HPS教學模式在培養中學生批判性思維中的應用

黃藝婷 張 鋒

(1 福建師范大學生命科學學院 福州 350108； 2 福建省普通教育教學研究室 福州 350003)

1 HPS教學模式有助于培養學生的批判性思維

英國學者孟克和奧斯本在總結科學教育改革的歷史經驗和教訓的基礎上，結合建構主義教學觀等新觀念，提出了把科學史和科學哲學融入科學教學的新模式，即“歷史—探究”教學模式(HPS)，該教學模式共包括6個階段[1]。

1.1 第1階段： 呈現現象并確定問題 開始上課后，教師首先向學生呈現一個歷史上科學家真實發現的自然現象(如植物的向光性、激素的發現等)，以此激發學生的探究興趣。在呈現現象后，教師引導學生確定現象背后的問題，生成一個值得探究的問題，為后面的探究做好鋪墊。

1.2 第2階段： 引出學生的觀念 教師啟發學生盡可能地針對第一階段所提的問題發表自己的觀點。這個時候要讓學生暢所欲言，鼓勵學生大膽地提出自己的觀點以及支持自己觀點的證據。有研究者發現，新想法的數量和質量是存在一定關系的。因此，在利用批判性思維對不同觀點加以判斷之前，首先要提出盡可能多的方案，在這階段教師先不要對學生的觀點作任何評價。

1.3 第3階段： 學習歷史 通過多媒體課件、視頻和教師口頭講述等形式，向學生介紹歷史上的科學家針對此問題提出的不同觀點以及支撐其觀點的證據，在學生已有觀點的基礎上再增加不同的“聲音”，讓學生知道針對同一個問題，不同的人會有不同的觀點是正常的現象。通過對歷史的學習，讓學生走近科學家，真切地體驗科學家的科學思維和探究。

1.4 第4階段： 設計實驗 此時課堂上已經存在包括學生的以及科學家的多種觀點，教師讓學生按照自己支持的觀點，選擇分組，設計實驗證明此觀點的正確性。

1.5 第5階段： 呈現科學觀念與證據 在這階段，教師呈現這一問題的現代科學觀念，并提供證實這一觀念的實驗證據，通過實驗獲得的證據有助于學生接受科學的觀念，支持科學的解釋。這時還需要引導學生站在批判性的角度，去看待現代的科學觀念與科學知識，即科學知識具有暫定性，現在為大家所認可的科學觀念，可能會在未來由于技術的進一步發展和發現而受到挑戰與更改。此外，還應鼓勵學生在知道自己所支持的觀點并非正確的時候，要勇于揚棄，接受科學的觀點。

1.6 第6階段： 總結與評價 教師和學生共同對歷史上科學家所做的探究以及科學知識的產生過程進行總結與評價，幫助學生更加深刻地意識到合理運用批判性思維在科學探究中的重要性。

2 HPS教學的應用——以“促胰液素的發現”一節為例

2.1 呈現現象，確定問題 教師先向學生呈現法國著名的實驗生理學家克勞德·伯爾納在1850年發現的現象，即酸性食糜進入小腸后會引起胰腺分泌胰液。接著教師提出疑問： 酸性食糜并沒有直接接觸胰腺，既然如此，刺激胰腺分泌胰液的信息又是如何從小腸傳遞到胰腺的呢？

2.2 引出學生的觀念 針對上一環節提出的問題，教師給學生足夠的時間讓他們自由地發表自己的看法。在此之前學生已經學習了神經調節，因此較多的學生會根據已有知識認為胰腺分泌胰液是神經調節的結果，部分學生認為除了神經調節還可能存在著其他的調節方式。此時，教師暫時不要對學生的觀點進行點評。教師可先引導學生思考： 如果胰腺分泌胰液是神經調節的結果，那么這一神經調節的反射路徑是怎樣的？讓學生思考后寫下反射路徑，為后續分析沃泰默的實驗做好鋪墊。在這一環節教師應讓學生明白，對于同一個問題，不同的人會有不同的觀點是正常的，而對于觀點正確與否的判定不應以個人的主觀經驗為標準，而應以科學實驗所提供的數據作為支撐觀點的證據。

