摘"要：本文以高中物理教學(xué)中加速度與力、質(zhì)量關(guān)系實(shí)驗(yàn)為例，探討了HPS教育理念在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用。HPS教育理念強(qiáng)調(diào)歷史、哲學(xué)和社會(huì)學(xué)元素的融入，旨在培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。通過(guò)分析傳統(tǒng)高中物理教學(xué)中存在的問(wèn)題及HPS教育理念在高中物理教學(xué)中的作用，探討了HPS在高中物理教學(xué)的可行性及如何運(yùn)用HPS教育理念進(jìn)行高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)。最后以加速度與力、質(zhì)量關(guān)系實(shí)驗(yàn)為例，對(duì)HPS教育理念在高中物理教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用進(jìn)行探究，為高中物理教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：HPS教育理念；高中物理教學(xué)；加速度；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7""文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

一、概述

教育是國(guó)之大計(jì)、黨之大計(jì)，教育興則國(guó)家興，教育強(qiáng)則國(guó)家強(qiáng)，黨的二十大報(bào)告為高中教育提供了理論支持和思想源泉，學(xué)習(xí)貫徹黨的二十大精神是目前高中教學(xué)工作中的一項(xiàng)重要任務(wù)。《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出高中物理教育要注重培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，標(biāo)志著我國(guó)物理教育將進(jìn)入一個(gè)以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)改革新階段［1］。

物理課程是自然科學(xué)領(lǐng)域中非常重要的基礎(chǔ)課程，傳統(tǒng)高中物理教學(xué)往往由于時(shí)間、器材的限制，過(guò)分強(qiáng)調(diào)應(yīng)試技巧和題海戰(zhàn)術(shù)，學(xué)生們常常被復(fù)雜的公式和定理所包圍，教師們則強(qiáng)調(diào)應(yīng)試技巧，將大量的習(xí)題訓(xùn)練作為教學(xué)的核心，忽視了物理知識(shí)的本質(zhì)和來(lái)源，忽略了物理學(xué)作為一門(mén)探索自然奧秘、理解宇宙規(guī)律的學(xué)科的特性。在這樣的教學(xué)環(huán)境中，學(xué)生往往變成了公式的背誦者，腦子里充滿(mǎn)了答案，卻喪失了提問(wèn)的能力。這樣的教育，就像一堵高墻，將孩子們與真實(shí)世界隔離開(kāi)來(lái)，失去了接觸真實(shí)世界、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和觀察的機(jī)會(huì)，缺乏科學(xué)探究的經(jīng)驗(yàn)，逐步喪失探究的積極性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和探索興趣，嚴(yán)重制約著學(xué)生的科學(xué)探究能力的培養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)的提升。

HPS（History，Philosophy"and"Sociology"of"Science）教育是近年來(lái)西方教育專(zhuān)家倡導(dǎo)的以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)思想的科學(xué)教育理念，是一種旨在將科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)的內(nèi)容融入自然科學(xué)課程中的教育理念，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑［23］。HPS能提升學(xué)生對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、質(zhì)疑能力和創(chuàng)新精神，有助于提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，如何將HPS教育融入課堂教學(xué)已經(jīng)成為人們研究的熱點(diǎn)［45］。在高中物理教學(xué)中引入該理念不僅能增強(qiáng)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣，深化學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，而且對(duì)學(xué)生未來(lái)的學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)，因此，探討在高中物理教學(xué)中融入"HPS教育理念具有重要的意義。

二、HPS教育理念在高中物理教學(xué)中的作用

HPS教育理念在高中物理教學(xué)中的作用，猶如春風(fēng)化雨，潤(rùn)物無(wú)聲，卻深刻地影響著學(xué)生們的心靈和思維，能滿(mǎn)足當(dāng)前所推進(jìn)的素質(zhì)教育要求，其重要性不言而喻。

首先，HPS教育理念強(qiáng)調(diào)歷史的重要性。在高中物理教學(xué)中，引入物理學(xué)史的教學(xué)，使學(xué)生們?cè)谡莆瘴锢碇R(shí)的同時(shí)，也能了解到這些知識(shí)背后的歷史背景和發(fā)展過(guò)程。這樣的教學(xué)方式，不僅豐富了學(xué)生們的知識(shí)體系，而且培養(yǎng)了學(xué)生們的歷史思維，讓他們學(xué)會(huì)從歷史的角度去審視和理解科學(xué)，這是素質(zhì)教育中不可或缺的一環(huán)。

