HPS教育視角下中美初中化學教材比較研究

劉旭瑩，白鶴龍，杜 博，信佳興，4，葉董艷， 宋 肖

(1.長春師范大學化學學院，吉林 長春 130032；2.吉林省靖宇縣第七中學，吉林 白山 135200；3.北京師范大學南川附屬學校，重慶 408401；4.公主嶺市楊大城子鎮第二中學校，吉林 長春 136129)

自19世紀以來，世界各國對科學教育進行了一次次的改革，使科學教育不僅注重知識的傳授，更注重在培養學生的探究能力。如今，世界各國關注的重點在于對學生科學素養的培養，我國也提出初中化學以提高學生科學素養為主旨，學生能正確地把握科學規律、具備科學探究能力、理解學科本質、認識科學發展對社會的重要意義。

1 HPS教育的內涵與價值

HPS教育是一種融入科學史、科學哲學和科學社會學的教學模式。把HPS教育融入中小學科學教材中，帶領學生在科學探索的情境中追尋科學家的探索路線，為學生展示科學的演進過程和科學研究方法，尋求科學的內在本質，幫助學生初步形成科學觀，并感受科學對社會發展的作用，以此真正有效地提高科學素養[1]。

隨著科學教育的不斷革新與科學史的地位日益突出，眾多學者研究認為，學校的科學教育課程應包括科學史內容，通過科學史的學習，帶領學生跟隨科學家的腳步進入創設的歷史情境，加深學生對科學知識形成過程的認識。生動的科學史能夠感染學生，在潛移默化中培養學生的科學精神。

HPS教育看重科學哲學的培養，學生可以通過哲學思辨和科學探索，深入思考并了解科學的本質[2]，在科學探究中體會科學發展的過程，樹立正確的科學觀，從而提升科學素養。

科學受政治、經濟、文化等影響，科學知識的形成、發展和傳播都與社會密切相關，反過來，科學也在傳播中影響社會、服務于社會，由此塑造學生正確認識科學的功能，提高學生的社會責任感。

教材是教師教學與學生學習的重要參考書。美國的HPS教育理念早已滲入所用教材——《科學探索者》中，而我國的HPS教育起步較晚，研究還不夠系統與全面。因此，對我國人教版初中化學教材與美國教材進行比較，尋找兩國初中化學教材在HPS內容選擇與呈現方式上存在的差異，找出兩版教材的特點，并吸取借鑒，可以為我國初中化學教學提供參考。

2 中美初中化學教材中HPS內容對比分析設計

2.1 確定研究對象

選取人教版義務教育教科書《化學》和美國初中主流教材《科學探索者——化學反應》，兩套教材都被廣泛使用，具有典型性。而研究對象均選取了“物質構成”這部分內容，兩套教材中關于“物質構成”內容框架梳理見表1[3]。

表1 中美初中化學教材中關于“物質構成”的內容

2.2 選取HPS內容編碼

初中化學教材HPS內容分析，其基礎是對“科學史”“科學哲學”“科學社會學”三大類目的細分。通過HPS內容分類編碼，結合化學學科性質，得到化學學科HPS內容分析類目的操作編碼表，見表2。

表2 HPS內容維度分析類目的操作編碼表

3 中美初中化學教材中HPS內容比較與分析

3.1 HPS內容數量

通過表3可知，從HPS內容的總體數量來看，美國教材(40處)是我國教材(19處)的2倍多，可以看出美國教材在編寫中注重融入HPS理念。

表3 中美初中化學教材中“物質構成”HPS內容維度編碼統計

兩國教材的不同內容維度的占比由大到小依次為科學哲學、科學史、科學社會學，由此可見，兩國教材都注重培養學生對科學的認知和理解，形成化學思想，提升科學探究能力。但同時可以看出我國教材編寫上關于“科學史”“科學社會學”內容的缺失?；瘜W史中蘊含著科學思想、科學知識和科學家的探索精神，有助于學生理解科學方法，培養質疑與批判精神，發散思維，領會科學的本質，而科學社會學可以幫助學生感受到化學與社會、生活之間的緊密聯系。這兩處內容的缺少將無法更好地幫助對學生科學素養的培養。

3.2 HPS內容構成

兩國教材中“物質構成”的HPS內容統計見表4。通過比較可以看到兩國教材在“物質構成”的HPS內容選擇上有很多差異，我國教材有關科學史、科學社會學內容較少。

表4 中美初中化學教材中“物質構成”的HPS內容及呈現方式統計

“科學史”方面：我國人教版在講述相對原子質量時，以資料卡片的形式介紹了我國科學家張青蓮教授主持測定某些原子的相對原子質量新值，他的科學成就對學生學習化學起到榜樣示范作用，同時這部分內容有利于激發學生學習興趣以及培養學生的愛國情懷；在講述元素時，資料卡片中提到了道爾頓設計的元素符號以及元素中文名稱造字的規律，幫助學生拓寬視野，激發學習興趣；在元素一節最后的資料卡片里，介紹了道爾頓提出的原子論觀點，以及與原子論有聯系的化學史實，讓學生體會到理論的取得凝結了許多科學家辛勤勞動的成果。而美國教材的“科學史”部分更加豐富，近乎用一節的內容講解了原子結構和模型的發展歷程，讓學生系統地理解化學知識的形成過程；在講元素周期表時，介紹了許多化學家發現元素的小故事，擴大學生的知識面。

