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        HPS模式在大學(xué)物理課程思政教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用*

        2022-09-01 13:20:08王彩霞吳永萍
        物理通報(bào) 2022年9期
        關(guān)鍵詞:物理科學(xué)教學(xué)模式

        王彩霞 吳永萍

        (揚(yáng)州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 江蘇 揚(yáng)州 225002)

        樊濟(jì)宇

        (南京航空航天大學(xué)物理學(xué)院 江蘇 南京 210016)

        1 引言

        2017年,中國教育界具有劃時(shí)代意義的思想政治工作會議提議“高校培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人”的職責(zé)性命題,并籌劃了以課堂教學(xué)為載體,深入發(fā)掘高校各學(xué)科門類專業(yè)課程的思想政治教育資源,各類課程與思政課同向同行,構(gòu)成協(xié)同效應(yīng)的發(fā)展道路[1].大學(xué)物理是幾乎所有理工科專業(yè),甚至部分文科專業(yè)必修的公共基礎(chǔ)課.一方面,可以利用大學(xué)物理課堂內(nèi)、外活動(dòng),充分挖掘、整合物理知識教學(xué)過程中的思政元素;另一方面,大學(xué)物理具有受益面廣泛、理論實(shí)踐相輔相成等優(yōu)點(diǎn).大學(xué)物理與思政元素相結(jié)合具有得天獨(dú)厚的隱性教育優(yōu)勢,對于培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀、人生觀和世界觀具有非常重大的教育意義.

        HPS (History,Philosophy and Sociology of Science,即科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué))教育是英國教育家M. Monk和J. Osborne基于建構(gòu)主義理念提出的教育教學(xué)模式[2].物理學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)都蘊(yùn)含著十分豐富的思政元素,值得進(jìn)一步深入探索和挖掘.利用HPS教學(xué)模式,以物理學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)為背景,將思政元素有機(jī)地融入到大學(xué)物理課程教學(xué)中,從“經(jīng)典HPS六步教學(xué)”方法著手,以近代物理部分的電子自旋假設(shè)為例進(jìn)行了一些探索和實(shí)踐.這些探究有益于充分挖掘大學(xué)物理隱形的“課程思政”功能,有益于培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題的能力、愛國主義情懷及社會責(zé)任感,為高等院校大學(xué)物理課程思政教學(xué)實(shí)踐的全面開展和實(shí)施提供一些參考與借鑒.

        2 HPS教學(xué)模式的簡介

        HPS教學(xué)模式的核心內(nèi)涵是:在課程教學(xué)過程中有效地融合科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)的相關(guān)內(nèi)容,提升學(xué)生的科學(xué)涵養(yǎng).HPS教學(xué)模式認(rèn)為,學(xué)生理當(dāng)從課程情境中學(xué)習(xí).依據(jù)學(xué)生的心理結(jié)構(gòu)和認(rèn)知結(jié)構(gòu),締造與學(xué)生相關(guān)的真實(shí)情境,讓每一個(gè)學(xué)生都能體驗(yàn)解決復(fù)雜問題的過程,鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用物理知識來處理現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)際問題,并且能夠積極地構(gòu)筑知識.M. Monk和J. Osborne經(jīng)典的“HPS六步教學(xué)法”模式包含創(chuàng)設(shè)情境、引出觀念、學(xué)習(xí)歷史、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、呈現(xiàn)科學(xué)觀念和實(shí)踐檢驗(yàn)、總結(jié)與評價(jià)[3].教師需要在大學(xué)物理講解一個(gè)問題,他們可以從這些教學(xué)模式開始.

        (1)創(chuàng)設(shè)情境,演示現(xiàn)象,采取講解和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)方法.依據(jù)教學(xué)內(nèi)容,教師構(gòu)造情境引出一個(gè)有待解決處理的問題,通過視頻或演示實(shí)驗(yàn)的形式展現(xiàn)問題,向?qū)W生映現(xiàn)一些科學(xué)史、科學(xué)現(xiàn)象,讓學(xué)生認(rèn)真觀察、討論和探索問題.

        (2)引出觀念.教師引導(dǎo),學(xué)生討論.教師以學(xué)生為根本,安排學(xué)生進(jìn)行分組討論,充分鼓動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)設(shè)性思維,提升科學(xué)探究的信念、求知的欲望.在此過程中,教師要妥當(dāng)提示、引導(dǎo),以避免失去方向、重點(diǎn).

        (3)學(xué)習(xí)歷史.展示或者介紹科學(xué)史的實(shí)物,讓學(xué)生自己體驗(yàn)科學(xué)家的歷史背景、科學(xué)發(fā)現(xiàn)的艱辛,體驗(yàn)科學(xué)家對同一問題的不同解釋,以及科學(xué)探索的難能可貴.

