何城蝶 韋艷艷，2*

（1.廣西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 廣西桂林 541006）

（2.華中師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 湖北武漢 430000）

由于科學(xué)進(jìn)步、國(guó)家發(fā)展及課程改革的需要，國(guó)家提出教育要提高學(xué)生核心素養(yǎng)的要求。而高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)包括社會(huì)責(zé)任、生命觀念、科學(xué)探究、科學(xué)思維?？茖W(xué)思維的培養(yǎng)作為生物學(xué)核心素養(yǎng)“能力”培養(yǎng)的關(guān)鍵部分，在核心素養(yǎng)中占據(jù)的位置較為重要。且有實(shí)驗(yàn)表明HPS教學(xué)模式能夠有效提高學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)及科學(xué)思維的能力。下面主要以人教版高中生物學(xué)必修一第五章第四節(jié)“光合作用的原理和應(yīng)用”為例，探究及討論HPS教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維中的實(shí)踐應(yīng)用，以期為在教學(xué)過程中應(yīng)用HPS教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維提供教案參考。

1 HPS概述

HPS教學(xué)模式是一種把科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)內(nèi)容貫穿到整個(gè)教學(xué)過程中的前衛(wèi)的、目前熱門的教學(xué)模式。19世紀(jì)末，物理學(xué)家恩斯特.馬赫首次提出HPS的概念，緊接著大不列顛科學(xué)家孟克和奧斯本首先提出了HPS教育的基礎(chǔ)即HPS教學(xué)模式。HPS教學(xué)模式是HPS教育某一維度的內(nèi)容，該模式共有孟克與奧斯本提出的融入教學(xué)模式、琳達(dá)和杰姆斯提出的互動(dòng)歷史小故事模式和馬修斯提出的適度模式3種模式。因馬修斯的適度模式為大多數(shù)研究者認(rèn)可，且具有較強(qiáng)的可執(zhí)行性，所以以馬修斯的適度模式進(jìn)行研究。該模式主要包含如下6個(gè)步驟:

①演示現(xiàn)象。教師在上課前幾分鐘向?qū)W生陳述或者在電子白板上展示與本節(jié)課內(nèi)容相關(guān)的真實(shí)情境及現(xiàn)象。學(xué)生通過觀察、分析與討論這一情境及現(xiàn)象，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，思考此情境下將會(huì)產(chǎn)生并且亟待解釋的問題。

②引出觀念。教師用語(yǔ)言或者肢體動(dòng)作，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)情境下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出自己的解釋及觀念。

③學(xué)習(xí)歷史。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，教師要事先查找資料，并向?qū)W生認(rèn)真介紹早期科學(xué)家們?cè)谘芯窟@一實(shí)驗(yàn)時(shí)的不同觀點(diǎn)及一系列不斷接近答案的解釋。這一環(huán)節(jié)的主要目的是引導(dǎo)學(xué)生討論科學(xué)家由于當(dāng)時(shí)所處環(huán)境的局限性而產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不完整，用心感受并知曉科學(xué)技術(shù)是持續(xù)前進(jìn)的。

④進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。教師根據(jù)學(xué)生在教室就坐位置按照就近原則進(jìn)行分組，布置討論任務(wù)。不同的學(xué)習(xí)小組挑選不同的科學(xué)家的觀點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理和具體的實(shí)驗(yàn)步驟及過程，用于驗(yàn)證該科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

⑤科學(xué)觀念的顯示和實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的分享，選取存在較大疑惑的且學(xué)校能滿足實(shí)驗(yàn)要求的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用步驟④中所提出的實(shí)驗(yàn)過程及步驟開展實(shí)驗(yàn)，將課本中文字化的知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)的真相，用以幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)觀念的轉(zhuǎn)變從而相信科學(xué)。

⑥總結(jié)與評(píng)價(jià)。在最后的這一環(huán)節(jié)，教師處于主導(dǎo)地位，調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂的主人翁意識(shí)，積極引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)在科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生過程中所獲得的概念性知識(shí)及所涉及的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟等的設(shè)計(jì)思路。

2 HPS教學(xué)模式在高中生物學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐

以人教版高中生物學(xué)必修一教材“光合作用的原理和應(yīng)用”為例子，闡明怎樣采用HPS教學(xué)模式在生物學(xué)實(shí)際教學(xué)過程中使學(xué)生的科學(xué)思維得以提升。

2.1 演示現(xiàn)象，激發(fā)問題

通過具體的問題情境導(dǎo)入新課。教師在電子白板上展示光合作用的原理和應(yīng)用的全過程動(dòng)態(tài)Flash，提出疑問:綠色植物在光照條件之下到底制造了何種物質(zhì)？這種物質(zhì)的合成需要用什么物質(zhì)作為原料？教師利用問題抓住學(xué)生的好奇心，繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生觀察動(dòng)畫，并追問:植物的生長(zhǎng)生活需要養(yǎng)料，但是這些養(yǎng)料從何而來呢？什么條件之下才能更新空氣呢？氧氣又是在什么時(shí)候什么階段產(chǎn)生的？

教師通過層層設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)光合作用的原理和應(yīng)用的內(nèi)容進(jìn)行逐步深入的思考，促成學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的探索的欲望。在此過程中，教師注意學(xué)生的參與情況，要促進(jìn)學(xué)生都能表述自己的想法，不能因?yàn)橼s課時(shí)，而隨意點(diǎn)一兩名學(xué)生回答問題。在這一過程中，教師著重培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)的問題情境中發(fā)現(xiàn)重點(diǎn)問題的能力。

