楊帆凡 李春密

摘? 要：文章介紹了科學本質和HPS教育模式，選取義務教育階段物理學科 “浮力”一節(jié)的教學內容，在知識教學的基礎上，參照HPS教育馬修斯對話教學模式進行教學設計，對HPS教育在物理學科教學中的應用進行了探索。

關鍵詞：科學本質;HPS教育;教學設計;浮力

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）8-0077-4

1? ? 引? 言

2014年，教育部在《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》中，明確提出了學生在完成各學科相應內容的學習后，應具備的必備品格和關鍵能力等方面的要求，從而適應自身和社會發(fā)展的需要[1]。2016年，《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》研究成果發(fā)布，對發(fā)展學生核心素養(yǎng)的總體框架、基本內涵和主要表現(xiàn)等做了詳細闡述[2]?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標準（2017年版）》強調普通高中物理學科核心素養(yǎng)包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”和“科學態(tài)度與責任”四個方面，科學本質作為“科學態(tài)度與責任”的要素之一，多次被提及[3]。已有研究將科學本質的基本構成整理為科學知識、科學探索和科學事業(yè)三個維度，并細化為17個要素[4]，被大多數(shù)教育研究者所接受。雖然《義務教育階段物理課標》仍在修訂中，但提升對科學本質的認識對義務教育階段的學生同樣適用且同等重要。

20世紀80年代開始，西方國家在進行教育研究與改革的過程中，以建構主義作為理論基礎，融合科學史、科學哲學與科學社會學，提出了“HPS教育”，倡導在日常課程教學中滲透相關內容，讓學生真正了解所學知識的形成過程，從而提升其對科學本質的認識[5]，達到發(fā)展學生核心素養(yǎng)的目的。

本研究選取某版本義務教育教科書八年級下冊“浮力”一節(jié)的內容，在知識教學的基礎上，指向科學本質，參照HPS教育馬修斯對話教學模式進行教學設計，以期為指向科學本質的HPS教育提供參考與借鑒。

2? ? HPS教學模式

20世紀90年代，美、澳、英等西方國家學者先后提出了多種HPS教學模式，例如“互動式歷史小故事”（美國學者Roach Linda E和Wandersee James H于1990年提出，簡稱“IHVs”）、馬修斯對話教學模式（澳大利亞哲學教授Michael·R.·Matthews于1994年提出，又稱“適度教學模式”）、融合教學模式（英國學者Monk M.和Osborne J.于1997年提出）等，均被國內學者借鑒、研究與運用[6]。

本研究采取馬修斯對話教學模式，即在課堂教學中，師生圍繞有關科學本質的問題進行對話、交流與反思，在知識教學的基礎上，提升學生對科學本質的認識。其教學過程包含定向參與、提出假設、實驗探究、引導反思和對話拓展5個階段[7]（表1）。

3? ? 基于HPS教育馬修斯對話教學模式的“浮力”教學設計

結合教學內容，基于HPS教育馬修斯對話教學模式，指向科學本質的“浮力”教學設計具體如下：

3.1? ? 問題一：為什么物體會受到浮力？

階段1：定向參與

師：創(chuàng)設情境。使用多媒體播放冰山、郵輪等在水面漂浮以及“曹沖稱象”的視頻，激發(fā)學生興趣，引發(fā)學生思考。

問題（1）：那么重的冰山和郵輪為什么能夠漂浮在水面上呢？“曹沖稱象”又是運用了什么原理？

生：觀看視頻，進行思考。冰山、郵輪在水面漂浮以及“曹沖稱象”都是由于漂浮在水面的物體受到浮力的作用。

問題（2）：只有漂浮在水面上的物體受到浮力的作用嗎？浸沒在水中的物體受到浮力嗎？

師：進行演示實驗，測量鋁塊浸沒水中所受的浮力（圖1）。

生：觀察演示實驗，發(fā)現(xiàn)將鋁塊浸沒水中時，彈簧測力計示數(shù)會變小，說明浸沒在水中的鋁塊也受到了浮力的作用。

問題（3）：以浸沒在液體中為例，為什么物體會受到浮力？

師：引導學生結合液體壓強相關內容，思考浮力產(chǎn)生的原因。

生：結合液體壓強相關內容，如圖2所示，對浸沒在液體中的物體進行分析，思考并得出結論。

【設計意圖】 通過冰山、郵輪漂浮在水面的現(xiàn)象以及中國歷史小故事“曹沖稱象”創(chuàng)設有趣的情境，使學生觀察體會生活現(xiàn)象及實驗現(xiàn)象，激發(fā)學生的學習興趣，以問題引領學生進行思考與探究。

