以科学史为情境的科学复习教学
“HPS教育模式”正受到科学教师的重视.所谓“HPS教育模式”,就是以“科学史、科学哲学与科学社会学”(History Philosophy Sociology of Science)的共存体为载体来执行科学本质教育的一种方式.对科学本质的教学,有明示教学法和暗示教学法.暗示教学法是通过科学探究活动、科学过程技能、做科学等方式,将科学本质观念嵌入在教学中,通过活动,以间接的方式让学习者体会科学.而明示教学法就是从科学史、科学哲学等多角度去诠释科学本质,并通过课堂讨论、阅读相关资料等方式直接传达科学本质,以达到科学本质教学目标.在“HPS教育模式”实践研究方面,英国伦敦大学国王学院的科学教育学者孟克和奥斯本做了有益的探索,他们在历史经验与教训的基础上,结合科学课程体现科学核心素养,体现科学本质,体现综合整合课程的特点,以生为本等课程观,将HPS教育融入科学课程与教学中.这种模式的教学程序大致包括:演示实验、引出观念、学习历史、设计实验、呈现科学概观、总结与评价.澳大利亚新南威尔士大学教育学院的科学哲学教授迈克尔·马修斯也提出了关于HPS教育的适度模式.不管是孟克和奥斯本的“历史—探究”模式,还是马修斯的“适度模式”,他们的HPS教育模式对初中物理复习课有指导意义. 一、HPS教育复习课教学模式中的史料选择 (一)复习目标基于科学核心素养
以苏教版《物理》八年级上册第5章《物体的运动》复习课为例.此章由4小节组成,分别是长度和时间的测量、速度、直线运动、世界是运动的.科学概念有长度、时间、速度、参照物等.复习课能起到“织线成网”“查漏补缺”“学以致用”和“温故而知新”等作用,但这些功能只停留在知识层面上.从物理学科核心素养的角度来看,从物理观念、物理思维、科学探究和科学责任四个维度去看复习课的功能,才是适切的.而能承载通过复习课提高学生物理核心素养的科学史料非常多,
利用科学史上测量光速实验,不但能复习《物体的运动》这章的物理概念,还能提高学生的核心素养,更能以明示的方式进行科学本质的教学.此外,苏教版《物理》八年级上册的第3章和第4章都是几何光学的内容,这为复习第5章作知识储备. (二)史料与复习内容高度匹配
科学史上测光速的实验原理不尽相同,课堂选择的是利用速度公式v=s/t为原理的实验,这些实验包括伽利略实验、罗默实验、布拉德雷实验、斐索实验、傅科实验和迈克尔逊实验.除了伽利略做了失败的实验外,其他人的实验都是成功的.但由于技术手段等限制,他们测量的光速值并不精确.除布拉德雷利用光行差原理(本质上还是运动的合成)之外,其他人的实验原理都是先测出“光通过的距离”,再测出“通过这段距离所需要的时间”,利用v=s/t计算出光速.且后人在前人的基础上,力求减小误差而不断改进实验.当然,自斐索实验开始人类把测光速从“天上”拉回到“地上”,这是伟大的创举. (三)史料高度体现科学本质
根据刘健智的综合研究成果,确定中学生理解的科学本质包括“科学知识的本质”“科学探索的本质”和“科学事业的本质”三个维度,每个维度下又有若干个因素.科学史上测光速的6个实验作为情境的复习课,通过科学研究可以解释光速,体现客观世界的认识性;对光速测量实验的不断改进与完善说明,科学知识不是绝对真理,是暂时性与持久性的统一;科学家做测量光速实验不是短暂的研究成果,而是长期积累而成;那些在科学史上出现过的测光速实验,之所以能被人们反复提及,是因为实验具有可重复性;这些测量光速的实验因为公开了实验成果,获得别人的评判和学习,从而也促使后继者不断去完善与修正,使光速测量结果越来越趋向真实值;当然,这些测量光速的实验并不是非常完美的测量光速的最后实验;通过观察和实验获得检验,体现了实证性;6个实验方案都是科学家利用推理、想象和创造力的产物;测光速实验隐约呈现出光的粒子性,这是测光速实验对科学预见功能的体现;实验不断被修正与完善,这说明所有的科学研究都体现
出非权威性,也是非绝对客观的.此外,从6个实验看出科学与技术是有區别的,但科学的发展离不开技术,技术的进步也有赖于科学的发展,特别是光速测量值越来越精确,有赖于技术的进步. (四)史实选择的依据要适切学情
在一节复习课上,没有必要把科学史上测光速的6个实验都作为教学内容.除了6个实验按照时间轴发展,体现科学史上测光速发展的统一性和循序渐进,从而体现科学发展过程不断完善、不断修正之外,在科学史上测光速的6个实验中选择几个突出“速度”和“参照物”这两个概念的实验,同时又能体现科学本质,这是课堂教学对繁杂的科学史教材有效的梳理与选择的结果.
为此,遵循从易到难、从缺损到完善的原则,本课选择了伽利略实验、罗默实验和布拉德雷实验.伽利略实验虽然是失败的,但他的想法与学生的“前概念”高度吻合,正可以由此引入,分析失败原因,从而为罗默实验的科学测量找到依据;而斐索、傅科和迈克尔逊实验在于技术进步和方法的改进,从而使测量水平大大提高,这种技术改进与完善,对八年级学生来说,可作为课堂学习的补充.布拉德雷的光行差远远超出八年级学生的理解水平,但它是相对运动的典范,可通过类比的方式转化为学生熟悉的运动合成,从而引入参照物,体现“选择不同参照物对解决物体运动问题是非常重要的”思想. 二、HPS教育复习课教学模式中的教学设计
HPS教育模式最核心的思想,还是基于学生的学习,基于知识的建构,从学生实际出发,从学生最有体验的生活出发,沿着科学发展史的思维路线进行知识梳理,从而培养学生的必备品格和关键能力. (一)创设情境,联系科学史实内容
从学生生活经验中提取的问题,往往更能引起共鸣.所以,课堂从学生已有的知识和生活经验出发,让学生讨论“如何测量光速”. 从课堂反馈情况来看,形成方案的小组,方案内容与伽利略实验相似.如“我们想让两个人面对面,每人各拿一个手电筒,一人照另一人,另一人一看到光就打开手电筒反照射,这样第一人测出时间间隔,