其次，HPS教育理念注重哲學(xué)的融入。在高中物理教學(xué)中引入科學(xué)哲學(xué)的探討，使學(xué)生們不僅知其然，更知其所以然。這種教學(xué)方式，培養(yǎng)了學(xué)生們的批判性思維和科學(xué)探究能力，讓他們學(xué)會(huì)用哲學(xué)的眼光去思考問(wèn)題，這是素質(zhì)教育中極為重要的一環(huán)。

最后，HPS教育理念強(qiáng)調(diào)社會(huì)學(xué)的重要性。在高中物理教學(xué)中，將物理學(xué)知識(shí)與社會(huì)的聯(lián)系展現(xiàn)給學(xué)生，使學(xué)生們能夠深刻理解物理學(xué)在社會(huì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步中的重要作用。這種教學(xué)方式，培養(yǎng)了學(xué)生們的社會(huì)責(zé)任感和使命感，讓他們學(xué)會(huì)用社會(huì)的眼光去看待科學(xué)，這是素質(zhì)教育中不可或缺的一環(huán)。

綜上所述，HPS教育理念在高中物理教學(xué)中的作用，完全滿(mǎn)足于當(dāng)前所推進(jìn)的素質(zhì)教育要求。它不僅是對(duì)傳統(tǒng)教育的一次深刻革新，還是對(duì)新時(shí)代人才培養(yǎng)理念的深刻踐行。通過(guò)融合歷史、哲學(xué)和社會(huì)學(xué)元素，HPS教育理念能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們的科學(xué)思維和探究能力，同時(shí)也讓他們認(rèn)識(shí)到物理學(xué)與社會(huì)發(fā)展的緊密聯(lián)系。在素質(zhì)教育的春風(fēng)吹拂下，HPS教育理念必將在高中物理教學(xué)中綻放出更加絢麗的花朵。

三、如何運(yùn)用HPS教育理念進(jìn)行高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)

課前，進(jìn)行簡(jiǎn)單的檢測(cè)，目的是了解學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備情況，為接下來(lái)的課堂設(shè)計(jì)提供依據(jù)。這種檢測(cè)如同對(duì)學(xué)生知識(shí)庫(kù)進(jìn)行一次快速掃描，幫助教師精準(zhǔn)把握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和理解程度，從而更好地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方法。

課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)奈锢硎非榫?，激發(fā)他們對(duì)物理的好奇心和求知欲。教師引導(dǎo)學(xué)生交流討論，讓他們?cè)谶@些歷史場(chǎng)景中深入思考，對(duì)物理學(xué)家在探索自然界時(shí)所持有的科學(xué)態(tài)度有了初步的了解。這種引導(dǎo)不僅讓學(xué)生接觸到物理知識(shí)，更讓他們感受到科學(xué)探索的精神和態(tài)度。

在教學(xué)過(guò)程中，巧妙設(shè)計(jì)問(wèn)題，通過(guò)提問(wèn)引導(dǎo)學(xué)生表達(dá)自身觀點(diǎn)，讓學(xué)生與歷史人物進(jìn)行跨越時(shí)空的對(duì)話(huà)。這種對(duì)話(huà)充滿(mǎn)了思想的火花，學(xué)生們?cè)谂c歷史人物的交流中，理解了自然現(xiàn)象中蘊(yùn)含的物理原理，感受那些偉大的科學(xué)家是如何在探索中不斷前進(jìn)，如何在思維的碰撞中揭示自然界的奧秘。

評(píng)價(jià)與總結(jié)環(huán)節(jié)，從科學(xué)社會(huì)學(xué)的角度出發(fā)，落實(shí)科學(xué)本質(zhì)觀。教師教導(dǎo)學(xué)生尊重客觀事實(shí)，引導(dǎo)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看到本質(zhì)，幫助學(xué)生建立正確的認(rèn)識(shí)觀。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生們學(xué)會(huì)了如何用科學(xué)的眼光看待世界，如何用科學(xué)的方法探索未知。

四、教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）教材分析

本節(jié)課內(nèi)容選自人教版高中物理第一冊(cè)第四章第二節(jié)中的“實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”［6］，教學(xué)過(guò)程包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的構(gòu)思、物理量的準(zhǔn)確測(cè)量、實(shí)驗(yàn)操作流程以及數(shù)據(jù)解讀與分析，本節(jié)學(xué)習(xí)后引出牛頓第二定律，此安排能加深實(shí)驗(yàn)探究的理解，培養(yǎng)學(xué)生的交流、評(píng)估和反思能力。

