基于HPS教育的新人教版和新粤教版高中物理教材对比研究
黄晓娜 吴先球
摘 ? 要：HPS教育以提高学生的科学素养为目标，与《普通高中物理课程标准（2017年版）》的要求高度契合。人类对行星运动规律的探索蕴含了丰富的科学史、科学哲学、科学社会学的相关内容，文章以“行星的运动”内容为例，对新人教版和新粤教版教材HPS的呈现方式与内容进行对比研究，并提出相应的备课建议，给教师教学提供参考。
关键词：HPS;新人教版教材;新粤教版教材;行星的运动;教材对比
中图分类号：G633.7 文献标识码：A ? ?文章编号：1003-6148（2020）6-0023-5
1 ? ?引 ?言
HPS是科学史（History）、科学哲学（Philosophy）、科学社会学（Sociology of Science）的简称，这一教育理念是于1980年提出的，目的是通过将科学史、科学哲学、科学社会学融入科学教育从而帮助学生理解科学本质，提高科学素养[1]，是国际日益关注的一种教育理念。《普通高中物理课程标准（2017年版）》提出了物理学科核心素养，在其课程目标中明确提出了学生要具有批判性思维的意识，能正确认识科学本质，了解科学与社会等的关系[2]。HPS教育与我国新课程标准的要求高度契合。将HPS教育融入物理教学，以培养学生的核心素养为目标，通过科学史的渗透，帮助学生了解科学知识的基本发展历程;通过科学哲学的渗透，提高学生的思辨能力，培养科学思维，增强学生的批判精神和怀疑精神;通过科学社会学的渗透，帮助学生正确评判科学的社会价值，意识到科学理论的发展受特定社会因素的影响。
教材是课标要求的具体体现，是教师教学的基本依据，是学生学习物理的主要资源[3]。2018年新高中物理课程标准颁布后，各个版本的教材也进行了相应的革新。本文以必修二《万有引力定律》章节中的第一节为例，即新人教版教材的《行星的运动》与新粤教版教材的《认识天体运动》（以下简称新人教版、新粤教版），基于HPS教育对其进行对比分析，并提出相应的备课建议，为教师在教学中融入HPS教育，提高学生核心素养提供参考。
2 ? ?两版教材HPS呈现方式的比较研究
2.1 ? ?正文主体
新人教版《行星的运动》这一节在正文部分首先简单地提出了古代存在“地心说”和“日心说”两种对立的看法，并且直接得出经过长期斗争“日心说”战胜了“地心说”，紧接着对天体是否做完美的匀速圆周运动提出质疑，进而引出了开普勒的研究，对开普勒三大定律进行了详细的知识讲解。关于人类对行星运动规律的认识的科学史，新人教版教材在正文部分并没有提及，而是在正文结尾的“科学漫步”栏目进行了详细介绍。
新粤教版《认识天体运动》的正文部分则是按照科学史的逻辑线索，先详细介绍了“地心说”到“日心说”的演变过程，再对开普勒定律进行详细介绍。
从两版教材该节的正文主体内容的对比可以发现，新人教版的正文主体中HPS的相关内容呈现较少，而是侧重于开普勒定律的知识讲解。新粤教版则是在正文主体部分贯穿了HPS的相关内容。
2.2 ? ?特色欄目
新人教版在“科学漫步”栏目中详细介绍了人类对行星运动的认识，从托勒密的地心宇宙，到哥白尼拦住了太阳，推动了地球，再介绍天才观测家第谷，最后是开普勒发现的行星运动定律，渗透了HPS教育。
新粤教版则是在“实践与拓展”栏目提出通过查阅相关资料，了解哥白尼、第谷、开普勒等科学家的研究过程和研究成果，思考他们的成就对天文学和社会发展产生了怎样的影响。通过让学生自主课后查阅资料，渗透科学史和科学社会学的教育。新粤教版还在正文最后的“资料活页”栏目介绍了中国古代天文学在天象观测、仪器创制和立法编订三个方面的成就，启发学生继承我国古代天文学家的科学精神。
综上所述可以发现，新人教版《行星的运动》这一节HPS相关内容绝大部分呈现在“科学漫步”的特色栏目中，正文的渗透较少;而新粤教版《认识天体运动》则是在正文主体部分和特色栏目均呈现了HPS的内容，分布较均衡。虽然两版教材在HPS内容的呈现方式上有所不同，但都体现了科学史、科学哲学和科学社会学的相关内容，展现科学发展的曲折性与革命性，认识到科学理论的建立是在反常危机中不断重构，了解科学理论建立的社会背景，从而引导学生深入理解科学本质，学习科学家的科学方法与科学精神。
