摘 要：作為物理學(xué)重要組成部分的物理學(xué)史，是義務(wù)教育物理課程性質(zhì)的體現(xiàn)；物理學(xué)史教學(xué)是提高初中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)不可或缺的重要途徑.然而傳統(tǒng)物理教學(xué)中教師單向講授物理學(xué)史的方式卻不能完整地發(fā)揮物理學(xué)史教學(xué)的功能，為了解決此問(wèn)題，本研究以蘇科版初中物理教材中“電磁感應(yīng) 發(fā)電機(jī)”為例，嘗試在物理學(xué)史教學(xué)中，實(shí)施 “HPS” （History of science、Philosophy of science、Sociology of science）策略.

關(guān)鍵詞：物理學(xué)史；HPS；電磁感應(yīng)

作者簡(jiǎn)介：陳廣?。?987- ），男，江蘇高郵人，南京師范大學(xué)物理教育碩士，中學(xué)二級(jí)教師，研究方向：初中物理教學(xué)中如何滲透物理學(xué)史教育.

科學(xué)史與科學(xué)教育的有機(jī)結(jié)合，已經(jīng)納入當(dāng)今世界科學(xué)教育界的熱點(diǎn)問(wèn)題.近代科學(xué)史奠基人喬治·薩頓（Geroge Sutton）認(rèn)為，科學(xué)史是聯(lián)系人文主義和科學(xué)家之間的唯一橋梁，滿足我們這個(gè)時(shí)代的主要文化需要.因此，它能夠幫助學(xué)生在獲得自然科學(xué)的整體形象、人性的形象的基礎(chǔ)上，能夠全面地理解科學(xué)、理解科學(xué)與人文的關(guān)系.自從科學(xué)史在50年代初被原美國(guó)哈佛大學(xué)校長(zhǎng)科南特大力倡導(dǎo)引入科學(xué)教育以來(lái)，無(wú)論是在教育研究領(lǐng)域還是在教學(xué)實(shí)踐領(lǐng)域，都已日益引起了人們的廣泛重視.國(guó)際上，把科學(xué)史引入物理教育已經(jīng)作為物理教育改革的趨勢(shì)之一.

教材中物理學(xué)史作為鮮活的科學(xué)史，將其與物理教學(xué)相結(jié)合，理應(yīng)成為教師順應(yīng)國(guó)際物理教育改革趨勢(shì)、提升初中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑.然而傳統(tǒng)物理教學(xué)與物理學(xué)史的結(jié)合僅僅是一種簡(jiǎn)單、單向的講授模式，自然無(wú)法實(shí)現(xiàn)教材中物理學(xué)史內(nèi)在的價(jià)值，因此為了消除傳統(tǒng)物理學(xué)史教學(xué)存在的弊端，顯現(xiàn)出物理學(xué)史教學(xué)的應(yīng)然功能，文章便以“電磁感應(yīng) 發(fā)電機(jī)”為例，嘗試在初中物理教學(xué)中實(shí)施 “HPS” 策略.

1 “HPS”教育理論

1997年英國(guó)倫敦大學(xué)國(guó)王學(xué)院的科學(xué)教育學(xué)者蒙克（M.Monk）和奧斯本（J.Osborne）聯(lián)合在《科學(xué)教育》雜志上發(fā)表了《把物理學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)融入課程中：一個(gè)教育學(xué)的發(fā)展模式》一文.在總結(jié)歷史經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前關(guān)于科學(xué)課程改革的新觀點(diǎn)，他們提出了把HPS融入科學(xué)課程與教學(xué)中的新模式，他們特別注重兩點(diǎn)：一是學(xué)生的已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)（通常叫做兒童的“相異構(gòu)想”或“兒童的科學(xué)”），二是“我們?nèi)绾握J(rèn)知”這一重要的認(rèn)識(shí)論問(wèn)題.同時(shí)，該課程與教學(xué)模式還考慮到教師在課堂教學(xué)中關(guān)注的兩個(gè)重要任務(wù)，即促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解與課堂管理.

這一模式假設(shè)學(xué)習(xí)的課題是物理學(xué)史上某一個(gè)科學(xué)家曾經(jīng)研究過(guò)的自然現(xiàn)象，如落體運(yùn)動(dòng)、燃燒現(xiàn)象，電磁感應(yīng)現(xiàn)象等等.教學(xué)共有6個(gè)階段，每個(gè)階段的師生活動(dòng)步驟和目標(biāo)如表1所述.

