HPS教学模式是一种融合科学史、科学哲学与科学社会学的现代教学方式，通过再现科学家的探究历程，引导学生在重演科学知识形成的过程中实现对物理知识的深层理解，而非仅停留于结论的直接学习。该模式有助于学生理解科学与社会之间的互动关系，使其在把握概念与原理形成脉络的基础上，逐步形成对科学本质的认识
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“电磁感应”的HPS教学遵循如下流程：首先，借助奥斯特“电流的磁效应”实验引导学生建构电生磁的物理观念；其次，通过回顾法拉第等科学家曲折探索的实验历程，培养学生的科学思维，进而启发学生自主设计实验，检验“磁能否生电”，帮助他们认识到，电磁感应的本质在于磁通量的变化；随后，结合物理学史资料，系统介绍法拉第发现电磁感应的历史背景与研究历程，引导学生对科学发现进行反思与评价，树立尊重证据、勇于探索的科学态度与责任；最后，通过联系生产生活实际，实现从物理知识到社会应用的迁移。笔者以人教版高中物理选择性必修二“电磁感应”为例，具体阐述核心素养导向下HPS教学模式在课堂教学中的实践应用与思考。
1 设计HPS教学所需的相关史料
1.1 法拉第为什么研究电磁感应定律
1820年，奥斯特发现电流的磁效应，随之引发欧洲科学界对“磁能否产生电流”的广泛探索。英国《哲学杂志》委托法拉第翻译并评述这些最新的研究成果。在对大量实验现象与理论分析进行系统梳理的过程中，法拉第逐渐形成了“磁也可以生电”的科学猜想。基于这一思路，他设计并完成了一系列精巧实验，最终揭示了电磁感应的本质规律，为电磁学理论的发展奠定了重要基础。
1.2 法拉第怎样研究电磁感应定律
法拉第对电磁感应定律的研究，始于实验探索，并逐步上升到理论概括。在实验层面，法拉第通过著名的“软铁环实验”首次观察到了电磁感应现象。在理论归纳层面，法拉第将上述实验中产生感应电流的条件，如变化的电流、运动的磁铁等，统一归结为“磁力的线（磁感线）被切割”或“穿过回路的磁通量发生变化”。他首次提出了“电磁感应”这一命名，并深刻认识到感应电流的产生源于一种“感应电动势”。法拉第由此奠定了电磁感应的定性基础，即变化的磁场产生电场。后来，英国科学家麦克斯韦将这一思想数学化，最终确立了精确的法拉第电磁感应定律公式，为电磁学大厦奠定了基石。
2 设计HPS教学，培养学生物理学科核心素养
物理学史是物理课程体系中不可或缺的重要内容。人教版普通高中教科书物理选择性必修第二册中编入了大量经典案例，如伽利略对落体运动的研究、牛顿与开普勒对天体运动的探索、卢瑟福的原子结构模型等。将物理学史融入教学，不仅有助于学生掌握科学探究方法、洞悉科学发现的内在逻辑，更能使其感悟科学家的科学精神与人格魅力，从而有效提升物理学科核心素养。
作为物理学史上的里程碑，电磁感应的发现不仅奠定了现代电磁学的基石，更引发了深刻的技术革命与思维变革。在“电磁感应”的HPS教学中，通过重构法拉第的探究历程，引导学生在理解其研究动机、关键灵感与社会影响的过程中，深化对科学本质的认识。借鉴美国学者孟克和英国科学教育家奥斯本提出的HPS教学模型，并结合该节课的具体内容，笔者设计如下教学环节。
2.1 实验引入，再现探究历程
1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，这一发现引发了欧洲科学界对电磁现象的广泛探索。在教学中，教师可借此创设历史情境，引导学生思考：若身处当时的研究前沿，面对“电能生磁”的实验事实，我们会提出哪些有价值的研究问题？学生很自然地会联想到对称性的思考，进而提出“磁能否生电”的科学猜想，既然电流能够引起磁针偏转，那么磁铁是否也能激发出电流呢？
【设计意图】通过创设指向科学本质的问题情境，引导学生置身于19世纪初的科学探索氛围中。此举旨在培养学生基于已有知识质疑并进行科学猜想的能力
［2］。
教师可组织学生以4人为一组，通过模拟实验或案例分析的方式，重现法拉第等科学家在“磁生电”探索初期遭遇的几个代表性挫折
［3］。
【实验1】如
图1所示，两根长的直导线平行放置，其中一根与电源相连，另一根接入一只灵敏电流计。实验者（学生）在开关闭合或断开的瞬间，观察灵敏电流计的指针是否发生偏转，以判断变化的电流是否能在邻近导线中产生感应电流。
【实验2】如
图2所示，将一个螺线管与电源相连，另一个金属线圈与灵敏电流计相连。将金属线圈插入螺线管内部并保持相对静止，通电后，学生观察电流计指针是否发生偏转。结果显示，在稳态条件下指针无明显偏转，引导学生进一步思考：产生感应电流的关键条件是什么？
【实验3】如
图3所示，将金属线圈与电源相连，螺线管与灵敏电流计相连。在通电或断电的瞬间，观察灵敏电流计指针是否发生偏转。实验发现，只有在电流变化的瞬间，电流计指针才会发生短暂偏转，这表明变化的电流能够产生感应电流。
【实验4】如
