洪靜爽 程敏熙

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院 廣東 廣州 510006)

1 引言

HPS教育自20世紀(jì)80年代起，由美國為首的國家相繼推行開來，目前是國際科學(xué)教育改革關(guān)注的熱點(diǎn)教育理念[1～4].HPS教育指的是將科學(xué)史(History of Science)、科學(xué)哲學(xué)(Philosophy of Science)和科學(xué)社會學(xué)(Sociology of Science)的內(nèi)容融入到科學(xué)課程和教學(xué)當(dāng)中，促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)概念、規(guī)律及科學(xué)本質(zhì)的理解.讓學(xué)生在科學(xué)史背景下，了解物理概念及規(guī)律的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展進(jìn)程，從中體會科學(xué)方法及科學(xué)思維在物理研究進(jìn)程中的重要作用.可以有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)探究能力、科學(xué)精神及態(tài)度[1,5,6]，最終達(dá)到提高科學(xué)教育質(zhì)量和學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的.

我國現(xiàn)行《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡稱新課程標(biāo)準(zhǔn))是在深入總結(jié)我國課程改革經(jīng)驗(yàn)，充分借鑒國際課程改革的優(yōu)秀成果下，修訂的既符合我國實(shí)情又具有國際視野的綱領(lǐng)性教學(xué)文件.新課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)學(xué)科育人價值，強(qiáng)調(diào)落實(shí)“立德樹人”的根本任務(wù)，注重體現(xiàn)物理學(xué)科本質(zhì)，從三維目標(biāo)到強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)[7]，明確了學(xué)生學(xué)習(xí)該學(xué)科課程后應(yīng)達(dá)成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，體現(xiàn)了以人為本的理念轉(zhuǎn)變，這與HPS教育理念高度契合[8].此外，課程標(biāo)準(zhǔn)是教材編寫和物理教學(xué)的重要依據(jù)，也是教師備課、確立教學(xué)目標(biāo)、進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的重要參考標(biāo)準(zhǔn).因此在進(jìn)行教材分析[9,10]，考慮將HPS教育理念融入中學(xué)物理教學(xué)設(shè)計(jì)[11]與具體課程實(shí)施[5,6,8,12～14]的過程中，有必要對課程標(biāo)準(zhǔn)中的HPS教育相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析和研究[1,15～17].這將有助于課程目標(biāo)的落實(shí)，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的形成.

2 HPS內(nèi)容維度劃分及標(biāo)準(zhǔn)界定

HPS教育劃分為3個維度,即科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué).其中，科學(xué)史關(guān)注科學(xué)家及其研究工作，展現(xiàn)科學(xué)(概念或理論)的發(fā)展過程，體現(xiàn)科學(xué)的積累和變革.科學(xué)哲學(xué)研究科學(xué)的本質(zhì)問題及意義，強(qiáng)調(diào)辯證地看待科學(xué)及科學(xué)研究過程和方法的發(fā)展與變革.科學(xué)社會學(xué)關(guān)注科學(xué)發(fā)展與變革的外部條件和影響[2,18].

在進(jìn)行新課程標(biāo)準(zhǔn)HPS相關(guān)內(nèi)容分析前，需要確定分析指標(biāo)或標(biāo)準(zhǔn).因此，在查閱相關(guān)文獻(xiàn)[1,2,15,17]和資料，并在考慮3個維度的相對獨(dú)立性及內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上，將科學(xué)史維度的內(nèi)容界定為關(guān)注科學(xué)家及其研究事業(yè)(包括科學(xué)家的生平、形象、象、主要研究及成就)，以及體現(xiàn)科學(xué)知識(理論、概念等)的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展及演變過程.而科學(xué)哲學(xué)維度聚焦科學(xué)知識的本質(zhì)以及科學(xué)研究過程與研究方法的哲學(xué)思辨問題.因此，將科學(xué)哲學(xué)內(nèi)涵界定為科學(xué)的認(rèn)識論和科學(xué)的方法論.其中科學(xué)的認(rèn)識論指的是科學(xué)知識的可認(rèn)識性、公開性、發(fā)展性、創(chuàng)造性、相對性、局限性等(例如提及自然界是可以被認(rèn)知的，科學(xué)知識是公開發(fā)表的成果，是積累發(fā)展與變化革命的辯證統(tǒng)一等).而科學(xué)的方法論指的是科學(xué)研究方法的實(shí)證性、預(yù)見性、抽象性、數(shù)學(xué)工具性、創(chuàng)造性、相對客觀性(比如提及模型、推理和實(shí)驗(yàn)等在發(fā)現(xiàn)、研究、確立科學(xué)知識過程中的應(yīng)用).科學(xué)社會學(xué)維度的內(nèi)容界定為科學(xué)對社會的影響(提及科學(xué)對人類政治、經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)、文化、思維方式等的影響)以及社會對科學(xué)的影響(提及社會、政治、經(jīng)濟(jì)、文化、生態(tài)等對科學(xué)發(fā)展的要求及影響).