3 ? ?两版教材HPS内容的比较研究
为了分析两版教材中HPS内容的具体呈现情况，在查阅大量文献和基于课程标准要求的基础上，确定如表1所示的教材分析类目表[4-5]。基于HPS的子类目及教材的操作性定义，对《行星的运动》与《认识天体运动》两节进行细致的对比与分析。
3.1 ? ?科学史内容的比较分析
科学史是科学产生、形成、发展及其演变的反映[6]。两版教材中科学史的呈现方式虽然有所差别，但科学史内容均比较完整。关于人类对天体运动认识的科学史，其中主要科学家托勒密、哥白尼、第谷、开普勒的相关贡献，新人教版和新粤教版均有提及;宇宙观理论的发展，即从“地心说”到“日心说”再到开普勒定律的发现，两版教材也均进行了详细介绍。但是，在主要科学家介绍和相关理论的内容分布上有详略差异，总结如表2所示。
由表2可以看出：
（1）在科学家的生平事迹方面，新人教版提及了哥白尼的重要著作《天体运行论》，对第谷的贡献介绍更为详细，对开普勒的介绍中通过具体的数据，体现了开普勒研究过程中的曲折性与开普勒不屈不挠的科学精神和细致严谨的科学态度。新粤教版则凸显了开普勒使用数学公式表达物理规律对物理学发展起到的推动作用。
（2）在重要理论的发现及其演变过程方面，新人教版对人类认识行星运动规律的科学史的叙述更加完整，引导性更强。新粤教版在行星运动认识的科学史介绍相较新人教版不够全面，但是在“实践与拓展”栏目提出让学生自行查阅相关的科学史。
3.2 ? ?科学哲学内容的比较分析
科学哲学强调对科学本性的理性分析或是对科学概念、规律的哲学思辨，将科学哲学融入物理教学，增强学生思考问题时的多元性或批判性分析，从而培养学生批判和怀疑的精神[1]。新人教版在叙述完“地心说”与“日心说”后提出问题：无论“地心说”还是“日心说”，古人都认为天体是做完美的匀速圆周运动，行星的运动真的是这样吗？新粤教版则是更进一步，在介绍了开普勒发现利用圆周运动模型描述火星运动时与第谷实际观测结果不符从而提出问题：是第谷观测存在误差，还是火星根本不绕圆形轨道运动？无论是直接提出问题，还是基于一定的证据再提出思考问题，都体现了通过问题唤起学生对行星做圆周运动观点的思考，富有趣味性和引导性。两版教材都通过科学史的介绍传递了科学本质观，科学知识不是一成不变的，需要长期的经验积累，在积累的基础上探索、发现新规律，启发学生认识到科学理论是不断变化发展的，现在公认的真理在未来也极有可能被新的理论所代替。
3.3 ? ?科学社会学内容的比较分析
科学、技术与社会的关系越来越密切，科学社会学认为科学知识的产生与发展是依赖于一定的社会情境的，并不是纯粹、客观的。科学社会学的渗透，可以帮助学生正确评判科学理论的社会价值，意识到科学理论在某一时代的发展程度反映那个阶段的社会生产力，受到特定社会因素的影响[4]。两版教材中科学社会学内容的比较分析如表3所示。
从表3可以发现：
（1）两版教材均提及了人类探索行星运动规律过程中科学社会学的相关内容，新粤教版《认识天体运动》详细介绍了“地心说”“日心说”的提出对当时社会产生的影响，新人教版《行星的运动》则是对“日心说”产生的社会背景进行了详细介绍。
（2）由于教材篇幅的限制，两版教材关于“地心说”科学社会学的内容叙述虽有提及，但内容不够全面。两版教材都没有对“地心说”提出的社会背景进行介绍，即“地心说”的提出实际上是受到当时社会、科学发展水平及宗教观念的影响。托勒密根据当时人们普遍接受的运动与力的关系提出论证，如果地球自身在转动，那么空中的云朵及飞鸟必将相对地球往后运动，实际上并没有发生这种现象，因此他认为地球必然是静止不动的。又由于当时缺乏足够的宇宙观测数据以及人所处的星球应该位于宇宙中心这种朴素的以人为本的观念，提出地球处于宇宙中心的观点。两版教材对“地心说”在当时社会背景下的历史意义也没有提及，学生容易产生“地心说”观点禁锢人们思想、阻止人们正确认识宇宙的错误观念，无法正确认识“地心说”在当时的社会价值，即“地心说”是世界上第一个行星体系模型，致力于揭示行星运动规律，体现了古代人们对宇宙的探索。
