HPS视角下的科学课堂教学

1、HPSHPS 视角下的科学课堂教学 科学史、科学哲学和科学社会学(History,PhilosophyandSociologyofScience,(History,PhilosophyandSociologyofScience,简称HPSS的核心内涵是关于科学本质的认识.它从科学史、科学哲学和科学社会学的视角，反 映了科学思想、科学信念、科学精神、科学审美和科学伦理等组成的价值观念体系，是科学的文化底蕴.HPS.HPS 关注对科学 本质和科学方法的研讨，它蕴涵着当代科学本质观.可以说， 把 HPSHPS 融入科学课程和课堂教学是在科学教育领域传播全面的科学文化观.近年来，国际科学教育界大力倡导

2、把 HPSHPS 融入 到中小学科学课程和课堂教学中，以期促进学生对科学本质的理解，帮助学生通过学习科学形成正确的科学本质观，培养学生的科学精神和创新能力.本文以“牛顿第一定律”第一课时为例，谈谈 HPSHPS 教学模式是如何彰显科学本质的. . 1HPS1HPS 教学模式基本程序 这一模式的教学程序包括以下 6 6 个环节(图 1),1),这一模 式有以下几个显著特点： (1)(1)将科学史、科学哲学的学习与当前的科学概念和理论学习有机地融合在一起； (2)(2)整个教学过程是一个问题解决的探究过程，因而 有利于培养学生的解决问题能力和创新能力 (3)(3)充分发挥了学生的主体性.促使他们主

3、动学习和建 构知识； (4)(4)使学生认识到科学家和常人一样也会犯错误； (5)(5)通过探究活动实现观念转变学习，形成正确的科学观念. 2 2 教学案例呈现 2.12.1 教学任务分析 综观“牛顿第一定律”教学内容，对于学生而言，教学难点主要来源于两个方面：其一是明确“力是维持物体运动的原因”的观点是错误的；其二是设计阻力对物体运动影响的实验.基于上述思考，教学重点确定为：以科学史为载体，以实验为手段对学生进行科学思想方法的教育，让学生在实验和推理的过程中体会科学方法，产生科学探究的积极情感. 知识内容线索、科学史线索和教学活动设计的总框架如 图 2 2 所示. 2.22.2 教学过程具体

4、设计和意图 基于教学任务、教材知识线索和科学史线索的分析，教学活动过程具体设计. 2.32.3 教学片段分析 (1)(1)从生活现象中，提取科学问题 课堂实录 1 1 课堂导入 师(演示现象 1):1):怎样让静止的木块运动起来？(施 加推力） 停止推木块后，木块是否运动？（静止） 怎样让木块持续地运动？（持续施加推力） 师：在这个现象中反映生力和运动有怎样的关系呢？ 生：物体受力就会运动，撤去这个力就会静止.（师记录 学生的观点） 师：源自生活中的这些直觉告诉我们：“没有力，物体 就不会运动”.其实早在 20002000 多年前古希腊的哲学家亚里士多德就认为：物体的运动需要力去维持.（介绍亚

5、里士多德） 师 （演示现象 2 2） : :咱们再做一组对比实验， 先让小车车轮朝上 （如图 3 3 甲所示），再让小车车轮朝下（如图 3 3 乙所示），当小车获得大致相同的速度后松手，观察拉力消失后小车的运动. 师：松手后小车马上停止运动了吗？（生：没有）松手小车是否还受到拉力的作用？（生：没有）这个实验现象和亚里士多德的观点相违背，所以根据观察和直觉得由的结论不一定正确，那么应当怎么做？（生：实验） 师：拉力消失后，第二次小车运动的距离更长，这是为什么？ 生：第二次小车受到的阻力更小. 师：看来不同大小的阻力对小车运动的影响不同.下面我 们就一起探究“阻力对小车运动的影响” 分析：学生在教

6、师的引导下经历了从现象 1 1 到经验结论 再从现象 2 2 到科学问题的思维过程，体会到了提取科学问题的基本方法.即“从日常生活、自然现象或实验观察中发现与科学有关的问题，并初步审视问题是否具有探究的价值.”同时通过现象 2,2,让学生通过对比直观感知阻力对物体运动的影响，这一简单实验为后续设计精细实验做技能铺垫.同 时，在教学过程中尊重科学家史实，肯定亚里士多德的贡献，客观评价其研究方法，也便于与伽利略开创的近代科学研究方法相对比. (2)(2)在探究教学中，体会科学思想 课堂实录 2 2 实验设计与探究 师：要探究“阻力对小车运动的影响”应控制哪个变量不同？ 生：物体所受阻力不同. 师：

7、怎样才能使同一辆小车受到不同的阻力？ 生：把小车放在不同毛巾、棉布、玻璃等物体的表面，就能使小车受到不同的阻力. 师：在该实验中应控制哪些变量相同？ 生 1:1:小车的质量. 生 2:2:小车的速度. 师：如何才能使小车运动的初速度相同？ 生 1:1:用相同大小的力去推小车. 生 2:2:人推小车的力不容易控制. 师：怎样操作可以使小车运动的速度相同？ 生：（学生一时回答不上来） 师：我们可以让小车从同一斜面的顶端由静止自由滑下，以保证小车到达水平面时具有相同的速度. （学生分组实验并收集证据） 师：如果借助频闪摄影，将看到如下现象（图 4 4）, ,请分析小车运动状态变化的情况，并得由结论.