“科學哲學”方面：兩國教材在數量以及呈現方式上相差不大，在教材中都加入了探究實驗，除了讓學生知道“是什么”“為什么”[4]，還要讓學生知道“怎么做”，在探索中感受化學的實證性、預測性、邏輯性，從而體會化學的本質，形成科學意識，提高科學素養，可見兩國教材都重視對學生化學思想的培養。

“科學社會學”方面：我國教材在該部分內容是缺失的，體現出我國教材對化學的社會功能闡釋不足，難以讓學生體會到化學與社會的關聯。美國教材則主要介紹化學知識對生活的應用，體現化學能促進社會發展、改善人類生活，使學生理解化學學習的實用性。所以美版教材以此將化學與社會建立聯系，但社會對化學的影響沒有體現。通過比較可以看出兩國在“科學社會學”內容上都有所欠缺，社會學家認為科學是在社會環境中發展起來的，科學既受社會價值的影響，又影響社會價值，因此，將“科學社會學”思想融入教材是不可忽視的。

3.3 選取“原子構成”進行HPS內容對比

在“物質構成”單元中，“原子構成”這一部分內容十分重要。所以，在此選取“原子構成”進行更為詳細的比較分析。

有關“原子構成”的內容。在知識的結構上，我國人教版教材中，該部分內容在第三單元課題2“原子的結構”以及課題3“元素”的資料卡片中出現。而在美國教材《科學探索者——化學反應》一書中，該部分內容在第一章第一節“元素和原子”中出現。

從內容的難度上看，該部分我國教材的講解學生很容易理解，對道爾頓的原子理論以資料卡片的形式展現，僅要求學生了解即可?？梢钥闯?，我國初中化學教材注重基礎性，選擇的內容難度較淺，易于理解。而美國教材對原子構成的講述，是在許多科學家的探索過程中總結得出，對原子的構成講述得比較分散，且內容涉及粒子撞擊金箔、電子云等，學生在理解上可能存在困難。在講述科學家們對原子構成的推理時，有的科學家的理論被推翻或是被修改。可能導致學生混淆記憶，美國教材編寫更加注重拓展和延伸，該部分內容理解起來有一定難度，但是在這部分內容中，美國教材融入了很多HPS教育。

在內容的呈現方式上，我國教材在課題2中直接講述原子的構成，并附有圖片，并在課題3的資料卡片中展示出道爾頓提出的原子論觀點，在欄目中展示與原子論相關的化學史實，篇幅較少。而美國教材對于原子結構和原子論的敘述用了較大篇幅，將原子模型和原子理論的發展史以文本和圖片的形式展現給學生。書中涉及不少的科學人物，如道爾頓[5]、湯姆生、盧瑟福、波爾等，講述了他們對原子理論和模型的探索過程和邏輯推理思路。HPS教育強調以史實為基礎，從歷史的角度還原科學，體現出科學知識的發展性、預測性和創造性，為學生展現了科學探索的本質。科學家們的辯證唯物主義思想讓學生體會到科學知識在不斷地完善和更新，研究過程曲折而漫長，科學知識需要用辯證的目光去預測、積累和創新。

從對內容的選擇和表述上可以看出，我國教材重視學生對結果的掌握。書中直接介紹原子的構成，僅在資料卡片中對道爾頓提出的原子論作了簡單介紹，所以對HPS教育強調的科學史和科學哲學部分是缺失的，這使學生被動地接受知識，不了解科學知識的演變過程，無法體驗到科學家們探索科學過程和思路，也無法激起對科學探索的興趣。而美國教材通過指引學生追尋科學家的腳步對原子進行再次的探索、思考和分析，潛移默化地幫助學生建立批判性思維，增強創新意識，從中領悟科學探究本質，體會科學家們在探索中的艱辛和持之以恒的精神，以此形成正確的科學知識觀并提升科學素養。

由此可見，美國教材在“原子構成”這種過于理論性、抽象性的知識內容上，也能進行延伸和拓展，融入HPS教育理念，將“原子構成”與科學史、科學哲學緊密結合，添加人文色彩[6]，揭露科學本質，展現科學精神，幫助學生拓寬視野。所以，我國可以借鑒美國教材中的HPS內容，取長補短。