張大均認(rèn)為：探究學(xué)習(xí)是一種涉及形成問(wèn)題、觀察、建立假設(shè)、分析數(shù)據(jù)、解釋預(yù)測(cè)、得出結(jié)論等多環(huán)節(jié)和多側(cè)面的復(fù)雜的教學(xué)活動(dòng)，在這個(gè)活動(dòng)過(guò)程中，教師不直接把構(gòu)成教學(xué)目標(biāo)的有關(guān)概念和認(rèn)知策略告訴學(xué)生，而是創(chuàng)造一種智力和社會(huì)交往環(huán)境，讓學(xué)生通過(guò)探索發(fā)現(xiàn)有利于開(kāi)展這種探索的學(xué)科內(nèi)容要素和認(rèn)知策略[1].

由張大均對(duì)探究學(xué)習(xí)的定義可見(jiàn)，探究學(xué)習(xí)是一種以問(wèn)題為目標(biāo)、以學(xué)生為主體的多向交流的互動(dòng)性學(xué)習(xí)，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展學(xué)生解決問(wèn)題的創(chuàng)造性思維能力，培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)、克服困難及獨(dú)立思考的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神.

崔允漷認(rèn)為：如果從探究學(xué)習(xí)自身特性來(lái)看，它一般包括五個(gè)方面的活動(dòng)：提出問(wèn)題、收集證據(jù)、形成解釋、評(píng)價(jià)結(jié)果、表達(dá)結(jié)果[2].

分析“HPS”教育理論的教學(xué)步驟，發(fā)現(xiàn)其與上述探究學(xué)習(xí)步驟在本質(zhì)上有相似之處，因此“HPS”教育理論實(shí)際上是一種探究學(xué)習(xí)理論.

“HPS”教育理論本質(zhì)上是一種探究學(xué)習(xí)理論，文章便運(yùn)用“HPS”教育理論嘗試解決物理學(xué)史教學(xué)方式單一的問(wèn)題.

物理學(xué)史的教學(xué)雖不可能以某一節(jié)內(nèi)容為載體，但可以某一節(jié)涉及的重點(diǎn)或難點(diǎn)內(nèi)容為載體，本研究為了使學(xué)生通過(guò)科學(xué)探究來(lái)突破重、難點(diǎn)部分，嘗試實(shí)施“HPS”探究型教學(xué)策略，包含引入探究、互動(dòng)探究及評(píng)價(jià)探究三個(gè)部分.

2 “電磁感應(yīng) 發(fā)電機(jī)”教學(xué)實(shí)錄

針對(duì)傳統(tǒng)初中物理教學(xué)中單向講授物理學(xué)史的問(wèn)題，本研究選擇蘇科版教材中“電磁感應(yīng) 發(fā)電機(jī)”這節(jié)內(nèi)容，運(yùn)用 HPS模式進(jìn)行物理學(xué)史教學(xué).

2.1 “電磁感應(yīng) 發(fā)電機(jī)”教學(xué)準(zhǔn)備

2.1.1 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過(guò)探究活動(dòng)，知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象，知道產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件；

（2）通過(guò)探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生過(guò)程，認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象之間是相互聯(lián)系的，進(jìn)一步了解探究自然奧秘的科學(xué)方法；

（3）通過(guò)本節(jié)學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)到一切創(chuàng)造發(fā)明都離不開(kāi)科學(xué)探究，初步形成創(chuàng)造發(fā)明的意識(shí).

2.1.2 教材分析

教材安排了轉(zhuǎn)動(dòng)微型電扇能發(fā)電的活動(dòng)內(nèi)容，學(xué)生會(huì)對(duì)原為電動(dòng)機(jī)的吊扇發(fā)電的現(xiàn)象感到好奇而產(chǎn)生問(wèn)題，這種引入課題的方法與傳統(tǒng)教材對(duì)比，最大的特點(diǎn)就是直觀，容易激發(fā)學(xué)生探究問(wèn)題的興趣，而且探究的目的、方向明確，容易切入對(duì)問(wèn)題的探究.

在學(xué)生初步感知“磁能生電”之后，再介紹法拉第經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)10年的不懈探索才發(fā)現(xiàn)了“磁生電”現(xiàn)象的史實(shí)，讓學(xué)生感受科學(xué)發(fā)現(xiàn)的艱辛，認(rèn)識(shí)到一切創(chuàng)造發(fā)明的基礎(chǔ)是科學(xué)探究.[3]

2.1.3 學(xué)生分析

學(xué)生通過(guò)前面“電流的磁場(chǎng)”的學(xué)習(xí)，知道奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng).既然電能生磁，那么學(xué)生自然會(huì)提出“磁能不能生電？”的問(wèn)題.但學(xué)生大多認(rèn)為磁生電是穩(wěn)態(tài)過(guò)程，只要磁場(chǎng)足夠強(qiáng)、電流計(jì)足夠靈敏，就能觀察到電磁感應(yīng)現(xiàn)象，教學(xué)中教師要設(shè)法激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，利用實(shí)驗(yàn)等方式，實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變.