8、 生：水平面越光滑，小车运动时所受的阻力越小，运动的距离越远. 师：如果小车在水平面上运动时不受阻力的作用（图 5 5）, , 它将怎么运动？请画图加以说明. 生：小车不受阻力作用时，它的速度将保持不变 分析：通过本环节的学习，学生充分领悟到斜面实验设计的思维过程，亲身经历知识的形成过程，感受理想实验的推理过程，知道理想实验是建立在可靠事实基础上的一种科学方法.实验设计中用到了控制变量法，实验分析中对证据加 以归纳概括并以图像呈现实验现象.通过图像将看不见的“推理”得以可视化，既有利于对牛顿第一定律的文字理解，也有利于后续学习中对运动状态改变的认识.（3 3）在科 学史教学中，领悟科学精神 课

9、堂实录 3 3 科学史教学 师：400400 多年前，伽利略就对亚里士多德的观点产生了怀疑，他采用类似的方法否定了亚里士多德的观点即“力是维持物体运动的原因”，你知道他是怎么做的吗？ 师：亚里士多德和伽利略的观点有什么不同？ 生：亚里士多德认为“力是维持物体运动的原因”，伽 利略认为“物体在运动中不受力，也能运动” 师：也就是说力不是维持物体运动的原因，亚里士多德的观点是在观察的基础上通过直觉判断得生的，那么伽利略的研究方法是什么？ 生：实验加推理. 师：伽利略的伟大就在于他敢于根据事实怀疑权威，挑战权威，他第一个走由“直观观察就能得由结论”的误区，提由了依靠实验来验证自己观点的科学研究方法.

10、但他的观 点也不是最完善的，请你阅读笛卡尔的观点，比较两者的不同. 师：看投影，从牛顿第一定律发现的故事中，你有什么感悟？ 生 1:1:科学规律是逐渐完善的. 生 2:2:不能迷信权威. 生 3:3:科学研究必须要实验. PPTPPT 投影： 分析：爱因斯坦曾指由“伽利略的发现以及他所采用的 推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一.”所以伽利略的 理想斜面实验具有方法教育的重要价值.学生为伽利略的这一推理过程而感叹，体悟物理思想的独特魅力.用变化的、发展的观点，结合科学发展史讲解科学概念，既符合人类的认识规律，又有着故事趣味性，自然会加深学生对物理概念的理解，同时还有助于消除学生对科学概念来源

11、的“神秘感”. 当物理课的人文因素被充分挖掘由来之后，干巴巴的知识立刻变得充实、丰满和有趣，再也不是平铺直叙地罗列事物的现象，就事论事地分析事物的机制和规律，机械枯燥地进行逻辑的推理，而是让学生体会到科学在其发展的过程中凝聚的丰富的人文精神，人的求真精神，人的勇敢乃至献身精神，人的审美追求，人对人类的关爱与善待，这些珍贵的人文精神在科学史上闪耀着光芒. (4)(4)在科学情境中，归纳总结 课堂实录 4 4 规律应用 师：看课本 107107 页的思考与讨论，回答问题. . 生 1:1:甲球受到重力的作用. 生 2:2:乙球受到重力的作用. 生 3:3:丙球受到重力的作用. 师：三个小球都受到重

12、力的作用，甲表现为加速，乙表 现为减速，丙表现为曲线运动，为什么它们的表现不一样? 请先对小球进行受分析（图 8 8）. . 生 1:1:甲原先是竖直向下运动的，重力方向和运动方向相同，所以加速. 生 2:2:乙原先是竖直向上运动的，球受到的重力方向与它的运动方向相反，所以减速. 师：那丙球呢？丙原先的运动方向和球受到的重力方向不在同一直线上，所以做曲线运动. 板书：（图 9 9） 分析：学生在经历了导向性的相关探究、体验、思考等学习活动后对力和运动的关系进行梳理和归纳，有利于学生对牛顿第一定律的整体把握. 3 3HPSHPS 教学模式的基本思路 “牛顿第一定律”的教学实践让笔者感受到 HPS

13、HPS 教学模 式可以向学生生动地展示科学发展的动态过程，帮助学生把握科学的本质特征、理解科学的发展，有助于学生了解科学探究的不同侧面，科学的人性侧面，以及科学在各种文化发展中的作用.同时也给我们提供了科学本质教育的一种基本思路. 解读教材，把握线索，明确任务 教科书是新课标的重要载体，也是学生学习的重要资源首先，我们要解读教材：一方面，理清教材的知识顺序，研 究知识间联系，挖掘知识内涵，领会编者意图，在尊重教材 的知识线索的基础上设计知识线索；另一方面，挖掘隐含的科 学史教育线索，在教材基础上对科学史教育内容通过自己的再创造，进行必要的调整与补充.同时，我们还需要客观分析学生原有的学习水平（

14、前概念），作为教学的起点.对科学史学习的层次目标进行合理的定位，不要过高或过低估计学生对科学史知识的理解和掌握程度，从而制定符合课程标准要求和学生实际，体现素质教育的三维教学目标. 有机结合，激发兴趣，整体设计 初中科学课程标准（20112011 年版）在第 3 3 部分课程内容关于科学技术史融入科学课程的若干建议中指由：“科学 技术史融入科学课程时，要有选择性和针对性，要有明确的目标和要求”.这就要求我们在引入科学技术史时在尊重史实基础上要适当、要有机而不能随心所欲.有效的学习总是从教学设计开始，科学技术史教育也不例外.科学家探究科学的过程与学生探究科学的过程具有很大的相似性.为了有效地帮