4 ? ?备课建议
4.1 ? ?整合教材资源，重视特色栏目，结合不同版本物理教材进行教学设计
教材是教师备课的重要资源，不同版本的教材在教学内容的编排上有所不同。例如，在《行星的运动》这一节，新人教版在正文部分并没有提及科学史的相关内容，教师在备课过程中如果没有关注“科学漫步”的相关内容，而是只侧重开普勒定律的学习，不仅会使得课堂单调乏味，还会使学生对其科学本质无法正确理解。教师备课过程可结合新粤教版《认识天体运动》的教学逻辑结构，在课堂中以科学史为线索进行教学，渗透HPS教育。同样，如果教师只参考新粤教版的《认识天体运动》一节，在教学中相关科学史的叙述容易有所缺失，结合新人教版教材进行备课可相互补充。可见，教师应该注意结合不同版本的教材进行备课，根据课程标准以及学生情况对教材进行整合分析，吸取不同版本教材的优势。关注教材中特色栏目的内容，而不是将其简单地作为科普知识留给学生课后自己学习。
4.2 ? ?关注教材中的HPS内容，促进HPS教育理念融入物理教学
HPS教育既能帮助学生学习科学概念和规律，又通过再现科学知识的形成过程，引导学生学习科学家的思维方式及科学研究方法，渗透科学态度与责任[7]。教师在备课过程中，如果只侧重“日心说”和开普勒定律的知识讲解，而忽视对其形成的过程、曲折的演变过程等的介绍，容易使得学生对人类对天体运动的认识过程一知半解，误以为开普勒定律的建立是一蹴而就的，只有开普勒这样的天才才能发现规律，忽视了其他科学家的贡献。并且教材中关于科学哲学的表述比较隐晦，需要教师在备课过程中能敏锐地提取教材中所蕴含的科学哲学思想，并通过科学史的介绍，引导学生从哲学层面思考科学的发展过程。
4.3 ? ?合理安排教学内容，适当扩展HPS相关内容，培养学生的核心素养
两版教材都体现了HPS教育理念，但是由于教材篇幅的限制，HPS内容的呈现难以完整。例如，本文分析的“行星的运动”这一内容，两版教材关于科学社会学的内容不够全面，教师在备课过程中可适当查阅相关资料，结合教学时间，合理扩充HPS的内容，使得教学内容更加丰富，促进学生理解科学本质，提升学科核心素养。
5 ? ?结 ? 语
通过对比研究新人教版《行星的运动》和新粤教版《认识天体运动》中HPS教育的渗透情况，发现两版教材均呈现了HPS的相关内容，但是在呈现方式和具体内容方面有所区别。在HPS的呈现方式方面，新人教版将HPS的相关内容集中在“科学漫步”的特色栏目中，而新粤教版在正文和特色栏目中均有呈现，分布均衡。在科学史的渗透方面，新人教版的叙述更加完整，内容更加丰富;在科学哲学方面，两版教材均引导学生对现有理论进行思辨;在科学社会学方面，两版教材均有提及，但由于篇幅限制，关于“地心说”理论的科学社会学内容不够全面。最后，根据对比分析的结论提出相应的备课建议，供教师参考。
参考文献：
[1]张晶.HPS教育的五个主要特征及其对我国科学教育改革的启示[J].科学技术哲学研究，2010，27（1）：92-96.
[2]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.
[3]李新乡，张军朋.物理教学论[M].北京：科学出版社，2009：254-277.
[4]戴敏.中美初中物理教科书中HPS内容比较研究[D].武汉：华中师范大学硕士学位论文，2017.
[5]趙思莹.基于HPS教育理念的高中物理教材研究[D].济南：山东师范大学硕士学位论文，2018.
[6]陶文娟. HPS教学模式在中学物理教学中运用的初步研究[D].长春：东北师范大学硕士学位论文，2013.
[7]Ricardo Lopes Coelho. Could HPS Improve Problem-Solving[J]. Science & Education，2013，22（5）：1043-1068.
（栏目编辑 ? ?刘 ? 荣）