3.2? ? 問題二：物體所受浮力的大小跟哪些因素有關？

階段2：提出假設

師：結合冰山、郵輪漂浮水面、“曹沖稱象”以及問題（3）中鋁塊浸沒水中等現(xiàn)象提出問題，引導學生提出假設。

問題（4）：為什么又大又重的冰山和郵輪可以漂浮在水面上，但小鋁塊卻浸沒在水中呢？

生：和它們所受浮力的大小有關。

問題（5）：浮力的大小跟哪些因素有關？

生：思考以上現(xiàn)象，提出假設：浮力的大小可能跟物體浸在液體中的體積、物體浸沒的深度以及液體的密度等因素有關。

師：提供實驗器材（彈簧測力計、小鋁塊、燒杯、細線、水、鹽水等），引導學生設計實驗方案。

生：根據(jù)提出的假設，采用控制變量法設計實驗方案：

①因素1：物體浸在液體中的體積。利用細線將小鋁塊懸掛在彈簧測力計下，將小鋁塊慢慢浸入液體中，觀察此過程中彈簧測力計示數(shù)的變化情況。

②因素2：物體浸沒的深度。將懸掛在彈簧測力計下的小鋁塊全部浸沒在同一種液體中，分別懸停在液體內不同的深度，觀察彈簧測力計示數(shù)的變化情況。

③因素3：液體的密度。將懸掛在彈簧測力計下的小鋁塊先后全部浸沒在不同密度的液體（水和鹽水）中，觀察彈簧測力計示數(shù)的變化情況。

④……

【設計意圖】 鼓勵學生積極思考、提出假設，采用控制變量法設計實驗方案，使學生體會物理學科學習中控制變量法及實驗的重要性。

階段3：實驗探究

師：準備實驗器材（彈簧測力計、小鋁塊、燒杯、細線、水、鹽水等），組織學生進行分組實驗探究，及時給予指導。

①問題

生：明確探究問題：浮力的大小跟哪些因素有關？作出科學假設：浮力的大小可能跟物體浸在液體中的體積、物體浸沒的深度以及液體的密度等因素有關（即階段2）。

②證據(jù)

生：根據(jù)階段2設計的實驗方案，組內討論并確定最終方案，選取合適的實驗器材進行小組實驗，觀察實驗現(xiàn)象，記錄實驗數(shù)據(jù)。

③解釋

生：分析實驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)，形成小組結論，嘗試用已有的物理知識對現(xiàn)象及結論進行科學解釋。

④交流

生：全班交流，交流內容包括但不限于實驗探究過程、現(xiàn)象、數(shù)據(jù)和結論，各小組反思探究過程與結果。得出實驗探究結論：物體在液體中所受浮力的大小，跟它浸在液體中的體積以及液體的密度有關，與其他因素無關。驗證假設。

【設計意圖】 培養(yǎng)學生科學探究的能力，使學生通過實驗檢驗自己的觀點和假設。

3.3? ? 問題三：你還學到了什么？

階段4：引導反思

師：引導學生對實驗探究過程進行反思和總結。

問題（6）：在剛剛的實驗過程中，大家遇到了哪些困難？

問題（7）：在影響浮力大小因素的實驗中，大家認為最重要的思想或者實驗方法是什么？

生：通過對實驗探究過程的反思，發(fā)現(xiàn)在實驗過程中可能存在彈簧測力計示數(shù)波動較大，不方便讀數(shù)等困難;最重要的實驗方法是控制變量法。對實驗過程進行總結，并對控制變量法等實驗方法進行深入思考。

師：通過視頻多媒體資源介紹阿基米德發(fā)現(xiàn)浮力的小故事、中國“遼寧號”航空母艦、“蛟龍?zhí)枴焙汀皧^斗者號”載人潛水艇，使學生學習浮力相關知識應用的同時，了解浮力的發(fā)現(xiàn)歷史和我國在海洋高技術領域的綜合能力。據(jù)此提出一些科學本質相關問題。

問題（8）：古希臘學者阿基米德在洗澡時發(fā)現(xiàn)了浮力，并進一步進行探索與驗證，你從中學到了什么？（科學知識維度：累積性;科學探索維度：經(jīng)驗性、創(chuàng)造性、科學方法的非固定性;科學事業(yè)維度：科學家形象）

問題（9）：“遼寧號”航空母艦、“蛟龍?zhí)枴焙汀皧^斗者號”載人潛水艇等高技術成果的發(fā)展，需要許多科學家前赴后繼地進行探索，對此你有什么看法？（科學知識維度：累積性、暫定性;科學事業(yè)維度：科學家形象）

問題（10）：你還知道哪些跟浮力相關的應用？（科學事業(yè)維度：科學與社會、科學與技術）

生：了解浮力的發(fā)展歷史及相關應用，體會科學家的思想。

【設計意圖】 使學生了解浮力的發(fā)展歷史及相關應用，體會我國科技的迅猛發(fā)展，激發(fā)學生的愛國主義情懷，引發(fā)學生思考科學本質相關問題，刺激學生進行批判性與反思性思維。

階段5：對話拓展

師：針對階段4中科學本質相關問題，引導學生討論并與學生進行交流。

生：針對階段4中科學本質相關問題進行思考并小組討論。航空母艦、潛水艇等科技成果的誕生與社會、技術背景息息相關，需要一代又一代的科學家不斷探索和嘗試，在探索的過程中可以采用不同的思維方式或實驗方法等;熱氣球也運用了浮力的原理。總結并與教師交換、溝通意見。

【設計意圖】 通過小組討論與師生對話交流，對比、解釋對科學本質問題的理解，提升學生對科學本質的認識。

4? ? 結? 語

本研究參照HPS教育馬修斯對話教學模式，指向科學本質，以“浮力”為例進行教學設計，探索了HPS教育在物理學科教學中的應用，為提升學生對科學本質的認識，培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)的教學提供了新的案例。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.教育部關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見[J]. 基礎教育改革動態(tài)， 2014（11）：6-11.

[2]核心素養(yǎng)研究課題組.中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)[J].中國教育學刊，2016（10）：1-3.

[3]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[4]杜婭婷，汪志榮.高中物理教學融入HPS內容促進科學本質的認識——以《庫侖定律》一節(jié)的教學為例[J].物理教學探討，2019，37（12）：11-17.

[5]張健，王華，李春密.促進科學本質認識的HPS教學過程構建——以“牛頓第一定律”教學為例[J].物理教師，2021，42（02）：12-16.

[6]黃曉娜，吳先球.國內HPS教育融入中學物理教學的研究綜述[J].物理教師，2020，41（07）：2-7.

[7]袁維新.HPS教育：一種新的科學教育范式[J].教育科學研究，2010（07）：48-51+55.

（欄目編輯? ? 李富強）