        (4)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).依據(jù)學(xué)生提出的觀點(diǎn)或是典型歷史觀點(diǎn),進(jìn)行分組,讓學(xué)生自行創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、探究.通過分組實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家的探索歷程,在此過程中突顯深化學(xué)生的創(chuàng)設(shè)力、想象力,從而引出科學(xué)根本.

        (5)呈現(xiàn)科學(xué)觀念和實(shí)踐檢驗(yàn).學(xué)生通過自主創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證推斷,對其所選擇的探索過程進(jìn)行歸納總結(jié).結(jié)合教師所講授的內(nèi)容,學(xué)生完成從錯(cuò)誤觀念向正確的科學(xué)觀念轉(zhuǎn)換.通過學(xué)習(xí)科學(xué)觀念,滲入科學(xué)方法和思維,從而讓學(xué)生感觸到科學(xué)的美妙,真正認(rèn)識科學(xué)觀念的本質(zhì),提高學(xué)習(xí)的興致.

        (6)總結(jié)與評價(jià).通過總結(jié)評估,促使學(xué)生更清晰地認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì),體會科學(xué)探究的過程與方法,堅(jiān)實(shí)科學(xué)知識,造就學(xué)生準(zhǔn)確的價(jià)值觀和情感素養(yǎng).

        3 HPS教學(xué)模式在大學(xué)物理課程思政教學(xué)中的應(yīng)用

        3.1 HPS教學(xué)模式教學(xué)實(shí)踐過程設(shè)計(jì)

        綜覽自然科學(xué)的發(fā)展歷史和趨勢,科學(xué)的每一步發(fā)展都離不開物理學(xué)的貢獻(xiàn).物理學(xué)史不僅記載了歷史長河中祖祖輩輩物理學(xué)家們?yōu)橥诰蛘胬矶冻銎D辛努力的精神食糧,還記實(shí)了人類應(yīng)用物理知識認(rèn)識世界、改造世界的歷程.將HPS教學(xué)模式應(yīng)用在大學(xué)物理思政課程教學(xué)中主要目的是:讓學(xué)生深切領(lǐng)略一代代物理學(xué)家的科學(xué)探索歷程,構(gòu)筑正確的物理觀念,養(yǎng)成正確的科學(xué)物理思想,漸漸造就批判性思維能力,實(shí)現(xiàn)科學(xué)育人、思政育人的培養(yǎng)目標(biāo).

        本文以大學(xué)物理中近代物理部分的電子自旋假設(shè)為例,討論HPS教學(xué)模式與課程思政教學(xué)的結(jié)合,HPS教學(xué)實(shí)踐的設(shè)計(jì)如圖1所示.

        圖1 HPS教學(xué)模式在大學(xué)物理教學(xué)實(shí)踐的設(shè)計(jì)

        首先,創(chuàng)設(shè)情境,演示現(xiàn)象.采取講解和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式.利用多媒體、網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)(Stern-Gerlach experiment)的演示,提出問題——同樣的銀原子和磁場,為什么它會劈裂成兩束?然后,引出觀點(diǎn),學(xué)生討論.斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)是個(gè)充滿了意外的實(shí)驗(yàn),會出現(xiàn)反直覺的現(xiàn)象.當(dāng)出現(xiàn)了反直覺現(xiàn)象的時(shí)候,教師要進(jìn)行恰當(dāng)?shù)闹敢悦鈱W(xué)生失去重點(diǎn)、方向.或者教師帶領(lǐng)學(xué)生針對產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象所蘊(yùn)含的物理機(jī)制進(jìn)行討論、分析,使學(xué)生盡可能提出多種多樣的觀點(diǎn).接著,學(xué)習(xí)歷史,邏輯推理.師生共同學(xué)習(xí)物理學(xué)歷史資料,重溫物理學(xué)家奧托·斯特恩和瓦爾特·蓋拉赫證實(shí)原子在磁場中取向量子化、原子角動(dòng)量量子化的歷程.讓學(xué)生體會實(shí)驗(yàn)對理論的指導(dǎo)作用以及科學(xué)探究的艱辛.之后,科學(xué)觀念,培養(yǎng)素養(yǎng).教師講解教材中電子自旋理論,構(gòu)筑新的知識結(jié)構(gòu),突出難點(diǎn)和重點(diǎn).培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和批判性思維方式.最后,師生評價(jià),總結(jié)反思.教師帶領(lǐng)學(xué)生對所學(xué)的知識進(jìn)行歸納總結(jié),學(xué)生完成線上線下作業(yè).與此同時(shí),教師結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)過程的反饋進(jìn)行引導(dǎo)和教學(xué)反思,從中找出學(xué)生對本次課堂重難點(diǎn)的掌握情況,提高教學(xué)實(shí)踐能力.實(shí)踐證明,應(yīng)用HPS模式教學(xué),可以充分實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng),很好地融入思政元素,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、批判意識、正確的價(jià)值觀和世界觀以及愛國主義情懷.

