基于HPS理念培養高中生科學思維的分析

胡冠華 李詠蘭

【摘?要】近年來，有關HPS教育理念的研究越來越多，得到了越來越多的重視?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準》提出科學思維是生物學學科核心素養之一。本文從HPS教育理念的角度，以科學史為載體，科學哲學為觀點，科學社會學為背景，“細胞學說”“自然選擇與適應的形成”“胰島素的發現”為例，探討如何利用HPS教育來培養學生的科學思維。

【關鍵詞】科學史;科學哲學;科學思維

1.HPS理念和科學思維簡介

HPS（history、philosophy & sociology of science）教育是指基于科學史、科學哲學、科學社會學的教學模式[1]?？茖W史即科學家探索科學的歷史;科學哲學指用哲學的觀點探討科學本質;科學社會學是科學產生的社會背景，并將科學應用于實踐，同社會聯系起來。一開始有學者提出將科學史融入教學，后來逐步加入了哲學思想和社會學觀點，形成了HPS。我國在《普通高中生物學課程標準（2017年版，2020年修訂）》中，明確提出了要注重科學史的學習。

科學思維是生物學學科核心素養之一，它是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力[2]?？茖W思維的形成不是一蹴而就的，需要教師在日常的教學中利用好教學資源，引導學生養成科學看待問題的習慣，將歸納概括、批判性思維等融入到課堂中去。

2.基于HPS理念培養科學思維的必要性分析

在實際教學工作中，教師注重學生對知識點的掌握，這對培養學生的科學思維和學生對于科學本質的認識是有限的。近年來考試的題目不再是簡單的知識點記憶，而是需要學生運用能力解決問題，這要求學生形成一定的科學思維能力，將學到的知識遷移、應用，這也要求廣大教師要深刻理解科學本質、把科學本質滲透到教學中去[3]。教學中融入HPS理念，利用科學史作為材料，科學哲學幫助學生認識科學本質，形成正確的科學觀，能夠運用批判性思維識別生活中的偽科學，有創新意識，把學到的知識應用于實踐，從而和科學社會學相聯系。當學生獲得了科學思維能力，學生就擁有了科學思考的方法，在做綜合題目尤其是探究類的題目時，即便有些知識在課本中沒有涉及，但是學生根據科學的思考方法和題目中所給出的信息，就能將題目答對。最重要的是，學生形成的科學思維，會對其以后的生活和工作產生積極影響。

3.基于HPS理念培養科學思維的案例分析

3.1細胞學說

細胞學說的建立是高中生物教材正文中的第一個HPS材料。以細胞學說的研究史為主線，歸納概括的方法為哲學思想，以當時的科學技術為社會背景來介紹。在顯微鏡發明之前，教材以宏觀到微觀的視角闡述了解剖學家從器官到組織的探究歷程，在顯微鏡發明之后人們才有了發現細胞的技術手段。此時教師要向學生點明這一階段主要受到了技術手段的影響，這是其中蘊含的科學社會學。此后雖然有了顯微鏡，觀察到了植物細胞等，但是由于沒有及時的歸納推理，導致細胞學說的建立延誤了一百多年。這時教師向同學們展示植物的各種細胞圖片，引導學生從現象的多樣性歸納出結論的統一性，嘗試提出施萊登的植物細胞學說。由此引申動物細胞是否符合這一學說，二者有何共性？繼而導出施旺的結論。在這一過程中將歸納的思維方法融入到了教學中，學生經歷科學家的探究過程，感受到了從具體的事實得出一般結論的思維過程，從而明白科學研究不僅僅是通過觀察發現問題、解決問題的過程，還要求我們對很多的現象、結論進行歸納推理，要合理運用科學研究方法，否則我們可能就錯過了重大的發現，這就融入了科學哲學。在細胞是如何產生的這個問題上，從施萊登認為新細胞是從老細胞上面長出來的最后到魏爾肖總結得出結論，再一次證明了歸納法對科學學說的重要影響?？v觀整個細胞學說的建立過程，批判性思維的運用也是必不可少的，科學結論的得出不是居功于一人，在前人的探索的基礎上，后面的科學家經過不斷的思考、修正得出了結論，滲透科學是不斷發展的哲學思想。

3.2自然選擇與適應的形成

高中生物必修二第六章第二節自然選擇與適應的形成的正文部分，詳細介紹了拉馬克的用進廢退學說和達爾文的自然選擇學說。教師可以讓學生提前預習這部分內容，搜集資料，分成兩大組，一組代表支持拉馬克，一組代表支持達爾文，兩組展開辯論，說出支持的理由和反駁對方的理由，在這個過程中培養學生的批判性思維。最后由教師帶領學生一起總結拉馬克學說的進步意義以及局限性，明確達爾文的自然選擇學說是正確的，并介紹當時的社會背景和技術條件，其學說存在局限性，后來形成了完備的現代生物進化理論，引導學生從科學哲學的角度明白科學成果不是永恒的。教師在引導學生學習達爾文學說的過程中，利用好教材給出的模型，不要直接給學生，要從事實到推論一步一步建立模型，教師給出第一步，學生合作討論完成第二步，逐步在腦海里建立模型，對達爾文的自然選擇學說逐漸內化并能對進化現象做出解釋，形成一定的建模思維。

3.3胰島素的發現

“胰島素的發現”是人教版選擇性必修1第三章第一節激素與內分泌系統思考討論的內容。針對這一部分內容的教學，可以讓學生代入科學家的角色，沿著科學家的研究路線發現問題、解決問題。結合布魯納的認知發現學說，先給學生創設情境：你在胰腺組織附近發現了一群島狀細胞，給它們起名為胰島，發現如果把胰腺摘除后狗會得糖尿病，這是為什么呢？此時教師引導學生做出猜想并提出假說，由此將假說演繹的科學思維融入教學過程中。該怎么驗證假說呢？教師以學生提出的假說為例，引導學生設計方案進行驗證，對于結果產生的原因可以讓學生以小組合作的方式討論并給出適當提示。最后總結該實驗所運用到的科學研究方法，該方法的思路是什么。如果沒有得到預期效果時，教師要融入科學哲學的方法，告知學生重復實驗或反思實驗步驟找出問題，培養批判性思維，不能弄虛作假，形成正確的科學觀。啟發學生思考如何大量生產胰島素治療糖尿病，培養創新性思維，從而將科學和社會結合起來。

4.小結

綜上所述，生物教材中有很多的HPS材料，有些材料在正文中，有些材料位于思考討論等欄目中。結合教學重難點、有取舍地靈活運用這些材料，把科學史作為載體、滲透哲學思想、同社會實踐聯系起來進行探索、分析，學生掌握一定的科學研究方法，形成一定的科學思維，用這種方法和思維解決實際中的問題，對以后的工作和生活都是大有裨益的。

參考文獻：

[1]吳航楓.HPS教學模式應用于生物學科學史的教學策略初探——以“促胰液素的發現”為例 [J].生物學教學，2020，45（1）：13-15.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020：5.

[3]劉悅棟.科學哲學對科學教育的影響 [J].教育觀察，2013，2（4）：42-43.

作者簡介：

胡冠華（1997.9—），女，漢族，內蒙古烏海人，內蒙古師范大學生命科學與技術學院，20級在讀研究生，碩士學位，專業：學科教學（生物），研究方向：學科教學（生物）。

（作者單位：內蒙古師范大學）