國內HPS教育融入中學化學教學的研究綜述

崔世峰 王娟

摘要： 對國內20年間HPS教育在中學化學教材、教學模式和教學案例、教學策略等方面的研究文獻進行梳理分析，總結現有研究成果和不足之處，提出后續應深入研究HPS教育理念與化學學科核心素養關系、中學化學HPS教學資源開發、教師HPS素養形成等三點思考。

關鍵詞： HPS教育; 中學化學; 教材; 教學模式; 教學策略

文章編號： 10056629（2022）04000306

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

中學化學學習重在促進學生科學本質觀的形成與發展，為進一步學習以及從事科學研究打下堅實基礎。新一輪課程改革將化學教學從三維目標落實提升到核心素養培育[1]，對師生教與學提出了全新要求，僅側重于化學基本概念、原理傳授記憶，忽略知識本質及其產生過程的教學方式已不能滿足新的化學課程目標要求。HPS（History and Philosophy of Science）教育強調將科學史、科學哲學和科學社會學有機融入教學中，通過科學史的滲透，豐富課堂教學內容，幫助學生了解科學知識的基本發展歷程;通過科學哲學的滲透，提升學生的思辨能力，培養學生的批判精神;通過科學社會學的滲透，從社會學的角度理解科學本質，正確看待科學對社會及人類的價值[2]。因此將HPS教育融入中學化學教學，對于落實化學學科核心素養課程目標具有重要意義。

當前國內對HPS教育研究的綜述主要包括兩類： 一類是對國際HPS教育研究取得的成果進行綜述，如袁維新[3]（2005）對國外科學史融入科學課程的歷史、教育價值及教學策略作了綜述;另一類是針對國內HPS教育研究的綜述，如劉華昌[4]（2009）對國內HPS教育融入科學課程研究作了綜述;孫乃玥[5]（2020）采用CiteSpace對國內HPS教育研究作了可視化分析綜述。相對而言，針對HPS在某一學科具體運用的研究綜述則較為缺乏，僅黃曉娜和吳先球[6]（2020）撰文梳理總結了國內HPS教育融入中學物理教學的研究現狀。為探明當前國內HPS教育融入中學化學教學的研究現狀，促進HPS教育更好地融入中學化學教學，對近20年來國內HPS在中學化學教材、教學模式及教學案例、教學策略等方面的研究成果進行梳理總結。

1 文獻主題分布

在中國知網，以“HPS教育”為主題、關鍵詞，2000～2020年為時間條件，社會科學Ⅱ輯為文獻分類條件進行檢索，共計599條結果，包含HPS教育理論研究以及HPS教育在數學、物理、化學、生物和地理等不同科目中的應用研究文獻。經過篩選，選擇其中有關HPS教育在中學化學中的應用研究文獻69篇（學位論文44篇、期刊論文24篇及會議論文1篇）進行綜述。

對文獻進行統計發現，發現近20年來有關HPS融入中學化學教學的研究文獻呈逐年遞增趨勢，尤其是2011年之后，增幅顯著。根據論文的研究主題，將69篇文獻分成5類。從表1可以發現，有關HPS在中學化學教學模式及教學案例的研究文獻占比最多，高達65.2%，其次是關于中學化學教材的研究，占比14.5%，有關HPS的中學化學課程開發的研究文獻最少，僅有3篇。

一方面，自20世紀末HPS教育理念引入國內后，國內學者對其研究不斷深入，相繼對該理論發展歷程、實施范式及教學價值進行深入分析，據此提出對我國科學教育、課程改革的啟示。另一方面，2008年歐盟啟動了HIPST（History and Philosophy in Science Teaching Project）項目[7]，致力于開發出蘊含科學史、科學哲學的科學教材，為所有參與提升科學文化素養和增強大眾對科學理解的從業者建立一個可持續的網絡實施系統。因此，HPS在中學化學教學中的研究文獻自2011年后數量不斷增加，近3年來的碩士論文數量增幅明顯，2019年多達10篇。

2 研究的主要內容

2.1 HPS教育融入中學化學教材的研究

教材是教師教學和學生學習的主要工具，對教材進行研究一方面為教師運用HPS教學提供依據，另一方面發現教材編寫的特點，為教材的逐步完善提供參考。目前國內針對HPS在中學化學教材的研究可以分為以下兩類：

2.1.1 HPS在教材中的體現與分布

已有文獻對教材中HPS分布與體現研究主要包括兩個方面： 一是對同一時期不同版本的教材作橫向對比研究;二是對同一版本不同時期的教材作縱向對比研究。通過橫向與縱向兩個維度的對比研究，發現不同時期及不同版本教材中HPS內容的呈現特點，為教師分析解讀教材提供參考。

