郭晴晴

摘要：HPS視角下的物理教學，以科學家在科學探究過程中使用的科學思維方法為基礎，滲透有關科學家所處時代的歷史、哲學、社會等方面的內(nèi)容，重現(xiàn)科學家的科學探究過程，將對物理知識的簡單學習轉(zhuǎn)變?yōu)閷茖W探究的充分體驗，讓學生了解物理概念、規(guī)律等知識的形成過程。教學《探究物體不受力時怎樣運動》一課時，嘗試從HPS視角審視教學內(nèi)容、設計教學流程。

關鍵詞：HPS初中物理《探究物體不受力時怎樣運動》

HPS（history， philosophy and sociology of science）是科學史、科學哲學和科學社會學的簡稱。HPS視角下的物理教學，以科學家在科學探究過程中使用的科學思維方法為基礎，滲透有關科學家所處時代的歷史、哲學、社會等方面的內(nèi)容，重現(xiàn)科學家的科學探究過程，將對物理知識的簡單學習轉(zhuǎn)變?yōu)閷茖W探究的充分體驗，讓學生了解物理概念、規(guī)律等知識的形成過程。教學滬科粵教版初中物理八年級下冊《探究物體不受力時怎樣運動》一課時，筆者嘗試從HPS視角審視教學內(nèi)容，設計教學流程。

一、從HPS視角審視教學內(nèi)容

《探究物體不受力時怎樣運動》一課，大致介紹了人們對力與運動關系的認識過程：從亞里士多德的觀點到伽利略的理想實驗，再到牛頓用科學語言準確地表述力與運動的關系。教材是按照時間順序編排的，有利于學生大致了解牛頓第一定律的形成過程，符合學生的認知規(guī)律。從HPS視角加以審視，筆者認為，本課教材沒有呈現(xiàn)探究力與運動關系的過程相對完整的發(fā)展歷史和真實的歷史情境，教學內(nèi)容可以進一步完善。

第一，教材中亞里士多德的觀點是以被否定的反面結論形式呈現(xiàn)給學生的。這忽視了科學的發(fā)展是與當時社會的文化、生產(chǎn)力背景密切關聯(lián)的，容易使學生形成亞里士多德的觀點一無是處的誤解。我們可以通過補充HPS內(nèi)容，幫助學生在理解科學、技術、社會、環(huán)境的基礎上正確評價亞里士多德的觀點及其歷史地位。

第二，教材首先通過伽利略斜面實驗得出“力不是維持物體運動的原因”的結論，而后直接概括給出牛頓第一定律的內(nèi)容：一切物體在沒有受到外力作用的時候，總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)。這樣的呈現(xiàn)形式會讓學生產(chǎn)生疑問：既然是伽利略通過理想實驗得出的結論，為什么不叫伽利略第一定律？牛頓做了哪些貢獻？甚至有些學生會產(chǎn)生牛頓只是總結前人經(jīng)驗，是一個“撿漏專家”的想法。

另外，對于牛頓第一定律的建立過程，教材只提到了伽利略和牛頓。這會讓學生誤以為科學的發(fā)展只取決于一兩個杰出天才人物的努力。實際上，任何科學理論都是在歷史的進程中逐步發(fā)展起來的，都經(jīng)歷了從萌芽到發(fā)展再到建立的不同階段，而每個階段都有一些做出各自貢獻的科學家。我們可以通過HPS知識完善相關內(nèi)容，幫助學生了解牛頓第一定律相對完整的發(fā)展歷程和真實的歷史情境，學會正確地評價物理學家的貢獻。

二、從HPS視角設計教學流程

（一）辯證看待亞里士多德的運動觀

組織學生實驗：將玩具車倒置（車輪朝上）在長木板上，用手推車。實驗現(xiàn)象：用手推車時，玩具車向前運動;放手后，玩具車停止運動。提出問題：“通過這一實驗，你認為力與運動之間有怎樣的關系？”學生從直接的實驗現(xiàn)象和生活經(jīng)驗出發(fā)，可能得出與亞里士多德相似的結論：力是物體運動的原因——有力推動，物體就會運動;沒有力推動，物體就會歸于靜止。

介紹亞里士多德的觀點：“亞里士多德將運動分為‘自然運動和‘強迫運動兩類。關于前者，他認為，如果沒有外力，重的物體下降、輕的物體上升是物體自發(fā)趨于自身自然位置的本性，該運動的推動者是其自身;關于后者，他認為，推動者（力）是該運動的原因，即力是物體運動的原因。因此，他的理論也就可以解釋上述實驗現(xiàn)象：在水平木板上推車，用手推車時，車子會動;放開手時，車子停止。很顯然，手施加的推力是物體運動的‘原因?！?/p>

