摘 要：物理學(xué)史教學(xué)是高中物理課程中的重要組成部分，對提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用.本文以“牛頓第一定律”教學(xué)內(nèi)容為例，現(xiàn)將國際上成熟的HPS教學(xué)模式應(yīng)用于物理學(xué)史教學(xué)，讓學(xué)生從物理學(xué)史的角度去學(xué)習(xí)物理知識，并挖掘隱藏在科學(xué)知識后面的合理思想和合理邏輯，提升學(xué)生探索的意識和解決問題的能力，培育他們的科學(xué)精神，充分體現(xiàn)物理學(xué)史教育的育人功能.

關(guān)鍵詞：物理學(xué)史;牛頓第一定律;HPS教學(xué)模式;核心素養(yǎng)

中圖分類號：G632?? 文獻標(biāo)識碼：A?? 文章編號：1008-0333（2023）06-0100-03

1 我國中學(xué)物理學(xué)史的教育存在的主要問題

1.1 認識問題

因為我國長期以來的科學(xué)教育只強調(diào)灌輸科學(xué)知識和訓(xùn)練學(xué)生的綜合能力，并沒有強調(diào)幫助學(xué)生認識科學(xué)的實質(zhì)，所以，不能從根本上提高科學(xué)教育的品質(zhì).和外國相比，我國學(xué)術(shù)界更多地關(guān)注中國科學(xué)史作用的光明面

和我國的科學(xué)成果，而忽視了不好的方面.在科學(xué)家案例分析上，他們更加關(guān)注中國科學(xué)研究的崇高性質(zhì)與崇高價值，以及中國科學(xué)家的偉大精神，并重視科學(xué)家的天賦與努力，但往往給人的印象都是科學(xué)家們

不食人間煙火、行為滑稽怪誕，很少關(guān)注科學(xué)家人性的一面.

1.2 教學(xué)重視不夠的問題

物理教師們在平時的課堂教學(xué)中并不會對關(guān)于物理學(xué)史的教學(xué)內(nèi)容進行具體的關(guān)注，當(dāng)有關(guān)內(nèi)容出現(xiàn)在課堂教學(xué)上時，老師也總是以更直接的方法加以簡單說明，并不能真正地將物理學(xué)史作為一種開發(fā)教學(xué)內(nèi)容的重要素材，加以合理利用.

1.3 課程和教材建設(shè)問題

在舊課本中，對于物理學(xué)史的闡述相對較少，多把科學(xué)家的事跡當(dāng)作學(xué)生的重要閱讀材料.在新課改教科書中，將增加對物理學(xué)史的介紹，而與美國比較，中國物理教材中的“物理學(xué)史”較為簡潔，具體內(nèi)容很少.新一輪教學(xué)改革要求在課堂中也要關(guān)注對知識生成過程的教學(xué)，在課堂中滲透物理學(xué)史，進而實現(xiàn)了物理學(xué)史的教育功能.

2 HPS教學(xué)模式簡介HPS教育是“科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)”教育的縮寫.由英國知名科學(xué)教育工作者孟克和奧斯本在匯總科學(xué)教育的歷史經(jīng)驗的理論基礎(chǔ)上，借用了建構(gòu)主義學(xué)說，提倡把科學(xué)史內(nèi)容融入自然科學(xué)課程和教學(xué)的策略.其教學(xué)模式分為如下六個環(huán)節(jié)，如圖1所示.

演示現(xiàn)象引出觀念學(xué)習(xí)歷史設(shè)計實驗呈現(xiàn)科學(xué)觀念和實驗檢驗總結(jié)與評價

HPS教學(xué)模式的主要內(nèi)涵包括：將科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)與物理知識的學(xué)習(xí)融合到一起，鼓勵學(xué)生對物理知識與原理等在頭腦中的提取和升華；課堂以學(xué)生為中心，引領(lǐng)學(xué)生認識科學(xué)實質(zhì)，體驗科學(xué)研究方法，培育質(zhì)疑精神和探索能力，逐步建立科學(xué)思維的習(xí)慣；教學(xué)過程是以科學(xué)問題處理方法為核心的科學(xué)探索過程；課堂中通過展現(xiàn)物理學(xué)家們從猜想到真理的過程，培育他們嚴格求真和努力不懈的科學(xué)態(tài)度.

3 “HPS教學(xué)模式”應(yīng)用示例現(xiàn)以“牛頓第一定律”的探究式教學(xué)為例，闡述HPS教學(xué)模式在物理學(xué)史教學(xué)中的具體實施過程.

3.1 演示現(xiàn)象

演示實驗1：由教師將一個木塊置于水平桌面上，然后用手推動木塊，木塊運動；手離開木塊，木塊停止.

演示實驗2：由教師將一個實驗小車置于水平桌面上，學(xué)生用手推動實驗小車，小車運動;手離開小車后，小車仍往前運動一段距離，最后才停下運動.

學(xué)生觀察實驗結(jié)果后發(fā)現(xiàn)手離開木塊和小車后的運動情況不相同，引發(fā)認知沖突.

設(shè)計意圖：現(xiàn)象是物理學(xué)的根源.以實驗事實作為教學(xué)的出發(fā)點，學(xué)生通過觀察演示實驗現(xiàn)象，思考產(chǎn)生不同情況下力與運動的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生觀察思考的能力.

3.2 引出物理觀念

物體運動的原因是什么呢，物體運動和力又存在怎樣的關(guān)系呢？讓學(xué)生思考與討論，可能有以下幾個觀念.

觀念1：物體運動的原因是因為有力的作用，有力的作用下物體才會運動；

觀念2：沒有力的作用下物體也會運動.