例如，陳磊磊[8]（2010）對上海地區高中化學教材中的化學史內容進行了指標統計分析，發現教材中化學史分布均衡、圖文并茂，對科學精神和科學方法有較多體現，在敘述方式上存在著故事少于敘說、正文部分化學史較少以及缺乏“學派間爭論史”的不足。劉玲玲[9]（2015）對2007年出版的人教版、蘇教版及魯科版三個版本的高中化學必修1教材中的HPS內容進行了量化研究，結果顯示魯科版教材中的HPS內容在數量和呈現方式、知識廣度、內容完整性及與課程標準一致性等四個方面均優于其他兩個版本。王云霞[10]（2019）對2019年出版的人教版和魯科版兩個版本的高中化學必修教材中化學史作了對比研究，發現兩個版本教材中化學史內容各有千秋、優缺互補，同時兩版教材中的化學史內容均存在著呈現形式單一、內容分布不均勻的不足之處。朱浩[11]（2019）采取同樣的方法對人教版新舊（2019版和2007版）兩版必修教材中的HPS內容作了詳細分析，發現新教材無論是HPS子類數目、知識廣度還是內容呈現方式都優于舊教材，且新教材側重于化學史、科技對社會的影響以及社會對科技的影響。

2.1.2 中外教材HPS內容呈現情況的對比研究

已有研究文獻對中外教科書、課程標準中HPS內容作了量化對比分析，總結了中外教科書HPS內容編排特點及課標要求的差異，為完善我國課程標準及教材中的HPS內容提供了參考，同時也啟發一線教師在教學中要汲取他國教材優點，補充教材中缺乏的HPS子類目項內容，從而呈現完整HPS內容。

例如，周寧妹[12]（2017）對中美加三國高中化學教材中的科學史、科學社會學及科學本質內容進行了編碼統計對比分析，發現三國教材均注重科學社會學內容編排，相比較而言我國教材在HPS內容呈現上存在著子類目項缺失或頻次過低，呈現方式多以純文本描述且在教材中分布不盡合理的不足之處。嚴珍珠[13]（2019）對中美高中化學課程標準HPS內容作了對比，發現美國課程標準中設置了相關章節，根據不同年齡段對HPS教育要求作了明確的遞進式說明，且均衡地體現了HPS各類子項目，我國課程標準（2017版）僅在課程理念等模塊提到HPS教育，主要體現在科學史、科學探究的本質及科學對社會的影響主類項目，缺乏對子類項目的顯性說明。對教材內容進行對比分析后發現，在HPS維度上，美國教材側重于科學史類目項，我國教材則側重于科學探究的本質類目項，在呈現方式上，我國教材主要通過正文和欄目的方式，敘述凝練、篇幅簡短，而美國教材則較多以圖表和正文呈現，內容詳實、圖文并茂、主題新穎。湯文[14]（2019）對中美初中化學教材中HPS內容進行了對比研究，發現兩國教材均存在著內容分布不均衡且忽視了社會對科技的影響，我國教材缺乏理論概念的演變和重大發明的過程內容，美國教材則對于科學與倫理道德類目有所缺失;在HPS內容知識廣度上，我國教科書偏重于理論體系和學科知識，美國教材注重知識的科普性和時代性，且重視各學科間的橫向聯系;在HPS內容呈現方式上，我國教材多以欄目形式呈現，缺乏圖表分析，所選圖片資料較為陳舊單一，缺乏前沿資訊，欄目內容多為長篇文本，趣味性不足且相似度較高。

2.2 HPS教學模式及教學案例的研究

廓清HPS教育內涵及其價值后，如何融入HPS內容開展科學教育成為學者們紛紛關注的焦點。國內研究者在對國外HPS教學模式進行分析總結的基礎上，結合國內教育教學現狀及中學化學學科特點，提出了行之有效的教學策略，并在教學實踐中加以運用。

梳理文獻中涉及到的HPS教學模式，統計結果如圖1所示。從結果來看，當前對孟克和奧斯本的融合模式研究文獻最多。融合模式是基于建構主義理念，將科學史、科學哲學及科學社會學分環節有機融入教學中，具有較強的理論基礎和可操作性，被奉為經典的HPS教學模式。

2.2.1 孟克和奧斯本的融合模式及其相關改進

袁維新[15]（2004）等介紹了英國科學教育家孟克和奧斯本于1997年提出的“六段式”HPS教學模式。如圖2所示，該模式僅適用于科學史上某一科學家曾經研究的自然現象的課題。

