實驗。實驗過程中，教師可帶領(lǐng)學(xué)生分析科學(xué)家采用的研究方法，如邏輯推理法、轉(zhuǎn)換法、控制變量法等，使學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性與實證精神，培養(yǎng)批判性思維。在科學(xué)社會學(xué)方面，教師可引導(dǎo)學(xué)生探討所學(xué)物理知識在社會生活中的應(yīng)用實例，強(qiáng)調(diào)科學(xué)技術(shù)發(fā)展對社會進(jìn)步的推動作用，以此培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感與民族自豪感。

在總結(jié)階段，學(xué)生要自主回顧本節(jié)課知識點，梳理知識體系；教師則需再次強(qiáng)調(diào)科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)中蘊(yùn)含的思想政治元素。在此基礎(chǔ)上，教師布置課后作業(yè)，并鼓勵學(xué)生提出新問題與新想法，激發(fā)他們的物理學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)其創(chuàng)新能力培養(yǎng)。圖1為本次研究中基于HPS理念的初中物理教學(xué)流程圖。

圖1基于HPS理念的初中物理教學(xué)流程圖

三、基于HPS理念的初中物理教學(xué)實踐以“阿基米德原理”為例

（一）教材分析

“阿基米德原理”是人教版初中物理八年級下冊第十章第2節(jié)，在力學(xué)部分占有重要地位。從知識的前后聯(lián)系看，阿基米德原理建立在學(xué)生已學(xué)習(xí)的重力、二力平衡以及浮力概念等知識的基礎(chǔ)上，是對所學(xué)知識的進(jìn)一步深化。學(xué)生通過之前的學(xué)習(xí)，已對浮力有初步認(rèn)識，但對浮力大小的決定因素了解得還不夠全面。阿基米德原理的引入恰能解決這一問題，為后續(xù)學(xué)生學(xué)習(xí)物體的浮沉條件、浮力的應(yīng)用等知識奠定基礎(chǔ)。

教材內(nèi)容還蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)思維與方法。例如，在探究阿基米德原理的實驗中，運用了控制變量法、轉(zhuǎn)換法等。這些實驗方法不僅有助于學(xué)生理解阿基米德原理，還能培養(yǎng)其科學(xué)思維能力。此外，教材中還引入了相關(guān)生活實例，如船舶、潛水艇，展現(xiàn)了物理知識與生活實際的緊密聯(lián)系，有利于培養(yǎng)學(xué)生運用物理知識解決實際問題的能力，激發(fā)其學(xué)習(xí)物理的興趣。

（二）學(xué)情分析

在學(xué)習(xí)“阿基米德原理”之前，初中生已對重力、二力平衡等知識有了一定了解，并通過浮力概念的學(xué)習(xí)，明白了浸入液體的物體會受到浮力的作用。然而，他們對浮力大小的影響因素的認(rèn)識尚不全面。

同時，初中生正處于從形象思維向抽象思維過渡的階段。他們對直觀、生動的物理現(xiàn)象興趣濃厚，但在理解較為抽象、復(fù)雜的物理概念時仍存在一定困難。他們傾向于通過自主探究與小組合作獲取知識，但在進(jìn)行探究實驗時，可能存在操作不規(guī)范、觀察不細(xì)致、數(shù)據(jù)分析能力不足等問題，需要教師加以引導(dǎo)。實驗探究不順利或知識理解受阻，會影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。因此，教師需要關(guān)注學(xué)生的情感變化，及時給予鼓勵與支持，以培養(yǎng)學(xué)生克服困難的信心與毅力。

（三）教學(xué)目標(biāo)

1.物理觀念：理解阿基米德原理，能寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式；能運用浮力知識解釋生活中的相關(guān)現(xiàn)象。