图4所示，将一根条形磁铁平行于通电直导线放置，导线两端连接灵敏电流计。通电后，观察电流计指针是否发生偏转。结果显示，指针并无明显偏转，这表明静止的磁场不能在静止的导体中产生感应电流。
学生完成实验后，教师提出问题，引导学生思考。
【问题1】在上述实验中，哪些情况下灵敏电流计的指针发生了偏转？偏转是持续的还是瞬时的？请结合实验条件说明原因。
【问题2】对比这4个实验，“磁生电”的关键条件是什么？为什么仅存在磁场或电流并不足以产生感应电流？
【设计意图】教师通过重现法拉第探索电磁感应中的典型“失败”案例，让学生亲身体验科学发现的曲折性。引导学生认识到：科学成果并非一蹴而就，而是在对“反常现象”的持续追问与反思中逐步形成的，从而培养其锲而不舍的科学探究精神与理性批判意识。
2.2 回顾物理学史，激发探究热情
即便是安培、法拉第这样的巨匠，在探究“磁生电”的道路上也经历了漫长的失败。现藏于英国皇家学会的法拉第实验笔记证实，他在长达数年的时间里进行了大量探索，却屡遭挫折。课堂上，学生在前述实验中遭遇的“无电流现象”，恰与法拉第当年的困境遥相呼应。教师应借此契机，引导学生深入探讨法拉第是如何反思这些失败的：他为何没有止步于“稳态条件下无法生电”的表象，而是转而思考“变化”的可能性？在此基础上，为了帮助学生深刻理解电磁感应定律的本质是“动态效应”而非“稳态效应”，教学设计不应直接告知定律内容，而应安排学生通过新的探究实验，亲自验证“变化”的关键作用。
【设计意图】摒弃直接灌输结论的传统教学模式，转而在物理学史的脉络中引导学生“重演”科学发现的过程。通过还原法拉第面对“失败”时的思维转折，启发学生像科学家一样思考与设计实验，从而在探究实践中深化对电磁感应本质的理解，有效提升科学思维能力。
2.3 自主设计实验，进行科学探究
在体验了法拉第当年的“失败”实验后，学生对稳态条件下难以产生感应电流的现象有了深刻体会。紧接着，教师顺势追问：“究竟如何才能产生感应电流？”为了突破这一认知难点，培养学生科学探究能力，教师可引导学生借鉴法拉第关于“动态效应”的思考，以4人小组为单位，利用桌面上备好的器材（螺线管、条形磁铁、灵敏电流计等），自主设计并实施实验方案。学生通过操作与观察，将实验现象及数据系统地记录在“探究电磁感应的典型案例记录表”（
表1、
表2）中，从而为后续的规律总结提供实证支撑。
学生通过自主设计实验方案，并运用文字、图表、公式等多种方式对实验结果进行表达与交流。在此过程中，各小组分别聚焦“磁场变化”与“导体运动”等不同条件下的电磁感应现象，通过对比分析彼此的数据，实现了探究资源的共享与互补。这不仅加深了学生对电磁感应条件的理解，更使其在协作中体会到科学共同体交流、论证与合作的必要性。
【设计意图】引导学生运用文字、图表、公式等多种方式表征实验结果，提升其科学表达能力；引导学生通过分工协作与数据共享，深刻体会团队合作在科学探究中的重要性。在经历完整的“假设—设计—操作—论证”过程中，帮助学生掌握严谨的、基于证据的科学探究方法。
2.4 再次回顾物理学史，总结与评价
在实验结束后，向学生介绍法拉第电磁感应定律的历史背景，让学生对法拉第及电磁感应定律的发现过程进行总结、评价，深化其对电磁感应定律知识的理解，体悟法拉第不断探索、不畏失败的科学精神。
【设计意图】详细介绍科学家的动机、思维方式、困惑和解决问题的灵感，目的是激发学生对科学的兴趣，逐步培养他们像物理学家一样思考的能力；通过还原探究过程，引导学生身临其境地重演物理学家的思维轨迹，深切感悟科学探究的趣味性与挑战性。
2.5 应用迁移，能力提升
电磁感应的应用涉及电力、交通、加工、家电等多个领域，其中磁悬浮列车是典型代表。引导学生以小组为单位课后开展项目化学习，通过剖析其原理并迁移至模型制作，尝试制作磁悬浮小车，在解决真实工程问题的过程中切实贯彻“生活走向物理，物理走向社会”的理念。
【设计意图】通过还原科学家的真实动机、思维困境与突破瞬间，激发学生探究兴趣，培养其“像物理学家一样思考”的批判性思维与建模能力。同时，让学生在“重演”科学史的探究活动中产生沉浸式体验，切身感受科学探究的乐趣与挑战，实现科学本质观的内化。
3 结语
HPS教学不仅是实现科学教育目标的重要载体，更是培育物理学科核心素养的有效途径。通过重构科学发现历程，促进学生深度学习，实现知识建构与科学本质理解的有机统一。以“电磁感应”为例，通过HPS教学模式，学生不仅习得了物理知识，更在历史与逻辑的双重脉络中，深刻体会到科学探究的曲折性与创新性。这种教学让学生得以“站在巨人的肩膀上”，透过法拉第等科学家的探索历程，理解科学的累积本质与实证精神；同时也激励学生在未来的学习中，保持敢于质疑、勤于思考、勇于实践的科学习惯，从而实现从“学知识”到“悟本质”的跨越。
湖南省普通高校教学改革研究2022年度一般项目“专业认证背景下物理师范专业光学课程的教学改革与实践”(HNJG-2022-0889)
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