該模式由于環節清晰，操作性強在國內科學教育中被廣泛研究與運用，研究者結合化學學科特點，運用情景教學、探究式教學、STS教學、智慧課堂等理論對該模式進行改進完善。

張勇[16]（2007）基于融合模式，為突出學生收集、整理信息能力，培養化學信息素養，將第三階段的“學習歷史”采用Webquest學習方式開展，并將該教學模式運用于合成氨教學。白玉香[17]（2019）將Webquest教學模式與六段式教學模式進行整合，設計出兩種新模式： 一種是將第一階段的“演示現象”改為“情境導入”，突出HPS中的科學社會學內容;另一種是將第四環節“設計實驗”與第五環節“呈現科學觀念”整合為“論證活動與探究學習”，突出讓學生體驗科學探究的過程。將整合后的模式分別用于氧化還原反應和氮及其化合物的教學中，取得了良好的教學效果。

基于真實情境創設對學生認知發展、主動構建知識的重要性，任正盼[18]（2018）提出基于情境教學整合的教學模式，該模式仍以六段式教學為主體，分別在第一環節和第三環節創設社會生活相關情境、提供化學史素材創設信息情境，在最后一環節“總結與評價”中增加讓學生結合科學與社會進行正向遷移的內容，使得整個教學從社會生活開始最終回到生活，讓學生感悟科學與社會的密切關聯。曾琳[19]（2020）結合情境教學和探究式教學及化學學科特點對孟克和奧斯本的融合模式進行修改，提出新的六段式教學程序，即創設情境與設問激疑、頭腦風暴與實驗設計、呈現HPS素材、感悟人文與引發思辨、完善方案與進行實驗、科學觀念與經驗性建議、對話反思與多元化評價，并將改進后的模式用于元素周期表和化學能與電能兩個主題的教學。運用情境教學與HPS整合模式的案例還有氯氣、探究空氣的組分[20]等。

在科學史與科學教育融合的基礎上，為突出學生對科學、技術與社會之間相互關系新的認識和理解，鄭禎[21]（2019）提出融合HPS與STS的教學模式，該模式仍遵循六段式教學程序，將學科知識、化學史、社會、科技前沿等有機結合在一起，使得“知識”“思維方法”和“科學態度與情感”在教學中同步展開。融合HPS與STS的教學案例還有發展中的化學電源[22]等。

2.2.2 互動歷史小故事

鄧永財[23]（2006）、趙爽[24]（2020）等人詳細介紹了美國學者Linda和Wandersee等提出的“互動歷史小故事”（簡稱IHVs）HPS教學模式，如圖3所示。該模式圍繞所學主題史料編制一個約15min的歷史短劇，由數名學生分別扮演劇中科學家，重演發現新物質或新理論的過程，通過相互討論推理引發學生對科學本質的理解，并以具體案例進行該模式的運用介紹，主要涉及元素周期表——“鎵”的預言、拉瓦錫與燃素說、質量守恒定律、海草元素。通過對教學實踐結果的測試和分析發現，該模式對提高學生成績和科學本質觀具有一定的促進作用，在教學中取得了較好的反響。

2.2.3 補充科學模式

石誠和蔡仲[25]（2008）詳細介紹了劍橋大學教授哈索克（Hasok Chang）提出的補充科學模式。袁晶[26]（2012）論述了補充科學模式運用于教學的四個操作步驟，即（1）問題重現;（2）產生疑問;（3）還原自然現象;（4）評價和反思。王向坤[27]（2014）在此基礎進行優化，設計了較為完備的補充科學模式，如圖4所示，與傳統HPS教學模式相比，補充科學關注的是自然，側重于對科學研究活動的延續和補充。通過該模式的學習，學生不僅能學習科學家的輝煌成就，還可以了解科學家如何將定論知識推翻重塑，以及學會關注科學研究中的不確定性因素。

2.2.4 馬修斯對話模式

袁維新[28]（2010）介紹了馬修斯提出的對話教學模式（又稱適度教學模式），認為該模式教學包含五個環節，如圖5所示。孫蕾蕾[29]（2018）、曾琳[30]（2020）等分析了對話模式與HPS其他教學模式的異同點及適用對象。該模式導向下的課堂，師生圍繞著有關科學本質問題開展討論、反思和總結，旨在啟發引導學生逐步深入科學本質，因此對教師的科學素養要求較高。

