HPS視角下的科學(xué)課堂教學(xué)

1、HPSHPS 視角下的科學(xué)課堂教學(xué) 科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)(History,PhilosophyandSociologyofScience,(History,PhilosophyandSociologyofScience,簡稱HPSS的核心內(nèi)涵是關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí).它從科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)的視角，反 映了科學(xué)思想、科學(xué)信念、科學(xué)精神、科學(xué)審美和科學(xué)倫理等組成的價(jià)值觀念體系，是科學(xué)的文化底蘊(yùn).HPS.HPS 關(guān)注對(duì)科學(xué) 本質(zhì)和科學(xué)方法的研討，它蘊(yùn)涵著當(dāng)代科學(xué)本質(zhì)觀.可以說， 把 HPSHPS 融入科學(xué)課程和課堂教學(xué)是在科學(xué)教育領(lǐng)域傳播全面的科學(xué)文化觀.近年來，國際科學(xué)教育界大力倡導(dǎo)

2、把 HPSHPS 融入 到中小學(xué)科學(xué)課程和課堂教學(xué)中，以期促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，幫助學(xué)生通過學(xué)習(xí)科學(xué)形成正確的科學(xué)本質(zhì)觀，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新能力.本文以“牛頓第一定律”第一課時(shí)為例，談?wù)?HPSHPS 教學(xué)模式是如何彰顯科學(xué)本質(zhì)的. . 1HPS1HPS 教學(xué)模式基本程序 這一模式的教學(xué)程序包括以下 6 6 個(gè)環(huán)節(jié)(圖 1),1),這一模 式有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)： (1)(1)將科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)的學(xué)習(xí)與當(dāng)前的科學(xué)概念和理論學(xué)習(xí)有機(jī)地融合在一起； (2)(2)整個(gè)教學(xué)過程是一個(gè)問題解決的探究過程，因而 有利于培養(yǎng)學(xué)生的解決問題能力和創(chuàng)新能力 (3)(3)充分發(fā)揮了學(xué)生的主體性.促使他們主

3、動(dòng)學(xué)習(xí)和建 構(gòu)知識(shí)； (4)(4)使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)家和常人一樣也會(huì)犯錯(cuò)誤； (5)(5)通過探究活動(dòng)實(shí)現(xiàn)觀念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)，形成正確的科學(xué)觀念. 2 2 教學(xué)案例呈現(xiàn) 2.12.1 教學(xué)任務(wù)分析 綜觀“牛頓第一定律”教學(xué)內(nèi)容，對(duì)于學(xué)生而言，教學(xué)難點(diǎn)主要來源于兩個(gè)方面：其一是明確“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的；其二是設(shè)計(jì)阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)影響的實(shí)驗(yàn).基于上述思考，教學(xué)重點(diǎn)確定為：以科學(xué)史為載體，以實(shí)驗(yàn)為手段對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思想方法的教育，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)和推理的過程中體會(huì)科學(xué)方法，產(chǎn)生科學(xué)探究的積極情感. 知識(shí)內(nèi)容線索、科學(xué)史線索和教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)的總框架如 圖 2 2 所示. 2.22.2 教學(xué)過程具體

4、設(shè)計(jì)和意圖 基于教學(xué)任務(wù)、教材知識(shí)線索和科學(xué)史線索的分析，教學(xué)活動(dòng)過程具體設(shè)計(jì). 2.32.3 教學(xué)片段分析 (1)(1)從生活現(xiàn)象中，提取科學(xué)問題 課堂實(shí)錄 1 1 課堂導(dǎo)入 師(演示現(xiàn)象 1):1):怎樣讓靜止的木塊運(yùn)動(dòng)起來？(施 加推力） 停止推木塊后，木塊是否運(yùn)動(dòng)？（靜止） 怎樣讓木塊持續(xù)地運(yùn)動(dòng)？（持續(xù)施加推力） 師：在這個(gè)現(xiàn)象中反映生力和運(yùn)動(dòng)有怎樣的關(guān)系呢？ 生：物體受力就會(huì)運(yùn)動(dòng)，撤去這個(gè)力就會(huì)靜止.（師記錄 學(xué)生的觀點(diǎn)） 師：源自生活中的這些直覺告訴我們：“沒有力，物體 就不會(huì)運(yùn)動(dòng)”.其實(shí)早在 20002000 多年前古希臘的哲學(xué)家亞里士多德就認(rèn)為：物體的運(yùn)動(dòng)需要力去維持.（介紹亞