        3.2 結(jié)合大學(xué)物理課程特征選擇契合HPS教學(xué)的素材

        大學(xué)物理是一門理論與實(shí)踐緊密相結(jié)合的基礎(chǔ)學(xué)科,具有基礎(chǔ)性、廣泛性和先導(dǎo)性等特征,在對學(xué)生進(jìn)行思想政治教育方面比其他學(xué)科獨(dú)具優(yōu)勢.教師在大學(xué)物理的授課過程中,選擇HPS模式的教學(xué)內(nèi)容時(shí),要考慮物理學(xué)史素材與大學(xué)物理課程內(nèi)容的匹配程度、學(xué)生的認(rèn)知能力和專業(yè)特點(diǎn).注重思政元素與科學(xué)精神、邏輯思維、物理素養(yǎng)和專業(yè)特點(diǎn)的有機(jī)整合.物理學(xué)史素材豐富多彩,為達(dá)到滿意的教學(xué)效果,教師必須把握科學(xué)規(guī)律,深入思考如何引入、選擇什么樣的內(nèi)容等問題,遵循切實(shí)可行的融合原則.選擇的主要原則:有的放矢,針對性原則;深化概念,合適性原則;不斷深化,遞進(jìn)性原則等.物理學(xué)史素材中離不開科學(xué)家們的身影和事跡,在大學(xué)物理教學(xué)中融入物理學(xué)家的故事開展課程思政教育是十分有意義的.表1中歸納了適合在大學(xué)物理課程中開展HPS思政教育教學(xué)實(shí)踐的部分素材.

        表1 大學(xué)物理課程HPS素材及思政元素

        4 HPS模式教學(xué)的實(shí)踐效果與存在的困難

        4.1 HPS模式教學(xué)的實(shí)踐效果

        (1)HPS模式教學(xué)促使學(xué)生從歷史的維度理解物理概念和原理,提高學(xué)習(xí)樂趣和成績

        大學(xué)物理課程中公式推理繁多、物理概念比較抽象、很強(qiáng)的邏輯性和理論性,大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過程都感覺到比較困難,學(xué)習(xí)積極性比較低,致使學(xué)習(xí)成績不理想.在HPS模式教學(xué)實(shí)踐中教師引入物理學(xué)史可以讓學(xué)生體會科學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷程,從而深化科學(xué)研究過程中涉及的物理概念和原理.在學(xué)習(xí)力和慣性參考系概念時(shí),介紹物理學(xué)家牛頓的故事;在講授角動(dòng)量守恒定律時(shí),介紹自然界脈沖星形成過程中的角動(dòng)量守恒定律現(xiàn)象,以及中國脈沖星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域的開拓性研究[4,5];在靜電場的教學(xué)過程中時(shí),可通過向?qū)W生展示不同時(shí)期的物理科學(xué)家對電荷、靜電力認(rèn)識的物理史實(shí)和思想觀念,例如介紹卡文迪什、庫侖的電扭秤實(shí)驗(yàn)得出靜電力的大小服從平方反比規(guī)律的實(shí)驗(yàn)過程,提出物理知識是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)得出的科學(xué)本質(zhì).讓學(xué)生深刻體會歷史背景以及物理學(xué)家們的思維方法,從不同維度體驗(yàn)學(xué)習(xí)的樂趣,有助于學(xué)生理解抽象概念和提高學(xué)習(xí)成績,增長知識和才干.

        (2)HPS模式教學(xué)促使學(xué)生培養(yǎng)科學(xué)思維習(xí)慣,增強(qiáng)創(chuàng)新意識與實(shí)踐能力

        HPS模式教學(xué)通過重現(xiàn)科學(xué)研究的歷史情境,讓學(xué)生情景代入式地觀察現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)探究和查看歷史資料,進(jìn)一步分類、比較、歸納總結(jié).激起學(xué)生探索科學(xué)的興致、勇氣,培養(yǎng)學(xué)生觀察、思維、批判的能力.例如在物理科學(xué)史上,伽利略突破歷史束縛,敢于挑戰(zhàn)亞里士多德的理論威望,做了猶如慣性、自由落體等一系列著名思想實(shí)驗(yàn),從而發(fā)現(xiàn)了慣性定律和落體定律等,為經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ).這一過程能激起學(xué)生對自然規(guī)律探索的興致,有利于培養(yǎng)他們對科學(xué)的崇尚、敬畏及嚴(yán)謹(jǐn)求真的科學(xué)態(tài)度,有利于提高他們的創(chuàng)新意識、科學(xué)探究實(shí)踐能力及愛國情懷.