3 新課程標(biāo)準(zhǔn)HPS相關(guān)內(nèi)容分析

新課程標(biāo)準(zhǔn)在課程性質(zhì)、基本理念、課程目標(biāo)及課程內(nèi)容上均有涉及HPS教育的相關(guān)內(nèi)容[17].課程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律及學(xué)科特點(diǎn)，設(shè)計(jì)循序漸進(jìn)的課程內(nèi)容.其中必修課程是全體學(xué)生必須學(xué)習(xí)的課程，關(guān)注學(xué)生全面發(fā)展需要，是高中學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的共同基礎(chǔ)[7]，由必修1、必修2和必修3這3個模塊構(gòu)成.因此，選擇新課程標(biāo)準(zhǔn)“課程內(nèi)容”中3個必修模塊對HPS相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行提煉及統(tǒng)計(jì)，有助于分析和把握HPS教育在我國新課程標(biāo)準(zhǔn)的具體呈現(xiàn)情況.

已有研究[17]對新課程標(biāo)準(zhǔn)必修3個模塊HPS內(nèi)容要求的總體情況進(jìn)行了簡要說明，但課程標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際課堂教學(xué)緊密聯(lián)系，核心素養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成也不是一蹴而就的，遵循循序漸進(jìn)原則，且考慮必修模塊分析內(nèi)容的詳盡性和全面性.有必要對各個必修模塊的具體主題內(nèi)容(包括各主題下的活動建議部分)的HPS相關(guān)信息展開進(jìn)一步分析和說明, 并補(bǔ)充每個必修模塊的教學(xué)提示和學(xué)業(yè)要求部分提及的HPS相關(guān)內(nèi)容，使在確立教學(xué)目標(biāo)及進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時能夠更加全面和具體地把握新課程標(biāo)準(zhǔn)隱含的HPS教育內(nèi)容要求，從而助力于將HPS教育理念有效滲透到具體教學(xué)實(shí)踐中來.

3.1 必修1模塊HPS相關(guān)內(nèi)容分析

將新課程標(biāo)準(zhǔn)中必修1模塊的HPS相關(guān)內(nèi)容根據(jù)界定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行文本梳理和分類，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示.

表1 必修1模塊HPS相關(guān)內(nèi)容統(tǒng)計(jì)表

總體上，新課程標(biāo)準(zhǔn)必修1模塊有21處提及HPS的相關(guān)內(nèi)容，且3大維度的內(nèi)容均有涉及.其中科學(xué)哲學(xué)維度部分涉及的內(nèi)容最多，有12處.不難分析，新課程標(biāo)準(zhǔn)多次提及讓學(xué)生體會抽象思維、極限法、模型建構(gòu)、物理實(shí)驗(yàn)、科學(xué)推理等科學(xué)研究方法及思維方式在探索自然規(guī)律或物理學(xué)發(fā)展中的作用.這與必修1模塊兩個主題的內(nèi)容“機(jī)械運(yùn)動與物理模型”“相互作用與運(yùn)動定律”高度一致.相較而言，科學(xué)史部分內(nèi)容涉及較少，在“相互作用與運(yùn)動定律”主題部分提及了胡克定律及牛頓運(yùn)動定律，但沒有明確指出關(guān)注相關(guān)科學(xué)家及其科學(xué)研究過程.因此，在教學(xué)過程中教師可以結(jié)合教材及學(xué)生實(shí)際情況和學(xué)習(xí)需要，適當(dāng)補(bǔ)充牛頓等科學(xué)家的相關(guān)史料及其研究過程，有助于讓學(xué)生從科學(xué)家們真實(shí)的探究視角出發(fā)，更好地理解相關(guān)的定理定律，同時培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)精神與科學(xué)態(tài)度，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展.