5、里士多德） 師 （演示現(xiàn)象 2 2） : :咱們再做一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)， 先讓小車車輪朝上 （如圖 3 3 甲所示），再讓小車車輪朝下（如圖 3 3 乙所示），當(dāng)小車獲得大致相同的速度后松手，觀察拉力消失后小車的運(yùn)動(dòng). 師：松手后小車馬上停止運(yùn)動(dòng)了嗎？（生：沒有）松手小車是否還受到拉力的作用？（生：沒有）這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和亞里士多德的觀點(diǎn)相違背，所以根據(jù)觀察和直覺得由的結(jié)論不一定正確，那么應(yīng)當(dāng)怎么做？（生：實(shí)驗(yàn)） 師：拉力消失后，第二次小車運(yùn)動(dòng)的距離更長，這是為什么？ 生：第二次小車受到的阻力更小. 師：看來不同大小的阻力對(duì)小車運(yùn)動(dòng)的影響不同.下面我 們就一起探究“阻力對(duì)小車運(yùn)動(dòng)的影響” 分析：學(xué)生在教

6、師的引導(dǎo)下經(jīng)歷了從現(xiàn)象 1 1 到經(jīng)驗(yàn)結(jié)論 再從現(xiàn)象 2 2 到科學(xué)問題的思維過程，體會(huì)到了提取科學(xué)問題的基本方法.即“從日常生活、自然現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)觀察中發(fā)現(xiàn)與科學(xué)有關(guān)的問題，并初步審視問題是否具有探究的價(jià)值.”同時(shí)通過現(xiàn)象 2,2,讓學(xué)生通過對(duì)比直觀感知阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響，這一簡單實(shí)驗(yàn)為后續(xù)設(shè)計(jì)精細(xì)實(shí)驗(yàn)做技能鋪墊.同 時(shí)，在教學(xué)過程中尊重科學(xué)家史實(shí)，肯定亞里士多德的貢獻(xiàn)，客觀評(píng)價(jià)其研究方法，也便于與伽利略開創(chuàng)的近代科學(xué)研究方法相對(duì)比. (2)(2)在探究教學(xué)中，體會(huì)科學(xué)思想 課堂實(shí)錄 2 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探究 師：要探究“阻力對(duì)小車運(yùn)動(dòng)的影響”應(yīng)控制哪個(gè)變量不同？ 生：物體所受阻力不同. 師：

7、怎樣才能使同一輛小車受到不同的阻力？ 生：把小車放在不同毛巾、棉布、玻璃等物體的表面，就能使小車受到不同的阻力. 師：在該實(shí)驗(yàn)中應(yīng)控制哪些變量相同？ 生 1:1:小車的質(zhì)量. 生 2:2:小車的速度. 師：如何才能使小車運(yùn)動(dòng)的初速度相同？ 生 1:1:用相同大小的力去推小車. 生 2:2:人推小車的力不容易控制. 師：怎樣操作可以使小車運(yùn)動(dòng)的速度相同？ 生：（學(xué)生一時(shí)回答不上來） 師：我們可以讓小車從同一斜面的頂端由靜止自由滑下，以保證小車到達(dá)水平面時(shí)具有相同的速度. （學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)并收集證據(jù)） 師：如果借助頻閃攝影，將看到如下現(xiàn)象（圖 4 4）, ,請(qǐng)分析小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的情況，并得由結(jié)論.