2.3 HPS教學策略

明確HPS教學模式后，采用何種方式將其運用于具體科目教學成為廣大教育工作者關心的話題，國內研究者結合一線教學實際及借鑒國外經驗，對HPS教學策略開展了研究。

王全[31]（2015）和郭小玲[32]（2017）等詳細介紹了歐盟HIPST計劃，該計劃涉及的HPS教學策略包括基于科學史的探究策略、科學寫作策略和角色扮演策略。基于科學史的探究策略及角色扮演策略強調在課堂中通過教師的啟發引導和史境構建，讓學生扮演科學家角色，重走科學探究之路，身臨其境從而逐步獲取知識;科學寫作策略則主要用于課后，學生針對某個知識點或觀點以文字形式發表自身的看法，旨在促進學生理解和反思所學知識。葛秋實和王秀紅[33]（2011）、張娟和姜建文[34]（2017）等分別以重溫氯氣的發現之旅和元素周期表兩個案例來說明基于科學史的探究策略如何在教學中有效開展。李東棟[35]（2018）詳細論述了啟發式科學寫作策略在中學化學概念教學中的運用，指出運用該策略的教學環節、原則，并結合燃燒與滅火和物質溶解的量兩個具體教學案例進行說明;王麗麗和王偉群[36]（2012）等從理論上分析了角色扮演法在中學化學教學中的價值，并以合成氨和物質的分類與轉化兩個具體教學案例說明該策略如何在教學中實施。

從研究文獻及教學案例來看，采用基于科學史的探究策略的教學案例均蘊含了豐富的化學史，例如氯氣的發現史、元素周期表的發展史等;科學寫作策略則側重于考察學生發散性思維的知識點，角色扮演策略適用于化學理論、原理、實驗探究類教學，通過角色扮演使學生深入理解化學知識的構建過程。因此教師在選用教學策略時要根據所學知識特點，恰當選擇HPS教學策略。

3 研究啟示與反思

3.1 主要結論

基于所選文獻研究的總體情況而言，HPS融入中學化學教學已經受到化學教師、化學教育研究人員的重視。當前研究范圍包括： 一是通過理論分析與實證研究結合方式說明了HPS教學模式對于提升中學化學教學效益、促進學生科學本質觀具有顯著效益;二是通過對比研究國內外中學化學教材中的HPS內容滲透特點、優勢與不足，為我國完善與修訂中學化學教材提出了建議;三是結合國內中學化學教學實際，融入現代教學理念對HPS教學模式進行完善優化，使其更具操作性，并對HPS教學策略細化研究，為一線教師運用HPS教學提供指引。

3.2 問題反思

現有文獻中對教材的研究更多地涉及科學史和科學社會學內容，有關加強教材中科學哲學內容滲透以期培養學生的哲學思辨能力的研究目前較為缺失，關于HPS中學化學教材的開發研究也較少。對課程標準的研究僅是分析教材時提到課標的要求，缺乏對課程標準的整體研究以及新舊版本課程標準中HPS內容呈現對比研究。HPS教育理念與化學學科核心素養具有高度契合性，但目前關于HPS教育理念與化學學科核心素養的聯系以及如何通過HPS教學模式滲透化學核心素養等研究均未涉及。

3.3 繼續研究的思考

3.3.1 開展HPS教育理念與化學學科核心素養關系的研究

《普通高中化學課程標準（2017年版）》[37]在課程目標中明確提出，要培育學生化學學科核心素養，使學生具備批判性思維、能正確認識科學本質、了解科學與社會的關系。HPS教育理念與新課標要求及化學核心素養內涵高度契合，如何通過HPS教學模式滲透化學學科核心素養，如何將教材中的科學史、科學哲學及科學社會學素材有機融合設計“素養為本”的教學，以及構建二者相互融合的教學效果及評價機制在后續研究中需重點突破。

3.3.2 開展中學化學HPS教學資源開發的研究

HPS教育理念強調科學史、科學哲學及科學社會學內容以一種有效的途徑有機融入教學中，這就需要豐富的HPS素材資源供教學使用。然而目前國內對中學化學HPS教材、教學案例及課程等教學資源開發研究尚且缺失，教學中僅僅依靠教科書有限的素材“機械”套用于知識中，導致HPS教育難以真正地用于教學實踐。因此未來需要深化對HPS教學模式研究，逐步建立HPS課程資源庫，為教師教學提供幫助。

3.3.3 開展教師的HPS素養培育的研究

HPS教育理念能否有效融入化學課堂中，真正提高學生的科學本質觀和科學素養，關鍵在于教師對HPS教育理念的理解程度和素養水平。然而調查顯示當前國內大部分中學教師科學本質觀仍處于較低水平[38]，缺乏對HPS教育理念的深刻理解，導致教學中往往出現知識教學與HPS滲透相互分離，出現“兩張皮”現象。因此未來要關注教師專業培養和發展，建立健全教師HPS素養職前培育和職后培訓體制機制。

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