4 基于HPS的教學策略建構

4.1 結合教材內容，融入相關化學史內容

初中化學是學生正式接觸化學這門學科的起始階段，除了重視內容的基礎性，還需要把握教材的科普性。在符合學生認知發展規律的基礎上，教材可以適當地對知識進行拓展和延伸，增加化學史的介紹，將化學史上新物質的研究和發現過程作為HPS教育的素材。這樣不僅可以拓寬學生視野，更能帶領學生領會化學理論的形成過程，感受其中的科學精神。教師通過講述化學史發展過程、展示相關照片、節選化學家進行探索時遇到困難并解決的某一個探索片段等化學課堂情境的創設，給學生提供探索問題解決問題的氛圍，幫助學生進行積極的情感體驗，融入知識的學習探索過程。例如：在介紹侯氏制堿法時，不僅要介紹反應原理，更要將侯德榜制堿背后的故事講述給學生，學習他的愛國主義情懷以及敢于攻克難堅、以德報怨、勇于創新的高尚品德。在教學中融入化學史[7]，再現化學知識的形成過程，可以引導學生依照化學家的思維方式進行探索知識。如介紹“張青蓮與相對原子質量的測定”時，不局限于對研究成果的簡單介紹，而要完整地呈現出研究過程，讓學生體會到科學研究的艱辛與曲折，或者適當提供原始資料，使史料更有說服力，并引導學生積極進行自主調查、搜集資料，加強學生對化學史學習的重視程度[8]。

4.2 提煉隱含思想，增強科學哲學思想

教學中化學史的融入，也有利于“科學哲學”教育。了解科學家們探索知識的過程，可以讓學生直觀地感受到科學的批判性、發展性、累積性和創造性，并進行愛國主義教育。實驗環節一直是我國化學教學中看重的一部分，書中有教師演示實驗、學生自主探究實驗、家庭實驗，通過這些探究實驗，學生可以感受化學的本質，提升化學學習思維，落實化學核心素養。所以，教師在實際的教學當中，要注重每一個實驗探究，重在啟發與適當的引領，讓學生自主思考如何設計實驗、如何進行實驗、如何解決問題。在此過程中，教師可以鼓勵學生勇于創新，自制實驗儀器，嘗試使用不同原理進行實驗，預測設計后的實驗走向，讓課堂教學不局限于書本，帶領學生在充滿創造性的課堂情境中感受探索未知的快樂。在教學中，教師不能局限于課本上的知識，而要在教學中精心設計一個個教學情境，帶領學生觸碰科學哲學的精神內涵。例如在講述碳的燃燒產物時，不能只告訴學生氧氣充足生成二氧化碳，氧氣不足生成一氧化碳，而要與學生一起探究產物不同的原因，體會到化學中的量變與質變，在潛移默化中進行科學哲學思想的培養。

4.3 拓寬知識視野，領悟科學社會學

“科學社會學”的教學不可忽略，這是提升學生化學學習興趣的有效手段。為了讓學生更好地了解化學與社會的關系，可以在教材中增加“科學社會學”相關內容，將兩者相互影響部分的內容通過豐富多彩的方式進行呈現，讓學生直觀認識到科技與社會的相互關系，感受到化學促進社會發展、改善人類生活的重大作用，社會的需求也能促使化學得到不斷的發展和進步。通過典型案例的教學，可以幫助學生體會化學對社會生活的影響，以及化學的廣泛應用。例如，在《緒言》課中，可以引用《化學的今天和明天——一門中心的實用的和創造性的科學》這本書里的一部分精彩敘述：“從早晨開始，我們在用化學品建造的住宅和公寓中醒來，家具是部分地用化學工業生產的現代材料制作的，我們使用的肥皂和牙膏并穿上由合成纖維和合成染料制成的衣著，即使天然的纖維(如羊毛或棉花)也是經化學品處理過并染色的，這樣可以改進它們的性能?！庇纱?，讓學生感受到化學就在身邊。

5 結語

與美國教材相比，我國教材在HPS教育的呈現上還有很多需要思考的地方。教育工作者要重視HPS化學教學，探索化學學科HPS教學模式，將HPS教育中蘊含的科學探究方法和思維模式應用于教育教學當中，從而影響學生的學習習慣和思考方式[9]。要在教學中融入“科學史”“科學哲學”“科學社會學”，在教學中融入化學史，再現化學知識的形成過程，引導學生依照化學家的思維方式進行探索知識。

袁維新曾提出一般HPS教學模式，即“提出問題—引出概念—學習歷史—設計實驗—展示科學觀念和實驗檢驗—總結與評價”?？梢钥闯?，HPS教育并不是單純地把化學史等內容直接介紹傳授給學生，而是通過創設一個個情境進行教學，潛移默化地影響學生，幫助學生了解科學的本質，體驗科學的形成過程，感受科學精神，認識科學對社會發展的重要性，掌握應用科學的方法，提升解決實際問題的能力[10]。

將HPS教育融入實際的課堂教學，需要教師花費很多的精力。教師應加強對HPS化學領域的探索，豐富化學HPS教育知識，開發化學HPS教育資源，探索化學HPS教育模式并進行應用實踐，幫助學生靈活選擇不同的學習方式，讓HPS教育真正融入化學教學課堂。