2.2 “電磁感應(yīng) 發(fā)電機(jī)”教學(xué)過(guò)程

2.2.1 引入探究endprint

如圖1[4]所示，以本節(jié)的導(dǎo)圖引入教學(xué)課題.

師：同學(xué)們先不要急著猜想，老師先請(qǐng)一位班上體格健壯的男同學(xué)上來(lái)，和老師一起合作演示一個(gè)實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)同學(xué)們注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

男同學(xué)輕松地用手捏住微型電扇插頭的兩個(gè)插腳，這時(shí)，教師快速地旋轉(zhuǎn)電扇的葉片.

師：請(qǐng)這位男同學(xué)說(shuō)一說(shuō)為什么要將手迅速地拿開(kāi).

男生：手感覺(jué)被電猛地觸了一下.

學(xué)生都笑了.

師：他的感覺(jué)一定可靠嗎？

生：不一定.

師：老師開(kāi)始演示教材中的活動(dòng)，請(qǐng)同學(xué)們注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

教師先在微型電扇的插頭處接一個(gè)發(fā)光二極管，用手快速地旋轉(zhuǎn)電扇的葉片.

師：你們發(fā)現(xiàn)了什么？

生：二極管發(fā)光了.

教室內(nèi)，由之前的笑聲變成了鴉雀無(wú)聲，教師把握此時(shí)學(xué)生的認(rèn)知困境，向?qū)W生展示電扇內(nèi)部的結(jié)構(gòu)——主要由磁體和線圈構(gòu)成的電動(dòng)機(jī).

師：同學(xué)們，現(xiàn)在你們覺(jué)得磁能生電嗎？

生：能.

師：當(dāng)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)后，當(dāng)時(shí)，有很多物理學(xué)家提出了和我們相同的猜想，并進(jìn)行了艱苦的探索.最終，英國(guó)物理學(xué)家法拉第用十年時(shí)間成為第一位發(fā)現(xiàn)“磁生電”的物理學(xué)家.同學(xué)們，想不想成為我們班級(jí)的法拉第？

生：想.

2.2.2 互動(dòng)探究

師：那我們要實(shí)現(xiàn)磁生電，首先需要哪些器材？

生：磁體、導(dǎo)體、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等.

師：怎樣知道電路中有電流？

生1：用小燈泡.

生2：用電鈴.

生3：用電流表.

生4：用靈敏電流計(jì).

師：上述方法都可行，那么哪種方法最直接、最精確地顯示出電路中的電流？

生：用靈敏電流計(jì).

教師將學(xué)生選擇的器材進(jìn)行組裝，如圖2所示：

師：閉合開(kāi)關(guān)，電路中有沒(méi)有電流產(chǎn)生？

生：沒(méi)有.

師：你們?cè)趺粗赖模?/p>

生：電流表的指針沒(méi)有偏轉(zhuǎn).

師：怎么改進(jìn)器材，可使閉合電路產(chǎn)生感應(yīng)電流？

生5：可能磁鐵的磁性不夠強(qiáng)，再放一塊馬蹄形磁鐵.

教師并排放置后，指針仍然沒(méi)有偏轉(zhuǎn).

生6：可能導(dǎo)體的電阻太大，換一個(gè)粗一點(diǎn)的導(dǎo)體，使得阻值變小.

教師換上一塊粗的導(dǎo)體后，指針仍然沒(méi)有偏轉(zhuǎn).

師：磁鐵放了兩塊；導(dǎo)體換了小阻值的，但是指針仍然未動(dòng)，看來(lái)磁是不能生電了.

教師無(wú)奈地將磁鐵取走.

生：動(dòng)了.

教師停止移動(dòng)磁鐵.

師：沒(méi)動(dòng)啊.

生：剛剛磁鐵動(dòng)的時(shí)候，指針動(dòng)了.

教師重復(fù)上述動(dòng)作，指針的確動(dòng)了.

師：這說(shuō)明什么？

生：磁能生電.

學(xué)生們都表現(xiàn)出無(wú)比的激動(dòng)，教師借機(jī)用PPT展示法拉第艱苦的探究歷程：

法拉第從1821年就開(kāi)始用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)進(jìn)行探索“把磁體變成電”的研究.開(kāi)始時(shí)，他想得比較簡(jiǎn)單，認(rèn)為用強(qiáng)大的磁鐵靠近導(dǎo)線，導(dǎo)線中就會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的電流，但結(jié)果都失敗了.1831年9月24日，他在兩個(gè)條形磁鐵N、S極中間，放上一根繞有線圈的圓鐵棒，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)圓鐵棒脫離或靠近磁極的瞬間，電流計(jì)的指針就會(huì)偏轉(zhuǎn).至此，法拉第用十年才成為歷史上第一個(gè)發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的人.

師：是不是只有這種情況下，磁才能生電呢？下面我們分組探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件.