（二）學(xué)情分析

掌握運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)的內(nèi)容后，能認(rèn)識(shí)到力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響，但對(duì)于力如何改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的理解不夠深入。本節(jié)課將運(yùn)用HPS教學(xué)模式，深入探究力、質(zhì)量和加速度之間的定量關(guān)系，為牛頓第二定律學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

（三）教學(xué)目標(biāo)

（1）通過(guò)與科學(xué)家的思想對(duì)話(huà)，激發(fā)物理探索的熱情和興趣；

（2）通過(guò)思考和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，親身體驗(yàn)物理知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，深化理解；

（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，掌握加速度與其所受外力和質(zhì)量之間的相互關(guān)系；

（4）通過(guò)總結(jié)和討論，理解自然規(guī)律，培養(yǎng)科學(xué)思維和探究能力。

（四）教學(xué)過(guò)程

1.創(chuàng)設(shè)情境

以伽利略的加速度測(cè)定經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為背景引入主題。

伽利略設(shè)計(jì)了一個(gè)傾斜固定的光滑直木板槽測(cè)定物體的加速度，讓銅球從木槽頂端沿斜面滑下，用水鐘來(lái)測(cè)量銅球每次下滑的時(shí)間，研究路程與時(shí)間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)銅球滾動(dòng)的距離與其時(shí)間的平方成正比即2倍的時(shí)間里，銅球滾動(dòng)的距離是原來(lái)的4倍。該實(shí)驗(yàn)巧妙的設(shè)計(jì)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推演，成功揭示了勻加速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，為牛頓力學(xué)體系的建立奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

教師引入歷史任務(wù)伽利略的測(cè)定加速度，提出圖1彈簧測(cè)力計(jì)拉物體的實(shí)驗(yàn)原理，利用實(shí)驗(yàn)器材按實(shí)驗(yàn)要求做實(shí)驗(yàn)。

師：兩人一組，一人用恒力拉物塊，另一人觀察物塊速度變化。提出用不同的力去拉物體，加速度會(huì)有怎樣的不同？相同的力去拉不同質(zhì)量的物體，加速度又如何變化？

生：當(dāng)物體的質(zhì)量不變時(shí)，加速度隨著作用力的增加而增加；當(dāng)拉力不變時(shí)，質(zhì)量大的物體加速度小。

師：同學(xué)們大膽猜測(cè)加速度與力、質(zhì)量之間存在什么樣的關(guān)系？

生：質(zhì)量相同時(shí)，加速度與力成正比；力相同時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比。

師：牛頓就進(jìn)行過(guò)這樣的猜測(cè)，但當(dāng)時(shí)沒(méi)有具體度量力及質(zhì)量的單位，你們知道他怎么去探索加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系嗎？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)實(shí)驗(yàn)引入物理學(xué)發(fā)展歷程，引導(dǎo)學(xué)生感受偉大科學(xué)家在探索真理過(guò)程中的思考和方法，加深學(xué)生對(duì)物理概念的理解，激發(fā)探索科學(xué)的熱情。

2.思想碰撞

師：在沒(méi)有明確力和質(zhì)量大小時(shí)，如何設(shè)計(jì)探究加速度與力、質(zhì)量之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置，請(qǐng)同學(xué)們閱讀資料，思考下面的問(wèn)題：

利用圖2實(shí)驗(yàn)裝置，在光滑水平面上放一個(gè)底面光滑的重物A0，通過(guò)重物下面的一個(gè)白色小三角確定它的位置。另一個(gè)重物B放置在與水平桌面相接的斜面上，A0與B之間用跨過(guò)滑輪的細(xì)線(xiàn)連接，用B來(lái)牽引A0獲得的加速度，細(xì)線(xiàn)中間接入一個(gè)彈簧，其伸長(zhǎng)量記為Δl。

A0以桌面標(biāo)尺的零點(diǎn)為初始位置開(kāi)始滑動(dòng)，每0.1s用頻閃攝影記錄其位置，算出加速度，同時(shí)查看彈簧伸長(zhǎng)量Δl有無(wú)變化。