        (3)HPS模式教學(xué)促使學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀,增強(qiáng)社會責(zé)任感和使命感

        結(jié)合HPS模式進(jìn)行課程思政教學(xué),教師在教學(xué)過程中融入中國科學(xué)家如高錕、錢學(xué)森、王淦昌、“兩彈”元?jiǎng)奏嚰谙群湾X三強(qiáng)等在物理學(xué)發(fā)展史中所做的卓越貢獻(xiàn).例如,在講授動(dòng)量守恒定律時(shí),介紹有“中國航天之父”稱號的科學(xué)家錢學(xué)森的生平事跡和科研成果.錢學(xué)森先生在1950年開始力求回歸祖國,受到美國政府阻撓和迫害,并一度失去自由.為了回歸祖國,錢學(xué)森先生臥薪嘗膽長達(dá)5年,幾經(jīng)周折,最終于1955年在中國政府的力爭下最終回到了自己的祖國.錢學(xué)森先生的回歸顯著加速了中國“兩彈一星”研究進(jìn)程.這些對培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷和民族自豪感,提高學(xué)生的社會責(zé)任感和使命感,有效地塑造學(xué)生的科學(xué)、求真、務(wù)實(shí)的社會主義核心價(jià)值觀,堅(jiān)持以人為本,實(shí)現(xiàn)“立德育人”的偉大目標(biāo)有著非凡的意義.

        4.2 開展HPS模式教學(xué)存在的困難

        (1)大學(xué)物理課程與思政教育融合,深入挖掘思政資源較為局限

        大學(xué)物理課程中有繁雜公式的推導(dǎo)和抽象定理的應(yīng)用,蘊(yùn)含著非常豐富的哲學(xué)思想,愛國主義和改革創(chuàng)新的素材,如何讓課程思政貫穿于教學(xué)的全過程,需要任課教師深入挖掘大學(xué)物理課程的思政資源.然而,如何將專業(yè)知識和思想政治教育有機(jī)地融合起來是課程思政的一大難題.在實(shí)際的教學(xué)中,作為一種先進(jìn)的教育理念的HPS素材資源較為局限,如何充分發(fā)揮大學(xué)物理課程的特點(diǎn),獲取有效的HPS素材并將其融入到教學(xué)實(shí)踐過程中,是現(xiàn)在需要解決的又一個(gè)難題.大學(xué)物理課程所蘊(yùn)含的思政元素多是隱性的思政資源,這就要求任課教師充分利用網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等資源,按照一定的模式、規(guī)律挖掘和構(gòu)建更多與思政教育融合的素材,為大學(xué)物理課堂進(jìn)行“立德育人”教育提供參考.

        (2)評價(jià)HPS模式教學(xué)是否有效存在困難

        在大學(xué)物理中進(jìn)行HPS模式思政教育的教學(xué)宗旨是促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解,增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、科學(xué)探究實(shí)踐能力及愛國情懷.物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科,理論和實(shí)踐相結(jié)合才能取得最好的效果.然而,關(guān)于HPS教學(xué)模式的“課程思政”融入大學(xué)物理課堂的實(shí)踐證明性研究卻很少,大多是理論分析.沒有具體的實(shí)證論證和數(shù)據(jù)支持,評價(jià)該教學(xué)模式是否有效存在困難.因此,堅(jiān)持實(shí)事求是,對基于HPS教學(xué)模式下“課程思政”融入大學(xué)物理課程進(jìn)行實(shí)踐證明性研究,構(gòu)筑一套合理有效的、符合“課程思政”教學(xué)理念的評價(jià)體系,并進(jìn)行深入的實(shí)證和分析,為其他學(xué)科進(jìn)行思政教育提供參考與借鑒.

        5 結(jié)束語

        綜上所述,將先進(jìn)的HPS教育理念應(yīng)用到大學(xué)物理“課程思政”教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中,以物理學(xué)史為基礎(chǔ)創(chuàng)設(shè)情境,對科學(xué)哲學(xué)進(jìn)行浸潤,減少生硬的單方面灌注理論知識,從概念知識的學(xué)習(xí)逐步建立正確的物理觀念.大學(xué)物理課程中有了HPS的內(nèi)容,激發(fā)出其隱形的“課程思政”功能,結(jié)合專業(yè)特色提出前瞻性的問題,在課堂教學(xué)中鼓舞學(xué)生踴躍參與思考,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力.HPS教學(xué)實(shí)踐對培養(yǎng)學(xué)生的民族意識、科學(xué)思維和價(jià)值觀等核心素養(yǎng)具有十分重要意義,為中國的大學(xué)教育做出一份貢獻(xiàn).

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