8、 生：水平面越光滑，小車運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力越小，運(yùn)動(dòng)的距離越遠(yuǎn). 師：如果小車在水平面上運(yùn)動(dòng)時(shí)不受阻力的作用（圖 5 5）, , 它將怎么運(yùn)動(dòng)？請(qǐng)畫圖加以說明. 生：小車不受阻力作用時(shí)，它的速度將保持不變 分析：通過本環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生充分領(lǐng)悟到斜面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思維過程，親身經(jīng)歷知識(shí)的形成過程，感受理想實(shí)驗(yàn)的推理過程，知道理想實(shí)驗(yàn)是建立在可靠事實(shí)基礎(chǔ)上的一種科學(xué)方法.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中用到了控制變量法，實(shí)驗(yàn)分析中對(duì)證據(jù)加 以歸納概括并以圖像呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.通過圖像將看不見的“推理”得以可視化，既有利于對(duì)牛頓第一定律的文字理解，也有利于后續(xù)學(xué)習(xí)中對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的認(rèn)識(shí).（3 3）在科 學(xué)史教學(xué)中，領(lǐng)悟科學(xué)精神 課

9、堂實(shí)錄 3 3 科學(xué)史教學(xué) 師：400400 多年前，伽利略就對(duì)亞里士多德的觀點(diǎn)產(chǎn)生了懷疑，他采用類似的方法否定了亞里士多德的觀點(diǎn)即“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”，你知道他是怎么做的嗎？ 師：亞里士多德和伽利略的觀點(diǎn)有什么不同？ 生：亞里士多德認(rèn)為“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”，伽 利略認(rèn)為“物體在運(yùn)動(dòng)中不受力，也能運(yùn)動(dòng)” 師：也就是說力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，亞里士多德的觀點(diǎn)是在觀察的基礎(chǔ)上通過直覺判斷得生的，那么伽利略的研究方法是什么？ 生：實(shí)驗(yàn)加推理. 師：伽利略的偉大就在于他敢于根據(jù)事實(shí)懷疑權(quán)威，挑戰(zhàn)權(quán)威，他第一個(gè)走由“直觀觀察就能得由結(jié)論”的誤區(qū)，提由了依靠實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己觀點(diǎn)的科學(xué)研究方法.

10、但他的觀 點(diǎn)也不是最完善的，請(qǐng)你閱讀笛卡爾的觀點(diǎn)，比較兩者的不同. 師：看投影，從牛頓第一定律發(fā)現(xiàn)的故事中，你有什么感悟？ 生 1:1:科學(xué)規(guī)律是逐漸完善的. 生 2:2:不能迷信權(quán)威. 生 3:3:科學(xué)研究必須要實(shí)驗(yàn). PPTPPT 投影： 分析：愛因斯坦曾指由“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所采用的 推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一.”所以伽利略的 理想斜面實(shí)驗(yàn)具有方法教育的重要價(jià)值.學(xué)生為伽利略的這一推理過程而感嘆，體悟物理思想的獨(dú)特魅力.用變化的、發(fā)展的觀點(diǎn)，結(jié)合科學(xué)發(fā)展史講解科學(xué)概念，既符合人類的認(rèn)識(shí)規(guī)律，又有著故事趣味性，自然會(huì)加深學(xué)生對(duì)物理概念的理解，同時(shí)還有助于消除學(xué)生對(duì)科學(xué)概念來源

11、的“神秘感”. 當(dāng)物理課的人文因素被充分挖掘由來之后，干巴巴的知識(shí)立刻變得充實(shí)、豐滿和有趣，再也不是平鋪直敘地羅列事物的現(xiàn)象，就事論事地分析事物的機(jī)制和規(guī)律，機(jī)械枯燥地進(jìn)行邏輯的推理，而是讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)在其發(fā)展的過程中凝聚的豐富的人文精神，人的求真精神，人的勇敢乃至獻(xiàn)身精神，人的審美追求，人對(duì)人類的關(guān)愛與善待，這些珍貴的人文精神在科學(xué)史上閃耀著光芒. (4)(4)在科學(xué)情境中，歸納總結(jié) 課堂實(shí)錄 4 4 規(guī)律應(yīng)用 師：看課本 107107 頁的思考與討論，回答問題. . 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. 師：三個(gè)小球都受到重

