基于HPS教学模式的教学过程设计.docx

基于HPS教学模式的教学过程设计孙丹凤苏玉成摘要：电子的发现是目前人教版高中物理选修3-5第十八章第一节的内容，主要为电子的发现过程和电子比荷的测定。现以物理学史为情境，参照HPS教学模式，以物理学家关于阴极射线的争论为线索展开，还原当年英国物理学家汤姆孙发现电子的实验及推理过程。通过经历科学家的科学探究过程，认识到科学本质是基于事实证据，掌握科学探究方法，体会科学家的科学态度。力求让学生在物理观念、科学思维、科学探究及科学态度与责任四个维度都获得发展。关键词：HPS教学模式;核心素养;阴极射线;电子;比荷中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1003-6148（2019）11-0028-5为落实立德树人的根本任务，《普通高中物理课程标准》（2017年版）提出：“引导学生经历科学探究过程，体会科学研究方法，养成科学思维习惯，增强创新意识和实践能力，引领学生认识科学的本质及科学·技术·社会·环境的关系，形成科学态度、科学世界观和正确的价值观，为做有社会责任感的公民奠定基础。”[1]在这一要求下，HPS教学模式的优势便得以显现，在物理学史、科学哲学的背景下进行教学，可以在核心素养的多维度下发展学生的科学素养。1理论基础1.1HPS教学模式HPS（HistoryofScienceandPhilosophyofScience）教学模式最早是由英国研究者马腾·孟克（MartenMonk）和乔纳森·奥斯本（JonathanOsborne）提出，主要通过在教学实践中融入科学史和科学哲学，使学生对科学家的探究过程进行简单复演，使“知识线”“思维方法线”“科学情感线”同时展开[2]。HPS以构建主义为理论背景，因为个体从任何情境中学到的东西，不仅取决于个体能从情境中抽象出什么，还取决于情境带来的心理构造。HPS的教学过程主要包括六个环节，流程如图1所示[3]。1.2课标分析《普通高中物理课程标准》（2017年版）将电子的发现内容设置在教材选择性必修三中，并在第3.3.1条目中要求：了解人类探索原子及其结构的历史;在第3.3.5条目中要求：了解人类对物质结构的探索历程。结合本节内容，从核心素养的角度出发，课标要求学生通过本节内容的学习，完善物质观念，可以从物理学视角解释与电子相关的自然现象和解决实际问题;通过汤姆孙发现电子的实验，了解发现电子的探索过程，并从中感悟提出假设、建立模型、实验验证的科学研究方法;要求学生通过相关史实的学习知道所有物理结论都必须接受实践的检验，在学习与研究中做到实事求是，不迷信权威，能与他人合作;知道科学技术对人类社会和生活发展的影响。2基于HPS模式的教学过程设计電子的发现始于科学家们对于阴极射线本质长达40年的探索与争论。因此，将从阴极射线的发现、阴极射线本质的争论、汤姆孙的研究这三大部分并结合HPS教学模式展开设计。2.1展示现象（创设物理情境）引入：气体放电现象（播放一段30s的城市灯光夜景的视频）提问：同学们看到了什么？（学生回答）教师：每当夜幕降临，大街小巷就亮起了各式各样璀璨而绚烂的霓虹灯，使得城市的夜晚美丽而热闹。那同学们是否知道这里发光的其实是霓虹灯中通电的气体？在19世纪，电力工业大发展，电气照明开始应用，促使科学家们竞相研究低压气体放电和真空技术。其中，德国物理学家盖斯勒在1858年发明了气体放电管。同年，另一位德国物理学家普吕克尔（J.Plvcker）利用盖斯勒放电管研究气体放电现象时发现，在放电管正对阴极的管壁上发出绿色荧光。但他当时并没有对这一现象进行解释，直到后来另一位德国物理学家戈德斯坦（EvgenGoldstein）认为，这是由于从阴极发射出了某种射线，并将其命名为阴极射线。【设计意图】根据HPS教学模式的第一阶段，创设情境，激发学生的学习兴趣，为第二阶段关于阴极射线本质的争论做铺垫。渗透科学·技术·社会之间的关系，形成探索自然的内在动力。2.2以争论为线索诱出学生观点（同时陈述历史观点）发现阴极射线的存在后，随之而来的科学问题就是，这种射线的本质到底是什么。当时的科学家分成两派，一派以威廉·克鲁克斯（W.Crookes）为代表的科学家们认为阴极射线是由带电粒子组成的，另一派以赫兹为代表的科学家们认为阴极射线的本质其实是一种电磁波。双方为了证实自己的观点都作了大量的研究。例如，在1871年瓦尔利（C.F.Varley）发现阴极射线在磁场中会发生偏转，威廉·克鲁克斯通过实验证实了阴极射线在磁场中会发生偏转，能按直线前进，能聚焦，可以传递能量和动量。（可以根据时间借助多媒体手段适当展开）另一派的德国物理学家为了驳倒粒子说也做了大量的实验。例如，戈德斯坦为了说明阴极射线不是粒子流，特意做了一组光谱实验。赫兹也设计了许多实验，通过实验发现阴极射线可以穿过金属板，仍旧在玻璃壁上留下荧光。