學(xué)生按照教材的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，并填好實(shí)驗(yàn)表格數(shù)據(jù)，如表2所示：

師：導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，回路中就一定能產(chǎn)生感應(yīng)電流嗎？

生：不是，沿著磁場(chǎng)方向不能.

師：如果把導(dǎo)體看成鐮刀，磁感線看成小麥，導(dǎo)體怎樣運(yùn)動(dòng)才能使回路產(chǎn)生感應(yīng)電流？

生：導(dǎo)體要切割磁感線.

師：綜上所述，感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件是什么？

生：閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.

2.2.3 評(píng)價(jià)探究

義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）對(duì)評(píng)價(jià)的指導(dǎo)思想為：“學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)應(yīng)以促進(jìn)學(xué)生在“知識(shí)與技能”“過(guò)程與方法”和“情感·態(tài)度·價(jià)值觀”方面的發(fā)展為目的.評(píng)價(jià)要有助于學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ兄谂囵B(yǎng)學(xué)生的思維能力，有助于學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)和方法解決學(xué)習(xí)和生活中的問(wèn)題，有助于學(xué)生保持對(duì)學(xué)習(xí)的興趣、對(duì)自然界的好奇心和對(duì)科學(xué)的求知欲，有助于培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)持真理、勇于創(chuàng)新、實(shí)事求是的科學(xué)精神.[5]” “知識(shí)與技能”與“過(guò)程與方法”是學(xué)生在認(rèn)知過(guò)程中學(xué)習(xí)的結(jié)果；“情感·態(tài)度·價(jià)值觀”是學(xué)生在體驗(yàn)過(guò)程中學(xué)習(xí)的結(jié)果.

為了檢驗(yàn)學(xué)生在認(rèn)知過(guò)程和體驗(yàn)過(guò)程中學(xué)習(xí)的結(jié)果，本文分別運(yùn)用當(dāng)堂練習(xí)和課后作業(yè)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，如下所示.

當(dāng)堂練習(xí)：蘇科版初中物理同步練習(xí)；

課后作業(yè)：在了解法拉第相關(guān)物理學(xué)史的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己的實(shí)驗(yàn)探究，談?wù)劚竟?jié)課的收獲.

2.3 “電磁感應(yīng) 發(fā)電機(jī)”教學(xué)反思

辯證唯物主義認(rèn)為，世界的統(tǒng)一性在于它的物質(zhì)性，物理學(xué)的多樣統(tǒng)一美是物質(zhì)世界和諧統(tǒng)一的本質(zhì)在物理學(xué)中的體現(xiàn).在物質(zhì)世界中，各不相同甚至對(duì)立的自然事物和現(xiàn)象通過(guò)種種關(guān)系被聯(lián)系在一起，它們相互依存、相互作用、環(huán)環(huán)緊扣、配合有致，呈現(xiàn)出和諧統(tǒng)一的美景.他實(shí)現(xiàn)了電磁統(tǒng)一，電和磁可以相互轉(zhuǎn)化.

本節(jié)課采取了“HPS”教學(xué)模式，從對(duì)學(xué)生的調(diào)查詢問(wèn)看，學(xué)生對(duì)這樣處理“電磁感應(yīng) 發(fā)電機(jī)”相當(dāng)滿意，普遍反映通過(guò)學(xué)習(xí)能真正深刻地認(rèn)識(shí)到了感應(yīng)電流產(chǎn)生的瞬時(shí)性，并使他們?cè)谖锢韺W(xué)習(xí)中充分領(lǐng)略科學(xué)家追求科學(xué)真理的勇氣、創(chuàng)新精神.

3 結(jié)論

電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，具有劃時(shí)代的意義.它把電與磁兩種現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)了.在實(shí)際應(yīng)用方面，找到了機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的方法，并以此制成生活中的發(fā)電機(jī)，開(kāi)創(chuàng)了電氣化時(shí)代的新紀(jì)元；在理論上，為建立電磁場(chǎng)的理論體系打下了基礎(chǔ).

學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)，目標(biāo)不在于電磁感應(yīng)的內(nèi)容，而在于其發(fā)現(xiàn)的過(guò)程.課堂既要還原出發(fā)現(xiàn)過(guò)程的曲折性，又要彰顯出科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性，這些都是物理學(xué)史提升初中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的必要條件.因此，本文打破傳統(tǒng)的物理學(xué)史講授模式，緊貼蘇科版教材中“電磁感應(yīng) 發(fā)電機(jī)”的設(shè)計(jì)思路，嘗試在本節(jié)物理學(xué)史教學(xué)中，實(shí)施 “HPS” （History of science、Philosophy of science、Sociology of science）策略.

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[4]劉炳昇，李容.物理（九年級(jí)下冊(cè)）[M].江蘇：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2013：51.

[5]中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出社，2012：33-34.endprint