HPS教育模式在高中生物教學(xué)中的運用

周琪

【摘要】目前在高中階段生物教育教學(xué)中，許多專家學(xué)者都在考慮如何利用HPS教育模式來培育學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)。本文以“遺傳物質(zhì)的發(fā)展歷程”為例，以HPS教學(xué)模式的基本程序展開分析，來補充HPS教學(xué)模式的素材并呈現(xiàn)HPS教育模式在高中生物中實踐的重要性。

【關(guān)鍵詞】HPS教育模式;高中生物;遺傳物質(zhì)

HPS教育是以建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)的新型教育理念。將“科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)教育（History， Philosophy and Sociology of science teaching，HPS）”融入到“生命觀念、理性思維、科學(xué)探究及社會責任”中，來提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，充分發(fā)揮生物學(xué)科特色，達到育人效果。高中生物教師通過HPS教育來有效培養(yǎng)學(xué)生的生物核心素養(yǎng)。高中生物課程中涉及HPS的內(nèi)容很多，如：生命現(xiàn)象的發(fā)展歷程、學(xué)者對同一生命現(xiàn)象持有的不同論點和想法、生命科學(xué)理論與方法的更新，還有不同科目之間、以及科學(xué)與社會之間，在相互影響中不斷發(fā)展等。學(xué)生可以先從以往的經(jīng)典實驗中模仿科學(xué)家們的思想方法，并逐步發(fā)展到自己可以獨立思考與發(fā)揮創(chuàng)新的能力。在學(xué)生了解科學(xué)家們不畏艱險，不斷進行科學(xué)探索的艱難歷程時，使學(xué)生感悟到做科研一定要實事求是，才能得到來之不易的科研成果。為此，高中生物融入HPS教育后，更能突顯出生物學(xué)科育人特點和新課改要求。

一、HPS教育模式

目前，許多學(xué)者把HPS教學(xué)模式大致分為“歷史科學(xué)探究”型和“自然觀察探究”型兩大類相關(guān)模式，后者是前者的補充模式。高中階段的生物教師可依據(jù)目前最新課標的教學(xué)建議，相關(guān)教材的指引，以及培養(yǎng)學(xué)生的方向來選擇哪種模式授課。筆者根據(jù)自己的經(jīng)驗簡單闡述一下二者的異同。兩種HPS教育模式都以自然現(xiàn)象的研究對象，但在主要操作的環(huán)節(jié)和要達到的教學(xué)目的上有所不同。“歷史科學(xué)探究”型模式主要操作的環(huán)節(jié)：（1）通過演示現(xiàn)象、展示PPT或講述科學(xué)史等方式設(shè)置情境并提出相關(guān)問題。（2）最好用層層設(shè)問的方式，引出學(xué)生觀念，讓學(xué)生暢所欲言，調(diào)動課堂氣氛。（3）學(xué)生帶著自己的觀點學(xué)習(xí)科學(xué)史。（4）根據(jù)學(xué)生觀念不同分組，每組根據(jù)相同的觀念集思廣益，大家一起來設(shè)計實驗。（5）經(jīng)過試驗后顯示科學(xué)觀念和實驗結(jié)果，來驗證本組的觀點。（6）學(xué)生體驗了探究過程，驗證了自己的所思所想所做的觀點，并總結(jié)和評價。運用這種模式之后，學(xué)生才能達到真正地理解科學(xué)本質(zhì)，掌握知識與技能，培養(yǎng)學(xué)生端正科學(xué)態(tài)度。“自然觀察探究”型模式主要操作的環(huán)節(jié)：通過問題重現(xiàn)讓學(xué)生與科研人員的思維發(fā)生碰撞，形成學(xué)生思考點，提升學(xué)生思維的全面性，從而不斷提升學(xué)生批判性思維。將一切問題回到自然現(xiàn)象的原點，讓學(xué)生思考自然現(xiàn)象出現(xiàn)的本質(zhì)問題，并提出假說和設(shè)計方案，最后得出結(jié)論，總結(jié)和評價。圖1為筆者推薦部分高中生物科學(xué)史所選取的HPS教學(xué)模式。

二、HPS教育模式的應(yīng)用

HPS教學(xué)模式應(yīng)用的目的是讓學(xué)生從復(fù)雜學(xué)科知

識之中梳理、提煉教材中的核心知識內(nèi)容，把握知識的來龍去脈，將所學(xué)的知識進行延申拓展，能夠更全面地加強對所學(xué)的知識的理解與應(yīng)用。讓學(xué)生了解生命歷程的發(fā)展，深刻知道自然科學(xué)知識形成與人類歷史、文化發(fā)展的之間的關(guān)系，體會到科研成果的來之不易。接下來，筆者將HPS教學(xué)模式中的“歷史科學(xué)探究”型模式運用到“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”這節(jié)課堂之中，來進行相關(guān)分析。

1.演示現(xiàn)象

在課堂之中推廣HPS教學(xué)模式的核心關(guān)鍵點是如何有效地展示生物現(xiàn)象，生物教師可利用現(xiàn)代媒體技術(shù)播放、演示某一自然現(xiàn)象，或講述某一科學(xué)史、發(fā)展史等方式創(chuàng)設(shè)情境。以“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”這節(jié)生物課堂為例，教師可以陳述或者播放遺物質(zhì)的發(fā)展歷程。比如，在19世紀中期，科學(xué)家孟德爾通過雜交試驗研究認識發(fā)現(xiàn)遺傳的規(guī)律，由此提出“遺傳因子”;到了19世紀末期，科學(xué)家通過不斷的研究、實驗觀測到生物生殖細胞的分裂過程，從而“染色體”學(xué)說走進遺傳規(guī)律體系;為了解決“染色體是不是遺傳物質(zhì)？”這個設(shè)問，薩頓等人通過類比推理的研究方法，大膽假設(shè)“遺傳因子位于染色體上”，后經(jīng)由摩爾根的假說演繹證實這一結(jié)果，最后把“基因-DNA-染色體”三種物質(zhì)之間的關(guān)系清晰地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。

