HPS教育模式中的“电磁感应现象”教学案例设计

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  【摘 要】本文简单介绍了有关科学教育的HPS教育理论及由英国学者孟克与奥斯本为落实科学教育中科学本质的教学提出的融合模式,并根据此模式设计了有关“电磁感应现象”的课堂教学设计。
  【关键词】HPS教育 电磁感应现象 教学模式
  【中图分类号】G632【文献标识码】A【文章编号】1006-9682(2009)03-0128-02
  
  一、HPS教育的概念
  
  多年来,教育界学者就倡导在科学教育中进行科学史、科学本质和科学方法的教学。目前,这个问题受到国际科学教育界的高度重视,并以HPS教育的形式进入科学课程中。所谓的HPS,是融科学史、科学哲学和科学社会学为一体的科学教育的新型教学模式。我国新一轮基础教育课程改革目标不仅注重知识与技能这个维度,而且注重从过程与方法及情感态度与价值观这两个维度对学生进行培养。[1]通过教学使学生理解科学的本质,从而使学生不但学到科学的知识和技能,而且具有科学精神和创新能力,这是此次课程改革的重要目标之一,HPS教育正是达到这个目的的一个重要途径。
  
  二、HPS教学模式
  
  不少专家针对落实科学教育中科学本质的教学提出许多不同的模式,本文主要介绍孟克与奥斯本的融合模式。这一模式由英国学者孟克与奥斯本提出,其理论基础注重学生的已有知识、
  经验和如何认知的认识论问题,便于促进学生对科学概念的理解及教师对课堂的管理。
  1.HPS教学模式的基本程序
  这一模式的教学程序包括以下6个环节:[2]
  


  这一模式有以下几个显著特点:①将物理学史、科学哲学的学习与当前的科学概念和理论的学习有机地融合在一起;②整个教学过程是一个问题解决的探究过程,因而有利于培养学生的解决问题能力和创新能力;③充分发挥了学生的主体性,促使他们主动学习和建构知识;④使学生认识到科学家和常人一样也会犯错误;⑤通过探究活动实现观念转变学习,形成正确的科学观念。
  2.HPS教学模式的操作结构
  


  以上就是HPS理论的一些主要观点,[3]接下来,本文将用HPS理论的融合模式来设计高中物理“电磁感应现象”一节的课堂教学,通过课堂教学设计来具体展现HPS理论在实际教学中的应用,以期能起到抛砖引玉的作用。
  