2.科學(xué)思維：能利用 F_F=G_?? 和 F_☉=ρ_#gV_# 分析和計算簡單的浮力問題。

3.科學(xué)探究：能通過實驗探究浮力大小與排開液體所受重力的關(guān)系，知道實驗的目的、方法和結(jié)論。

4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過觀察物理現(xiàn)象激發(fā)對物理學(xué)科的興趣；在實驗過程中培養(yǎng)獨立思考、追求真理的精神；通過分析潛水艇、輪船等生活實例，增強(qiáng)社會責(zé)任感和民族自豪感，樹立正確的科學(xué)觀。

（四）教學(xué)重難點

教學(xué)重點：設(shè)計并完成探究阿基米德原理的實驗，理解實驗的過程和結(jié)論。

教學(xué)難點：熟練運用阿基米德原理及其公式進(jìn)行計算，解決實際問題。

（五）教學(xué)過程

1.呈現(xiàn)物理現(xiàn)象

課堂上，教師拿出一個新奇有趣的“魔法潛水艇”玩具。這是一個透明的小型密封容器，里面裝有彩色液體和一個可調(diào)節(jié)重量的小部件。教師將其放入水中，通過改變內(nèi)部小部件的重量，使“潛水艇”時而下沉，時而懸浮，時而上升。這一現(xiàn)象激發(fā)了學(xué)生的好奇心。此時，教師提問：“這個神奇的潛水艇是如何控制自己在水中的狀態(tài)的？它在水中呈現(xiàn)這么多變化背后，藏著怎樣的科學(xué)秘密？讓我們一起去探尋吧。”隨后，教師自然地引入本節(jié)課的主要知識點一阿基米德原理。

設(shè)計意圖：借助“魔法潛水艇”玩具導(dǎo)入新課，打破學(xué)生對物理學(xué)習(xí)枯燥的刻板印象，用趣味化的方式吸引學(xué)生注意力，使其迅速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，主動參與課堂學(xué)習(xí)。教師適時提出問題，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)充滿懸念的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，激發(fā)其探究熱情，為后續(xù)學(xué)習(xí)阿基米德原理做好鋪墊。

2.科學(xué)史融入

教師講述阿基米德發(fā)現(xiàn)浮力原理的故事，強(qiáng)調(diào)阿基米德面對難題時不退縮、堅持獨立思考與反復(fù)鉆研的精神，闡明他如何從日常生活現(xiàn)象中獲得靈感，最終發(fā)現(xiàn)著名的阿基米德原理。

設(shè)計意圖：將阿基米德發(fā)現(xiàn)浮力原理的歷史故事融入教學(xué)，讓學(xué)生了解該原理誕生的背景，從而降低知識理解難度，加深學(xué)生對知識的記憶；引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)阿基米德迎難而上的勇氣，以堅持不懈的精神積極面對學(xué)習(xí)和生活中的困難，培養(yǎng)其克服困難的意志品質(zhì)。

3.科學(xué)哲學(xué)探究

開展驗證阿基米德原理的實驗。教師準(zhǔn)備溢水杯、彈簧測力計、石塊、小桶等實驗器材，讓學(xué)生分成小組進(jìn)行實驗。實驗過程中，教師要指導(dǎo)學(xué)生分析科學(xué)家采用的物理實驗方法，如本次實驗采用的控制變量法和轉(zhuǎn)換法。具體實驗步驟如下：用彈簧測力計測出石塊的重力 G ；將石塊浸沒在盛滿液體的溢水杯中，通過測量排開液體所受的重力，間接得出浮力大小 ；改變液體密度，重復(fù)上述步驟，觀察并記錄數(shù)據(jù)。學(xué)生分析實驗數(shù)據(jù)，推導(dǎo)出浮力的計算公式： F_≤ssgtr=ρ_#EgV_#E ，在實驗過程中，教師鼓勵學(xué)生思考實驗過程中可能出現(xiàn)的誤差，并討論如何改進(jìn)實驗以減少誤差，從而培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維，使其理解科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性和實證精神。