問(wèn)題1：在那個(gè)還無(wú)法具體度量力的年代，猜測(cè)該如何描述力的大??？

問(wèn)題2：如何判斷在拉力不變的情況下，重物是否做勻加速運(yùn)動(dòng)？

生1：可以用彈簧伸長(zhǎng)量來(lái)描述牽引力大小，伸長(zhǎng)量不變，意味著牽引力不變。

生2：可由位移x是否與t2成正比來(lái)檢驗(yàn)。

師：同學(xué)們的回答很好?？茖W(xué)家們通過(guò)精確的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和控制變量法，做了大量的實(shí)驗(yàn)，得到了加速度、力和質(zhì)量之間的定量關(guān)系。實(shí)驗(yàn)?zāi)芎芎玫匕l(fā)現(xiàn)物理定律，為物理學(xué)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)與前輩科學(xué)家的思想交流與碰撞，認(rèn)識(shí)到牛頓運(yùn)動(dòng)定律的偉大，激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)探索的熱情，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新

師：如果重新設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，利用現(xiàn)有的資源，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系？小組討論后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

生：選用力傳感器替代彈簧，能精確地讀出繩子對(duì)重物的拉力，在光滑平板間安裝2個(gè)光電門(mén)，測(cè)量出光電門(mén)間距離，記錄遮光條通過(guò)兩光電門(mén)的時(shí)間，計(jì)算加速度；保持重物質(zhì)量不變，改變拉力，找出加速度與力的關(guān)系；最后保持拉力不變，改變重物質(zhì)量，得到加速度與質(zhì)量關(guān)系。

師：回答思路清晰，還有不同的設(shè)計(jì)方案嗎？

生：我們是在重物后面連接一穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，分析紙帶打的點(diǎn)，求出加速度。

師：你們的方法都很好，如果我們不使用力的傳感器和光電門(mén)，該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合教材參考案例1分析討論，解決以下問(wèn)題：

（1）為什么要將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一側(cè)墊高？（2）槽碼和小車(chē)的質(zhì)量有什么具體要求？（3）如何記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)？（4）有幾種辦法分析數(shù)據(jù)？

設(shè)計(jì)意圖：借鑒前輩們的實(shí)驗(yàn)操作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新，激發(fā)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)探索的興趣，小組合作探究的方式培養(yǎng)了學(xué)生的協(xié)作能力，幫助他們認(rèn)識(shí)到自身的不足，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)和提升。

4.總結(jié)與評(píng)價(jià)

師：我們探討了力、質(zhì)量與加速度之間的關(guān)系，同學(xué)們有哪些啟發(fā)呢？

生1：在沒(méi)有現(xiàn)成的力和質(zhì)量單位時(shí)，明白了科學(xué)家的精妙的設(shè)計(jì)，他們是我們學(xué)習(xí)的榜樣。

生2：動(dòng)手操作不僅掌握了知識(shí)，而且激發(fā)了物理實(shí)驗(yàn)的興趣。

師：如果用氣墊導(dǎo)軌來(lái)替代木板實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟有何不同？具有哪些優(yōu)勢(shì)？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)思考題，引導(dǎo)學(xué)生探討氣墊導(dǎo)軌替代木板的可能性，不僅加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容理解，還體會(huì)到現(xiàn)代科技對(duì)物理教學(xué)產(chǎn)生的積極影響。

結(jié)論

本文以“實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”為案例，精心設(shè)計(jì)了教學(xué)方案，HPS教育理念貫穿于教學(xué)過(guò)程中，該教學(xué)模式在關(guān)注課堂知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生從多角度思考物體的本質(zhì)和聯(lián)系，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。以物理學(xué)史為線(xiàn)索，通過(guò)歷史背景、提出問(wèn)題、做出假設(shè)、進(jìn)行科學(xué)探究、推理驗(yàn)證、得出結(jié)論等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生全程參與知識(shí)構(gòu)建，使教學(xué)過(guò)程變得清晰，凸顯了學(xué)生的主體地位。根據(jù)學(xué)情、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實(shí)踐等情況將HPS教學(xué)理念應(yīng)用在高中物理教學(xué)中，不僅能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，而且能使學(xué)生更深入地理解物理學(xué)的社會(huì)價(jià)值，對(duì)提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)具有重要的意義。

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基金項(xiàng)目：臨沂大學(xué)2024年教學(xué)改革項(xiàng)目（編號(hào)：JG2024M21）的支持

*通信作者：高建強(qiáng)（1991—"），男，漢族，山東臨沂人，本科，中學(xué)二級(jí)教師，主要從事中學(xué)物理教學(xué)研究；孫長(zhǎng)平（1978—"），男，漢族，山東臨沂人，博士研究生，副教授，從事凝聚態(tài)物理及物理教法等領(lǐng)域研究。