再次組織學生實驗：將玩具車正放在長木板上，用同樣大小的力推車。實驗現(xiàn)象：用手推車時，玩具車向前運動;放手后，玩具車依然能夠向前運動一段距離。提出問題：“對于這種現(xiàn)象，亞里士多德是如何解釋的呢？”并進一步補充亞里士多德的觀點：“物體會在運動的后方留下空隙，周圍空氣在填補空隙的過程中會產(chǎn)生氣流，在氣流的作用下，物體會繼續(xù)向前運動。換句話說，雖然人的推動力不存在了，但是氣流仍在對物體施加力?？傊?，物體的運動是需要力來維持的?！鼻疫M一步評價亞里士多德的觀點：“由于當時實驗條件有限，無法排除摩擦力等因素的干擾，而亞里士多德的觀點又能夠較好地解釋大部分的自然現(xiàn)象，所以這個觀念在人們的腦海中延續(xù)了兩千多年?！?/p>

學生消化后，教師繼續(xù)提出問題：“亞里士多德的解釋有沒有缺陷呢？”進一步引導學生分析：如果按照亞里士多德的邏輯進行推理，物體運動時，總是在其后方產(chǎn)生“真空”，周圍的空氣會源源不斷地填補進來，那么在氣流的推動下，物體將一直運動下去，不會停止;再者，從生活經(jīng)驗上也能得出與亞里士多德的觀點相悖的結論，例如冬天溜冰，我們在向前滑動的過程中，只能感到迎面吹來的風，而不會感到背后推動的風。

明確缺陷后，提出問題：“那應該怎樣正確評價亞里士多德的運動觀？”引導學生認識：一方面，亞里士多德從對日常現(xiàn)象的觀察入手，開展了分析與歸納，由于其自身所處的時代與知識的局限性，在研究手段與方法上，還停留在萌芽和經(jīng)驗階段，因此很難得出較為正確和科學的結論;另一方面，雖然亞里士多德的運動觀有其局限性（甚至是錯誤的），但是其對力的作用的認識對后世產(chǎn)生了深遠的影響，為后來者的研究奠定了基礎，指明了方向。這可以讓學生認識到科學家也是普通人，也有其自身的局限性，要站在科學家所處的歷史階段來分析問題。

（二）系統(tǒng)探究伽利略的理想實驗

演示伽利略的實驗：將小球從光滑斜面的不同位置處釋放，同時改變對接斜面的坡度。提出問題：“伽利略通過對接斜面實驗得出了什么結論？”引導學生分析總結，并介紹伽利略的觀點：“伽利略認為，主要由于摩擦力的存在，小球才無法嚴格到達原來的高度;若斜面光滑，無論對接斜面的坡度如何，小球總是能夠到達相同的高度（如圖1所示）?！边M一步得出結論：“小球在同一高度釋放下落時，對接斜面的坡度越小，運動的距離越遠;如果將斜面水平放置，則小球永遠達不到釋放時的高度，所以會一直向前運動下去。”

由實驗得到結論后，提出問題：“伽利略得到的結論能與牛頓第一定律等同嗎？”引導學生分析思考，并進一步介紹伽利略的觀點：“伽利略從地球是圓的推出任何水平面都是球面。因此他的結論是：物體運動時，在不受摩擦力的情況下，將沿地球表面的球面勻速地、無限制地運動下去;相反，如果在一個真正的光滑平面上，在地球上看，物體沿著這種表面的運動實際相當于沿斜面升高，因此速度將不斷地減?。ㄈ鐖D2所示）?！睆亩玫浇Y論：“這表明，伽利略對于運動的研究還沒有完全擺脫亞里士多德的自然運動和強迫運動的影響，因此他提出來的理論顯然無法等同于牛頓第一定律?！?/p>

進一步地，提出問題：“還有哪些科學家為牛頓第一定律的建立做出了貢獻？”引導學生分析，并補充資料：“伽利略之后，又經(jīng)過托里拆利、開普勒、伽桑狄等人的努力，到笛卡兒時代有了質(zhì)的飛躍。在《哲學原理》一書中，笛卡兒完善了伽利略的觀點，他認為：物體除非受到外因的作用，將永遠保持其靜止或運動狀態(tài);慣性運動的物體永遠不會使自己趨向曲線運動，而只保持在直線上運動。笛卡兒認識到了慣性定律是解決力學問題的關鍵所在，他是最早將慣性定律作為原理加以確立并將其視為整個自然觀基礎的科學家，這對牛頓后來的綜合工作有著深遠的影響?！?/p>

（三）正確認識牛頓的綜合工作

首先，引導學生總結牛頓所做的工作：牛頓從1665年便開始研究慣性運動，直到1668年才發(fā)現(xiàn)慣性運動的本質(zhì)，提出“慣性是由物體質(zhì)量決定的”的觀點;質(zhì)量概念的建立，使人們深刻理解和認識到慣性的內(nèi)涵，了解到力與運動之間的關系，所以牛頓第一定律又被稱為慣性定律。

學生總結完成后，教師提出問題：“牛頓第一定律只是牛頓對前人研究成果的簡單總結嗎？”提醒學生注意：“教材上只是簡單地提及牛頓總結了前人的研究成果，容易讓大家誤以為牛頓只是用科學的語言對前人的成果進行了簡單的總結，奪取了屬于前人的榮譽。實際上，任何一個科學發(fā)現(xiàn)都不是一朝一夕、輕輕松松就能得來的，牛頓也是經(jīng)過了堅持不懈的努力探索，才最終發(fā)現(xiàn)牛頓第一定律的?！?/p>

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