12、力的作用，甲表現(xiàn)為加速，乙表 現(xiàn)為減速，丙表現(xiàn)為曲線運(yùn)動(dòng)，為什么它們的表現(xiàn)不一樣? 請(qǐng)先對(duì)小球進(jìn)行受分析（圖 8 8）. . 生 1:1:甲原先是豎直向下運(yùn)動(dòng)的，重力方向和運(yùn)動(dòng)方向相同，所以加速. 生 2:2:乙原先是豎直向上運(yùn)動(dòng)的，球受到的重力方向與它的運(yùn)動(dòng)方向相反，所以減速. 師：那丙球呢？丙原先的運(yùn)動(dòng)方向和球受到的重力方向不在同一直線上，所以做曲線運(yùn)動(dòng). 板書：（圖 9 9） 分析：學(xué)生在經(jīng)歷了導(dǎo)向性的相關(guān)探究、體驗(yàn)、思考等學(xué)習(xí)活動(dòng)后對(duì)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系進(jìn)行梳理和歸納，有利于學(xué)生對(duì)牛頓第一定律的整體把握. 3 3HPSHPS 教學(xué)模式的基本思路 “牛頓第一定律”的教學(xué)實(shí)踐讓筆者感受到 HPS

13、HPS 教學(xué)模 式可以向?qū)W生生動(dòng)地展示科學(xué)發(fā)展的動(dòng)態(tài)過程，幫助學(xué)生把握科學(xué)的本質(zhì)特征、理解科學(xué)的發(fā)展，有助于學(xué)生了解科學(xué)探究的不同側(cè)面，科學(xué)的人性側(cè)面，以及科學(xué)在各種文化發(fā)展中的作用.同時(shí)也給我們提供了科學(xué)本質(zhì)教育的一種基本思路. 解讀教材，把握線索，明確任務(wù) 教科書是新課標(biāo)的重要載體，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要資源首先，我們要解讀教材：一方面，理清教材的知識(shí)順序，研 究知識(shí)間聯(lián)系，挖掘知識(shí)內(nèi)涵，領(lǐng)會(huì)編者意圖，在尊重教材 的知識(shí)線索的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)知識(shí)線索；另一方面，挖掘隱含的科 學(xué)史教育線索，在教材基礎(chǔ)上對(duì)科學(xué)史教育內(nèi)容通過自己的再創(chuàng)造，進(jìn)行必要的調(diào)整與補(bǔ)充.同時(shí)，我們還需要客觀分析學(xué)生原有的學(xué)習(xí)水平（

14、前概念），作為教學(xué)的起點(diǎn).對(duì)科學(xué)史學(xué)習(xí)的層次目標(biāo)進(jìn)行合理的定位，不要過高或過低估計(jì)學(xué)生對(duì)科學(xué)史知識(shí)的理解和掌握程度，從而制定符合課程標(biāo)準(zhǔn)要求和學(xué)生實(shí)際，體現(xiàn)素質(zhì)教育的三維教學(xué)目標(biāo). 有機(jī)結(jié)合，激發(fā)興趣，整體設(shè)計(jì) 初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（20112011 年版）在第 3 3 部分課程內(nèi)容關(guān)于科學(xué)技術(shù)史融入科學(xué)課程的若干建議中指由：“科學(xué) 技術(shù)史融入科學(xué)課程時(shí)，要有選擇性和針對(duì)性，要有明確的目標(biāo)和要求”.這就要求我們在引入科學(xué)技術(shù)史時(shí)在尊重史實(shí)基礎(chǔ)上要適當(dāng)、要有機(jī)而不能隨心所欲.有效的學(xué)習(xí)總是從教學(xué)設(shè)計(jì)開始，科學(xué)技術(shù)史教育也不例外.科學(xué)家探究科學(xué)的過程與學(xué)生探究科學(xué)的過程具有很大的相似性.為了有效地幫