3.3 學(xué)習(xí)歷史

讓學(xué)生閱讀教材第98-100頁內(nèi)容及相關(guān)資料，了解從亞里士多德到伽利略再到笛卡爾對力與運動關(guān)系的研究過程及其觀點，并提出以下問題.

（1）亞里士多德的觀點是什么？他是在什么前提下得出的？

（2）亞里士多德的觀點存在哪些局限性，依據(jù)是什么？

（3）伽利略又用何種研究方式否定了亞里士多德的觀點？

（4）伽利略到底是怎樣想到把兩個斜面對接起來，來研究小球的運動呢？

（5）笛卡爾又對伽利略的觀點作了哪些補充？

3.4 設(shè)計實驗

重演伽利略斜面對接實驗，實驗使用玻璃小球為研究對象，斜面軌道用長約為2m、寬為2.5cm的鋪設(shè)電線用的敷線槽做成，將軌道左斜面固定在豎直放置的展示板上，展示板右邊設(shè)置幾個卡點，使右斜面傾角可變，在左斜面某位置標(biāo)記為初始位置，并畫一條與初始位置等高的水平線，如圖2所示.

實驗1：在軌道上鋪設(shè)好紗布條、紙條和不鋪設(shè)其他物體，從而改變小球所受的摩擦力.將小球從左斜面起始位置靜止釋放，然后觀察小球在右斜面上升的最高位置并進行標(biāo)記，再次實驗以檢測標(biāo)記的最高點是否精確.

實驗后教師讓學(xué)生思考下列問題：

（1）小球上升的最高位置有什么變化？什么原因造成的？

（2）如果沒有摩擦，小球能上升到多高？

實驗2：通過逐步降低右斜面傾角，使小球從起始位置靜止釋放，標(biāo)記小球到達右斜面最高位置，并觀測小球到達右斜面最高位置及在右斜面運動的最大位移怎樣變化.

實驗后教師讓學(xué)生思考下列問題：

（1）減小右斜面傾角，小球到達最高位置有什么變化？假如沒有摩擦，小球?qū)⑸仙蕉喔叩牡胤剑?/p>

（2）降低右斜面傾角，小球在右斜面滾動的最大位移如何變化？

實驗3：將右斜面放平，讓小球從初始位置靜止釋放，觀察小球的運動情況.

實驗后教師讓學(xué)生思考下列問題：

（1）如果沒有摩擦，小球能達到等高的位置嗎？

（2）如果水平軌道足夠長，小球會停下來嗎？小球?qū)L到哪里？

3.5 呈現(xiàn)科學(xué)觀念和實驗檢驗

伽利略和笛卡爾對物體的運動作了準(zhǔn)確的描述，只是未能說明原因是什么，牛頓在先前探索的基礎(chǔ)上，根據(jù)自身的研究，系統(tǒng)地整理出力學(xué)理論，提出牛頓第一定律：學(xué)生思考討論后，可以總結(jié)成以下內(nèi)容：

（1）不受力時，物體保持原來的運動狀態(tài)；

（2）當(dāng)物體受到外力，物體的運動狀態(tài)也會改變；

（3）給出了力的科學(xué)含義；

（4）得出了慣性的概念.

慣性是物體的固有屬性，一切物體都有慣性.教師可以根據(jù)生活中汽車剎車時情景為模型，設(shè)計演示實驗：將一長方體小木塊放在實驗小車上，小車與木塊一起運動時，突然讓小車停止，觀察木塊的運動情況.讓學(xué)生思考下列問題：

（1）為什么木塊會向前傾倒？請結(jié)合本節(jié)課學(xué)習(xí)內(nèi)容對實驗現(xiàn)象進行解釋.

（2）實驗現(xiàn)象對我們生活有什么啟示？

（3）物體的慣性跟什么因素有關(guān)？能否舉例說明.

3.6 總結(jié)與評價

愛因斯坦曾說：伽利略對科學(xué)邏輯推理方式的發(fā)現(xiàn)和運用，是人們思維史上最了不起的貢獻之一，標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端.教師提出以下問題讓學(xué)生思考：

（1）伽利略的觀點是否存在局限性？

（2）根據(jù)本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容結(jié)合你了解的知識，談?wù)勀銓茖W(xué)研究方法的認識和感受.

4 課后反思

物理學(xué)史的相關(guān)課程所具有的教學(xué)功能，對啟迪學(xué)生興趣、梳理認識、建立新觀點、鍛煉思想、培養(yǎng)科學(xué)精神等方面起著關(guān)鍵作用，有助于發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng).本節(jié)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)用HPS教學(xué)模式，從物理學(xué)史的角度探究力與運動關(guān)系，讓學(xué)生親歷牛頓第一定律的建立過程，充分發(fā)揮學(xué)生的主體性.教學(xué)過程在觀察和實驗的基礎(chǔ)上，利用問題指導(dǎo)學(xué)生積極思考與探究，在教學(xué)實踐中滲透科學(xué)研究方式和思想，學(xué)習(xí)并掌握科學(xué)的探究方式，從而感悟科學(xué)家對人類事業(yè)的偉大奉獻來之不易.

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［責(zé)任編輯：李 璟］

收稿日期：2022-11-25

作者簡介：廖亮（1990.3-），男，廣東省英德人，中學(xué)一級教師，從事物理學(xué)史教育研究.

基金項目：本文系廣東省教育科研“十三五”規(guī)劃2019年度教育科研一般項目“科學(xué)史實中隱含物理學(xué)科核心素養(yǎng)價值的研究”（課題批準(zhǔn)號2019YQJK503）論文成果.