基于科學本質的HPS教學實踐

傅秋月+紹興海+鄭美婷+楊華

【摘 要】在中小學科學課程教學中融入科學本質教育是當今世界研究的熱點問題。本文收集了與“關于酶本質的探索”相關的科學史料，挖掘這些史實蘊含的科學本質內涵，有效地將HPS教育融入教學過程中，旨在幫助學生理解科學探究的過程與方法，構建科學知識，提高科學素養。

【關鍵詞】HPS教學 酶的本質

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）04B-0108-02

HPS教育（科學史、科學哲學和科學社會學的縮寫）是近年來國際上的全新教育理念，HPS教學模式是提升學生科學素養的有效教學模式之一。“關于酶本質的探索”這節課的核心是掌握酶的本質和概念，教師可以采用HPS教學，讓學生沿著科學家探索酶的足跡，體驗科學的方法與過程，培養其正確的科學情感。

一、“酶的探究史”的科學本質內涵

劉健智從科學本質的“科學知識”“科學探究”和“科學事業”三個維度把科學本質內涵歸納為認識性、相對性、累積性、重復性、公開性等17點。酶的發現歷程前后經歷了200多年，在長達兩個多世紀的時間里，每一個發現都體現了科學本質的不同內涵（見表1）。

二、教學過程

（一）演示實驗，導入新知

[師]多媒體演示斯帕蘭扎尼的“鷹吞金屬籠”實驗，設疑：（1）這個實驗需要解決的問題是什么？（2）肉塊為什么要放在籠子里？（3）肉塊為什么消失了？如何證明你的推測？

[生]展開激烈討論，紛紛說出自己的想法。

1.胃能否進行化學性消化。

2.排除胃對肉的物理性消化作用。

3.胃里有某種物質消化了肉塊。證明方法：體外檢驗胃液是否能把肉塊分解。

（設計意圖：趣味導入，激發學生對酶本質的探究熱情。由于當時年代人們相信胃只有物理消化，沒有化學消化，斯帕蘭扎尼大膽地提出質疑，設計巧妙的實驗驗證，滲透科學本質的預見性）

（二）走入歷史，感悟科學

[師]那胃里的這種物質到底是什么呢？當時的人怎么去探究它呢？

[生]閱讀資料“關于酶本質的探索”，體會科學家的邏輯思想，思考每一位科學家的觀點的積極性和局限性。

[師]啟發思考：19世紀，什么引發了人們對發酵機制的研究？

[生]酒變酸。

[師]追問：從這個現象，說明了科學研究與社會有什么關系呢？

[生]科學界對“酒變酸”問題的關注引發了對酶本質的探索。由此可見，科學與社會是息息相關的。

（設計意圖：培養學生的自主閱讀能力和問題分析能力，滲透科學研究來源于社會，又促進了社會的發展，啟發學生多關注社會，善于觀察和發現問題）

[師]他們為什么會出現爭論？分歧點在哪里？

[生]巴斯德認為酒精發酵是由于活酵母代謝活動的結果，而同時代的李比希則認為酒精發酵僅僅是一種化學反應，與酵母菌的活動無關，最多只是酵母菌中的某種物質參與反應。巴斯德作為微生物學家，更傾向于以生物學的角度分析，認為酒精發酵是一個生理過程，強調了活細胞的整體作用，而李比希是化學家，也是以自己專業的眼光分析，得出這是一個純化學過程。

[師]科學研究中出現爭論是難以避免的，如果你也是當時的一位科學家，根據他們的觀點，你會怎么設計實驗來證明到底誰對誰錯？教師引導學生分組討論，寫出實驗設計思路。

[生]匯報實驗方案，其他組聆聽，指出該操作的優缺點。

[師]（演示）多媒體播放畢希納的實驗過程，回顧巴斯特和李比希的觀點，試辯證他們的觀點，并讓學生與自己的實驗進行比較。

[生]他們的觀點都是片面的。李比希認為引起發酵是酵母菌產生的某種物質是正確的，但這些物質要脫離活細胞才能發揮作用的觀點是片面的。巴斯德認為發酵需要活細胞的參與是正確的，但發酵時活細胞本身參與這個觀點是片面的。

（設計意圖：讓學生體會科學的正確性取決于實驗的檢驗，科學理論形成過程中科學家產生的爭論、質疑、檢驗片面概念，可以避免學生重蹈覆轍，并幫助其轉變錯誤觀念）

[師]畢希納獲得的酵母菌提取液含有多種物質，由于技術上的難題，當時還無法鑒定酵酶的化學性質。你認為科學的發展與實驗技術有關系嗎？

[生]實驗技術的發展制約著科學進步。

（設計意圖：深化科學發展與技術發展的關系）

[師]在今后的9年時間里，薩姆納爾嘗試了種種方法，經歷了一次次的失敗，終于發現用丙酮可以從刀豆種子中提取較純的脲酶結晶，證明脲酶是蛋白質。從這個過程中你有什么啟示呢？

[生]科學探究的過程不是一帆風順的，要經歷過不斷的嘗試，才能有結果，我們要學習科學家不畏艱苦、持之以恒的精神。

（設計意圖：從科學探究的艱辛歷程啟發學生學習要持之以恒，不畏勞苦）

[師]后來科學家又相繼發現了胃蛋白酶、胰蛋白酶等也是蛋白質。奧特曼補充了少數的RNA也具有酶的特性。那么酶的本質是蛋白質還是RNA或者兩者都是？

[生]應該兩者都是。

[師]所以說科學知識不是一成不變的，是隨著探究的進程不斷變化的。期待你們以后能夠對科學的發展做一點改變。

（設計意圖：滲透科學本質的相對性，讓學生了解科學知識是在不斷發展的，只有不畏艱辛，才能獲得真理）

（三）總結評價，反思提升

讓學生用自己的話闡述酶本質的探究歷程，結合發現史談談個人的體會，幫助學生深刻理解科學探究本質。最后總結科學探究不能一蹴而就，讓學生明白科學知識的獲得也是一個長期積累的過程，要腳踏實地、認認真真的學習。

將HPS教學模式系統地運用于高中生物教學，與以往的講授教學相比，HPS教學不僅使學生容易理解和掌握生物基礎知識，有利于培養學生的質疑和創新精神，增強對科學本質觀的了解，從整體上提高了科學素養；而且也改變了以往直接灌輸的教學模式，促進生物教學形式的多樣化，提高了學生的生物學習興趣。

【參考文獻】

[1]蔡其勇.科學哲學的文化轉向及其對科學教育的影響[J].教育研究，2008（6）

[2]黃曉.體現科學本質的科學教學：基于HPS的視野[M].北京：人民出版社，2014

[3]袁維新.科學教學通論[M].北京：人民出版社，2013

【基金項目】廣西研究生教育創新計劃項目（YCSZ2015103）

【作者簡介】傅秋月（1989— ），女，廣西師范大學碩士研究生；楊 華（1955— ），男，廣西師范大學教授。

（責編 盧建龍）