  三、教学案例
  
  电磁感应现象
  〖教学目标〗
  知识与技能方面:知道电磁感应现象;理解感应电流产生的条件;训练实验技能。
  过程与方法方面:体会科学探索的过程特征;领悟科学思维方法和科学实验方法。
  情感、态度和价值观方面:感受法拉第的科学探索精神;感悟科学与技术、社会的关系,树立人文精神。
  〖教学设计〗
  1.提出问题
  师:丹麦物理学家奥斯特1820年发现电流的磁效应后,在当时的科学界引起了很大的反响。许多科学家以无私的科学献身精神投入了大量精力,对电磁感应现象进行了研究,其中热情最高、最执着的就是英国物理学家法拉第。他对电流的磁效应作了一系列的研究之后,在日记中写下了“电能生磁,磁也能生电”这一光辉思想。之后,法拉第经过十年的探索及无数次的失败才证明了这一观点,现在我们一起来探索这一问题。
  师问:怎样设计实验验证“磁也能生电”的观点?
  2.猜想讨论
  学生讨论:如何利用磁场才能得到电流?
  3.研究历史
  结合多媒体从历史和现实两个角度对要研究的问题展开探讨,介绍历史上的失败实验和习惯思维,展现历史上探索“磁生电”的艰辛历程。
  针对历史,师生讨论焦点:
  (1)电流周围存在磁场,磁场周围是否存在电场?
  (2)是否磁场不够强,产生的电流太弱?
  (3)既然有磁化现象,电流能“电化”吗?
  (4)电产生磁,静止电荷能否产生磁?须电荷运动才会产生,那么同样磁场是否也要运动?
  4.设计实验
  学生甲:将一带有灵敏电流表的闭合回路放在一磁铁旁边,观察指针是否偏转?
  学生乙:先将一线圈与电池相连,产生电流的磁场,然后,将这一线圈放入带有一灵敏电流表的闭合线圈中,观察指针是否偏转。
  教师按照学生的设计做演示实验。(在实验操作的过程中,教师先将电流表的表盘背向学生,待磁场稳定后再将其表盘面向学生。)
  师问:观察到电流了吗?
  生答:没有。
  师问:可能的原因有哪些?怎样改进实验?
  (学生讨论)
  生答:可能是磁场太弱了,或电流表的灵敏度不高,可把磁铁的磁场增强,或将线圈制成螺线管,并且插入铁芯。
  教师按学生的要求增强磁场,但仍将电流表的表盘先背向学生,待磁场稳定后,再将表盘面向学生。
  师问:观察到电流了吗?
  生答:没有。
  师问:未观察到电流的原因还有哪些?怎样改进实验?
  生答:在实验操作过程中,没有同时看电流表。
  这时教师把表盘面向学生,重复上述实验,让学生全面、仔细观察。
  师问:观察到电流了吗?
  生答:观察到了。
  师问:在什么情况下才有“电流”?什么情况下又没有电流呢?
  生答:磁铁插入或抽出时有电流,放在线圈里不动时无电流:开关合上或断开时有电流,开关合上后无电流;滑动变阻器的滑动片滑动时有电流,不动时无电流。
  教师进一步引导学生分析并总结归纳出产生感应电流的几种情形:①运动的磁铁;②运动的稳恒电流;③变化着的磁;④变化着的电流;⑤在磁场中运动的导线。
  5、历史回顾
  结合物理学史实,通过科学归纳与概括、思考与讨论:①前四种情况磁场强弱都在变化,产生感应电流可能需要变化的磁场;②第五种情形还与回路面积变化有关;③这五种情形都必须有闭合的导体回路。④上面克拉顿的实验为何不能得到感应电流?引入磁通量的概念,概括出产生感应电流的条件。
  6、科学观点
  向学生介绍教科书中的观点:磁通量概念、电磁感应现象、产生感应电流的条件。
  7.总结评价
  电磁感应现象发现的历史意义(对科技进步和社会变革的推动作用)让学生认识到科学与技术、社会的关系,以及给上述步骤一个评价性思考。
  
  四、自我反思
  
  这样的教学,课堂中教师的作用主要是点拨、诱导、促进学生的学习。也就是说,教师要了解学生的需要,帮助学生理清思路,诱导学生思维,协助学生归纳零散的知识,对学生的质疑进行筛选、处理,开展讨论活动。教师的指导要及时、适时,让学生在教师的点拨、启发与诱导下,感受获得成功的喜悦。科学家们的每一个科学发现的过程就是一个创造过程。如果我们能在教学中创设环境,让学生再创造一次,即利用“再现法”,既能使学生深入理解物理规律,又能有效地培养学生的创造性思维能力。以科学史组织一个课程,不仅不会扭曲科学的历史发展,还可以提供各种不同的看法、解题标准,使学生对科学的本质有更深切的认识。
  目前科学史教育基本处于目标或理念的层次上。从这个意义来讲,上述的教学模式为使科学史教育理念变为现实迈出了可贵的一步,具有重要的实践意义。该模式的突出特点是充分考虑理科教学的实际情况,密切联系教师关心的学科内容,为具体落实科学史教育提供了保证。当然,这个模式还是一个理论框架,具体实施起来还有很多问题。作者也结合实际情况进行了进一步的探索。笔者认为,我们若能在研究借鉴该模式的基础上结合我国理科教材进行教学实验,将会有益于理科课程的教学乃至科学素质教育的探索。
  
  参考文献
  1 序伯琴等.普通高中物理课程标准(实脸).人民教育出版社,2003.4
  2 丁邦平.國际科学教育导论.山西教育出版社,2002:330、348~354
  3 侯新杰.科学教学的建构主义方法.全球教育展望,2001
  4 刘德华.“点击”学校课程(走在十字路的科学教育).福建教育出版社,2001
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