3.2 必修2模塊HPS相關(guān)內(nèi)容分析

將新課程標(biāo)準(zhǔn)必修2模塊的HPS相關(guān)內(nèi)容分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示.

較必修1模塊而言，必修2模塊提及的HPS的相關(guān)內(nèi)容更廣泛，有35處，且3大維度的內(nèi)容呈均衡的梯度遞增之勢.這一模塊涉及的科學(xué)史有7處之多，表明在該模塊新課程標(biāo)準(zhǔn)重視通過科學(xué)史引入相關(guān)物理知識從而助力學(xué)生的學(xué)習(xí).

表2 必修2模塊HPS相關(guān)內(nèi)容統(tǒng)計(jì)表

其中“萬有引力定律”的相關(guān)內(nèi)容是必修2模塊的一個重點(diǎn)內(nèi)容，萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)史也是物理學(xué)家們的科學(xué)研究史，是在包括伽利略、開普勒、笛卡兒、哈雷等眾多科學(xué)家研究基礎(chǔ)上不斷發(fā)展、積累、總結(jié)，并最終由牛頓發(fā)表于《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中的.且新課程標(biāo)準(zhǔn)也明確提出要“通過史實(shí)，了解萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程”.因此，必修2模塊的科學(xué)史內(nèi)容較必修1明顯增多.此外，萬有引力定律是科學(xué)家追求物理理論簡潔性和統(tǒng)一的體現(xiàn)，是人類科學(xué)認(rèn)識的一次重大綜合與飛躍，對人們的思想解放起到了積極的作用.對后來的物理學(xué)和天文學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響.可以發(fā)現(xiàn)必修2模塊的科學(xué)社會學(xué)部分內(nèi)容與新課程標(biāo)準(zhǔn)中倡導(dǎo)的STSE教育內(nèi)容等也是高度契合，在新課程標(biāo)準(zhǔn)中也是較為普遍的涉及到，有16處之多.

因此，在教學(xué)過程中尤其是在有關(guān)萬有引力定律的教學(xué)過程中，教師要落實(shí)新課程標(biāo)準(zhǔn)提出的通過史實(shí)，了解萬有引力定律發(fā)現(xiàn)過程的內(nèi)容要求.要結(jié)合教材進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生在了解物理學(xué)發(fā)展史的過程中習(xí)得知識，同時注意向?qū)W生滲透科學(xué)哲學(xué)的思辨、批判精神，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任.

3.3 必修3模塊HPS相關(guān)內(nèi)容統(tǒng)計(jì)與分析

對必修3模塊HPS相關(guān)內(nèi)容的分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì),如表3所示.

表3 必修3模塊HPS相關(guān)內(nèi)容統(tǒng)計(jì)表

與必修1及必修2模塊相比，總體上新課程標(biāo)準(zhǔn)中必修3模塊提及HPS的相關(guān)內(nèi)容是最多的，且三大維度的內(nèi)容均有涉及.其中比較突出的一點(diǎn)是科學(xué)社會學(xué)部分提及的內(nèi)容最多，有29處.新課程標(biāo)準(zhǔn)必修3模塊由“靜電場”“電路及其應(yīng)用”“電磁場與電磁波初步”“能源與可持續(xù)發(fā)展”4個主題組成.這些主題涉及的內(nèi)容與人們生活息息相關(guān).比如“靜電場”部分提及的關(guān)于靜電的利用與防護(hù)，“電路及其應(yīng)用”中提及的生活中的安全用電和節(jié)約用電的知識普及.“電磁場與電磁波初步”中提及的磁現(xiàn)象方面的研究成果(電磁感應(yīng)現(xiàn)象、電磁波)及其對人類文明(現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展、生活通訊等)的影響.“能源與可持續(xù)發(fā)展”部分更是將科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境之間發(fā)展與影響加以充分考慮和重視.