2.3 學習歷史 19世紀的學術界普遍認為胰液的分泌屬于神經調節，小腸神經在胃酸的刺激下產生神經沖動，將興奮傳遞給胰腺，促使胰腺分泌胰液[2]。教師可利用多媒體向學生展示歷史上科學家對該問題所持的觀點，法國學者沃泰默在1901—1902年間做了多次實驗來論證這一觀點(將沃泰默所做的3組實驗呈現在多媒體上(表1)。

表1 沃泰默所做的3組實驗

學生通過對這3組實驗進行對比分析便可得出，胰液的分泌并不只是神經調節的結果，還存在著其他的調節方式促使胰腺分泌胰液。然而沃泰默卻囿于定論，堅持認為胰液的分泌是一個頑固的神經反射，導致這一結果出現的原因是小腸上微小的神經難以完全剔除。此時，教師可讓學生表達對于沃泰默作出這一解釋的看法，讓學生意識到： 當實驗結果與自己堅持的觀點背道而馳的時候，應該更加深入地尋求真相。

在分析完沃泰默的實驗后，教師向學生介紹斯他林和貝利斯在看完沃泰默的論文后所作出的另一種假設： 即小腸粘膜在鹽酸的刺激下產生了某種化學物質，這種化學物質隨著血液到達胰腺，促使胰腺分泌胰液。

2.4 設計實驗 在設計實驗環節，學生根據給定的實驗材料和儀器，設計實驗驗證斯他林和貝利斯提出的假設。教師在幻燈片上呈現可供選擇的實驗材料和儀器，包括發育狀況相似的若干條正常小狗、稀鹽酸、蒸餾水、砂子、研磨器皿、注射器、小刀、培養皿、試管、過濾工具等。

教師可設置幾個問題啟發學生的思維： ①如何排除神經的干擾？②如何提取小腸粘膜產生的“化學物質”？學生在教師的引導下可提出實驗方案： 用小刀切取小狗的一段小腸，將小腸粘膜刮下放進研磨器皿內，與稀鹽酸和砂子混合后磨碎，過濾后制成提取液，再將提取液注射到同一條狗的靜脈中，觀察胰腺是否分泌胰液。

在學生提出這一方案后，教師再鼓勵學生運用批判性思維對這一實驗方案進行評價，討論方案中是否有不足之處。學生根據已有經驗，很快便能發現實驗中缺少對照實驗，實驗中制備的提取液中除了假設中的“化學物質”外，還有稀鹽酸、細胞內容物等。因此，無法有力地證明胰液的分泌是由于化學物質的作用，還需要增加3組對照組(表2)。

表2 斯他林和貝利斯的補充3組對照實驗

2.5 呈現證據和檢驗 教師呈現當時斯他林和貝利斯做的這一實驗的結果，即他們制取的提取液再注入小狗的靜脈后會引起胰液的分泌，后來其他研究者也做了對照實驗，發現胰腺不分泌胰液，這證明斯他林和貝利斯的假設是正確的。教師再給出這一種化學物質的名稱，也就是促胰液素。同時，讓學生認識到除了神經調節外，還存在著一種調節方式，也就是激素調節。此外，教師還應引導學生運用批判性思維去看待現代的科學知識與科學觀念，讓學生明白科學知識具有暫定性，現在廣為認可的科學觀念在未來也可能會再次受到挑戰與更改。

2.6 總結與評價 在最后一階段，師生共同總結科學知識的產生過程。首先，教師引導學生批判性地對沃泰默的研究進行評價，讓學生明白科學家在研究過程中會出現錯誤是正常的，這是科學發展的必經階段，有時候一些錯誤能夠為最終的成功奠定基礎。就如沃泰默雖然錯過了發現真理的機會，但是他的科學思路和研究方法是正確的，這為斯他林和貝利斯提供了研究思路，為他們發現促胰液素奠定了基礎。

接著，教師給學生機會談談斯他林和貝利斯的成功給他們的啟示，通過分析斯他林和貝利斯成功的原因，讓學生意識到在科學研究中敢于挑戰權威、合理運用批判性思維的重要性。

(*通信作者)