2.引出觀念

第一階段的演示現(xiàn)象學(xué)習(xí)過程之后，會促使學(xué)生的注意力聚焦于生物課本中的問題研究。學(xué)生會對自己提出問題，如：遺傳物質(zhì)到底是誰？有什么樣的特點？采用哪些方法來有效論證？學(xué)生產(chǎn)生濃厚求知欲，便于課堂效率提升，同時提高學(xué)生強化結(jié)構(gòu)與功能相結(jié)合的哲學(xué)觀點。

3.學(xué)習(xí)歷史

HPS教學(xué)模式的核心環(huán)節(jié)之一是學(xué)習(xí)歷史，學(xué)生不但要掌握科學(xué)研究的不同實驗結(jié)論，更要了解科學(xué)史發(fā)展所處的時代背景。隨著同位素標記法的誕生，噬菌體侵染實驗比格里菲斯實驗更具有說服力。由于當時科學(xué)研究所處時代背景的局限性，以往的科學(xué)家有可能在研究中會形成一些現(xiàn)代人認為錯誤的論點。隨著科學(xué)研究的不斷深入發(fā)展，社會的不斷進步，我們踏著前人的腳印，慢慢糾正以往不足的觀點，不斷完善前輩科學(xué)理論，更為后續(xù)的科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。

4.設(shè)計實驗

教師將班上學(xué)生分成若干小組：每個小組按照對科學(xué)家經(jīng)典實驗得到不同觀點形成小分隊，同個小隊學(xué)生合作開展探究型的實驗。教師通過設(shè)計問題幫助和引導(dǎo)各小組學(xué)生成員模擬科學(xué)家的探索足跡進行相關(guān)實驗探究。例如：如何證明哪種肺炎雙球菌（S型與R型）有毒性？引導(dǎo)學(xué)生思考：假如找到了實驗的轉(zhuǎn)化因子，實驗小組如何來證實“它”是何種物質(zhì)？等等。在小組展開活動后，使學(xué)生逐步認識和領(lǐng)悟科學(xué)家發(fā)現(xiàn)問題的思路、分析問題的方法和解決問題的思維過程。

5.呈現(xiàn)科學(xué)觀念和實驗檢測

運用HPS的教學(xué)模式在“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”中典型實驗里，可以培養(yǎng)學(xué)生對實驗現(xiàn)象的觀察能力，對資料以及數(shù)據(jù)的收集與整理能力，最終形成實驗結(jié)論，提升學(xué)生的歸納與總結(jié)能力，從而促進學(xué)生的形成科學(xué)觀念。對于之后“RNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù)”實驗的學(xué)習(xí)，學(xué)生便可以借鑒之前所學(xué)的來自己重構(gòu)TMV對煙草的感染與重建實驗（如圖2）。通過一系列的問題設(shè)計、分析問題，學(xué)生將得到與本次實驗有關(guān)的科學(xué)觀點和結(jié)論。科學(xué)家的論據(jù)隨著時代的變遷逐漸升華，科學(xué)史在不斷更新，科學(xué)觀念不斷的完善。為此，教師要正確指引學(xué)生為了祖國的發(fā)展，科學(xué)的進步，要不斷地進行創(chuàng)新。

6.總結(jié)與評價

學(xué)生通過遺傳物質(zhì)發(fā)展史的學(xué)習(xí)和探究，自己梳理實驗原理、實驗設(shè)計、實驗方法、實驗過程并自己總結(jié)和小組評價。學(xué)生在HPS教學(xué)模式學(xué)習(xí)的過程之中不斷提升總結(jié)能力，得到相關(guān)的生物科學(xué)知識的來源經(jīng)驗，提升智慧，使其解決實際問題的能力得到了極大的增長。教師對學(xué)生的總結(jié)和評價給出合理的意見和建議，補足課堂遺留問題和不足，從而讓學(xué)生更好地理解科學(xué)的本質(zhì)，達到高效育人的效果。

三、HPS教育模式的重要作用

HPS教育模式可以促進學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解，同時培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)造力。接觸生物學(xué)新教材的教師可以發(fā)現(xiàn)，在新教材中極為重視科學(xué)史教育地位。無論在章節(jié)的前沿，還是在章節(jié)內(nèi)容中，都會涉及到科學(xué)史。其中，不僅有過去史，還有當代的科研人員的最新發(fā)現(xiàn)史。這不僅僅增加了生物課堂情境性和趣味性，使課堂的內(nèi)容得到極大拓展，更重要的是使科研人員鍥而不舍的求知精神得到極大提升，從而促進學(xué)生生物學(xué)核心。為了達到以上效果，高中生物教師將 HPS 教育模式融入到高中生物課堂中是必然趨勢。

參考文獻：

[1]陸嵐.HPS教學(xué)模式在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].溫州大學(xué)，2015.

[2]普通高中課程標準實驗教科書.生物2必修遺傳與進化[M].北京：人民教育出版社，2007：42-46.