因此，在實(shí)際教學(xué)過程中，可以充分研讀新課程標(biāo)準(zhǔn)中對該模塊內(nèi)容的具體要求，確立課程目標(biāo)，并注意培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識.引導(dǎo)學(xué)生將環(huán)境保護(hù)落實(shí)到實(shí)際生活中去，有效實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)，真正實(shí)現(xiàn)物理教學(xué)的育人價值和目標(biāo).

4 總結(jié)與建議

采用文本分析法，通過對新課程標(biāo)準(zhǔn)中“課程內(nèi)容”部分3個必修模塊提及的HPS內(nèi)容進(jìn)行梳理和統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)新課程標(biāo)準(zhǔn)必修模塊普遍涉及到HPS相關(guān)內(nèi)容.通過比較分析可以發(fā)現(xiàn)每個必修模塊對HPS教育3個維度(科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué))的側(cè)重程度有所不同，這與每個必修模塊的主題是息息相關(guān)且高度一致的.

總體而言，必修1模塊十分重視物理研究過程中科學(xué)思維及科學(xué)方法的滲透，關(guān)注科學(xué)知識的本質(zhì)，重視向?qū)W生滲透關(guān)于科學(xué)的認(rèn)識論與方法論的哲學(xué)思辨問題.新課程標(biāo)準(zhǔn)多次提及讓學(xué)生體會抽象思維、極限法、模型建構(gòu)、物理實(shí)驗(yàn)、科學(xué)推理等科學(xué)研究方法及思維方式在探索自然規(guī)律或推動物理學(xué)發(fā)展中的作用.必修1是高中物理學(xué)習(xí)的開始，在這一環(huán)節(jié)除了讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)的描述運(yùn)動與力的相關(guān)概念之外，更重要的是幫助學(xué)生在建構(gòu)概念以及定理定律過程中體會科學(xué)研究方法及思維方式的巧妙之處.有效激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神與態(tài)度，從而提高學(xué)生的科學(xué)思辨能力，為以后學(xué)習(xí)更復(fù)雜的科學(xué)知識打好基礎(chǔ).

相較而言，在3個必修模塊中必修2模塊最為突出科學(xué)史在學(xué)生物理學(xué)習(xí)中的作用.以必修2模塊的主題之一提及的“萬有引力定律”部分內(nèi)容來看，其發(fā)現(xiàn)過程本就是科學(xué)史發(fā)展進(jìn)程中的一個重要過程，包含眾多科學(xué)家研究歷程及豐富成果，可以作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)興趣、嚴(yán)謹(jǐn)與實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度及科學(xué)精神、合作及探究意識等的重要素材.此外，“萬有引力定律”的發(fā)現(xiàn)使人類在思想上產(chǎn)生巨大轉(zhuǎn)變，對后世關(guān)于天體運(yùn)動研究及人類航天事業(yè)發(fā)展等產(chǎn)生重大影響，蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)社會學(xué)內(nèi)容.

而必修3模塊的3個主題內(nèi)容與人們生活息息相關(guān)，比如安全用電與節(jié)約用電普及、電磁波等在通訊生活中的運(yùn)用、能源的開發(fā)利用與環(huán)境保護(hù)等.因此，必修3模塊的突出特點(diǎn)則是，高度重視科學(xué)社會學(xué)維度的內(nèi)容.

課程標(biāo)準(zhǔn)是教師確立教學(xué)目標(biāo)和進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，因此在考慮將HPS教育理念引入中學(xué)物理課堂教學(xué)，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)時，有必要對HPS內(nèi)容在我國現(xiàn)行普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的具體融合情況進(jìn)行分析和了解，從而有效把握HPS教育理念融入物理教學(xué)的價值所在.可以幫助教師合理確立教學(xué)目標(biāo)，并將HPS教育理念有效融合到具體的物理教學(xué)實(shí)踐中來，以期促進(jìn)課程教學(xué)目標(biāo)的有效落實(shí)，切實(shí)達(dá)到發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的目的.