設(shè)計意圖：要求學(xué)生分析實驗中的控制變量法和轉(zhuǎn)換法，使其掌握科學(xué)研究的基本方法，培養(yǎng)邏輯思維能力；引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)實驗結(jié)論，培養(yǎng)其邏輯推理和數(shù)學(xué)運算能力；鼓勵學(xué)生對實驗誤差進(jìn)行反思和質(zhì)疑，提高其發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力；使學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)結(jié)論的得出必須基于充分的實驗數(shù)據(jù)和反復(fù)驗證，而非主觀臆測，樹立正確的科學(xué)觀。

4.探討科學(xué)社會學(xué)

教師引導(dǎo)學(xué)生思考阿基米德原理在社會生活場景中的應(yīng)用，如船舶航行、潛水艇浮沉等，強(qiáng)調(diào)科學(xué)技術(shù)發(fā)展對社會進(jìn)步的推動作用，介紹我國在船舶制造、深海探測等領(lǐng)域取得的成就，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感和社會責(zé)任感。

設(shè)計意圖：使學(xué)生明白科學(xué)知識不僅能解釋自然現(xiàn)象，還能轉(zhuǎn)化為強(qiáng)大的生產(chǎn)力，改變?nèi)藗兊纳罘绞剑苿由鐣l(fā)展；讓學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)技術(shù)對人類社會的重要意義，樹立正確的科學(xué)價值觀。

5.總結(jié)歸納

學(xué)生自行回顧本節(jié)課所學(xué)的阿基米德原理的知識，梳理知識體系。教師再次強(qiáng)調(diào)科學(xué)史中科學(xué)家精神、科學(xué)哲學(xué)的研究方法、科學(xué)社會學(xué)中科技與社會的聯(lián)系等課程元素。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生認(rèn)識到物理學(xué)習(xí)不僅僅是掌握知識，更是對科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)發(fā)展歷程以及科學(xué)與社會關(guān)系的深入理解，引導(dǎo)學(xué)生對科學(xué)形成全面認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)，為其未來的學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

6.作業(yè)布置

教師布置課后作業(yè)，要求學(xué)生設(shè)計利用阿基米德原理測量液體密度的實驗方案。同時，鼓勵學(xué)生大膽創(chuàng)新，提出新問題和新想法。

設(shè)計意圖：借助設(shè)計實驗方案的實踐活動，引導(dǎo)學(xué)生將阿基米德原理運用于實際，加深其對知識的理解和記憶，培養(yǎng)其科學(xué)探究精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度以及解決問題的能力，提升其科學(xué)素養(yǎng)。

（六）教學(xué)反思

在基于HPS理念的初中物理教學(xué)中，教師要充分關(guān)注學(xué)生的課堂參與度與知識理解程度，根據(jù)學(xué)生反饋及時調(diào)整教學(xué)節(jié)奏和進(jìn)度，以促進(jìn)學(xué)生對物理知識的深入理解，使其能夠從科學(xué)視角把握知識的來龍去脈。在實驗操作環(huán)節(jié)，教師應(yīng)加強(qiáng)指導(dǎo)，確保各小組實驗順利進(jìn)行。對于存在學(xué)習(xí)困難的小組，教師要加強(qiáng)引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)其堅韌不拔、勇于克服困難的科學(xué)精神。在今后的教學(xué)中，教師可進(jìn)一步挖掘生活中與阿基米德原理有關(guān)的現(xiàn)象，豐富教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)學(xué)生的知識應(yīng)用能力。

四、結(jié)論

本研究以“阿基米德原理”一課的教學(xué)為例，闡述基于HPS理念的初中物理教學(xué)實踐。實踐證明，優(yōu)化教學(xué)流程與創(chuàng)新教學(xué)方法，能有效加深學(xué)生對物理知識的理解，提升學(xué)生的應(yīng)用能力，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與思想政治素質(zhì)方面具有良好效果。這一教學(xué)模式為初中物理教學(xué)改革提供了新思路，對推動物理課程改革、落實立德樹人根本任務(wù)具有重要意義。未來的教學(xué)中，教師應(yīng)不斷探索多元化教學(xué)方法和策略，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，更精準(zhǔn)地把控課堂時間，合理分配課堂中知識講解與知識拓展的時長比例，以促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

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