2.2 引出觀念，精練總結(jié)

針對(duì)演示現(xiàn)象中有關(guān)光合作用的原理和應(yīng)用的具體問題，教師調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，鼓勵(lì)并引導(dǎo)學(xué)生勇于表達(dá)自己的見解。學(xué)生對(duì)以上問題的回答各有千秋。教師要多提問幾個(gè)學(xué)生，帶領(lǐng)學(xué)生求得真知并適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生用簡(jiǎn)短的一句話引申出粗略的光合作用的概念:綠色植物在光環(huán)境下合成氧氣的過程就是光合作用。通過此過程，學(xué)生的概括總結(jié)能力得以提升。

2.3 學(xué)習(xí)歷史，掌握科學(xué)的發(fā)展

課前，教師告訴學(xué)生光合作用的原理的發(fā)現(xiàn)是歷經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間由多位科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)逐步證明的。學(xué)生分組，借助網(wǎng)絡(luò)或者圖書館里的書籍，收集某位科學(xué)家的關(guān)于“光合作用的原理和應(yīng)用”研究過程的史料，課上進(jìn)行展示。此過程中，教師要告訴學(xué)生展示要求:實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論、其結(jié)論是否遭受其他科學(xué)家的質(zhì)疑等。展示內(nèi)容主要包括小白鼠與綠色植物共存的實(shí)驗(yàn)是由英國(guó)科學(xué)家普利斯特利發(fā)現(xiàn)的，他通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，植物通過生長(zhǎng)能夠凈化原本污濁的空氣。比利時(shí)化學(xué)家、生物學(xué)家范·海爾蒙特探討支持植物茁壯生長(zhǎng)的養(yǎng)料從何而來，因此他進(jìn)行了柳樹的種植實(shí)驗(yàn):種植前稱量烘干后的土壤的重量及柳樹的質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后繼續(xù)測(cè)量烘干后的土壤的重量及柳樹的重量，前后數(shù)據(jù)對(duì)比得出植物的養(yǎng)料來自水和土壤這一結(jié)論。英格豪斯經(jīng)過500多次的實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論:植物中只有綠葉能在光照條件下更換空氣。英格豪斯的實(shí)驗(yàn)是對(duì)普利斯特利實(shí)驗(yàn)的二次證明與拓展延伸，促進(jìn)了光合作用的發(fā)現(xiàn)。后來，隨著時(shí)間的推移生物技術(shù)得到了發(fā)展，物質(zhì)組成可通過儀器測(cè)定，證明了綠色葉片在光下釋放了氧氣，吸收了二氧化碳。1845年，梅耶根據(jù)能量守恒發(fā)現(xiàn)光合作用能以光能為初始能源轉(zhuǎn)換為化學(xué)能并貯存于植物的某些物質(zhì)中。那究竟貯存于哪里呢？這引起了其科學(xué)家極大的好奇心。1864年，薩克斯通過植物遮光實(shí)驗(yàn)成功證明了綠色植物通過光合作用制造氧氣和淀粉；魯賓和卡門利用同位素標(biāo)記法為實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行探究，通過標(biāo)記H218O和C18O2兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明光合作用釋放的氧氣全部來自水。20世紀(jì)40年代，卡爾文同樣應(yīng)用同位素標(biāo)記法將14CO2提供給小球藻進(jìn)行光合作用，通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)明確了卡爾文循環(huán)途徑。教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課后的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生從大量的資料中收集有用資料的能力。

2.4 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，提升思維能力

教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)過程、結(jié)果及學(xué)校現(xiàn)有的資源，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā)，明確實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟并完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。根據(jù)學(xué)?，F(xiàn)有的資源能夠得以重現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)是薩克斯的植物遮光實(shí)驗(yàn)。教師要盡量多提出問題，供學(xué)生思考，促進(jìn)學(xué)生思維的提升。例如，薩克斯遮光實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?，?shí)驗(yàn)原理是什么？如果讓你進(jìn)行這一實(shí)驗(yàn)，你會(huì)怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟呢？教師要讓學(xué)生充分地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟的討論及展示，并根據(jù)學(xué)生的展示，引導(dǎo)出一個(gè)可行的簡(jiǎn)便的實(shí)驗(yàn)步驟。學(xué)生回答言之有理即可。教師要注重學(xué)生在課堂中的主人翁角色，只能引導(dǎo)學(xué)生不能代為作答。科學(xué)思維的能力會(huì)伴隨著學(xué)生的深入思考得以有效提升。

2.5 顯示科學(xué)觀念和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，掌握科學(xué)方法

教師引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)光合作用的概念。接著，學(xué)生根據(jù)概念，書寫光合作用的反應(yīng)式，深入分析伴隨著光合作用的發(fā)生而發(fā)生的物質(zhì)變化和能量變化的具體過程。并按照課堂上師生總結(jié)出的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn):

①課前，取一棵天竺葵，葉片用遮光片部分遮光進(jìn)行遮光一晝夜（饑餓處理），在此過程中實(shí)驗(yàn)材料的前期準(zhǔn)備由教師負(fù)責(zé)。

②去掉部分遮光的遮光片。

③將剪下的天竺葵葉片放入酒精中并水浴加熱進(jìn)行脫色處理。

④將脫色處理完后（葉片為白色）的天竺葵葉片從酒精中取出放入玻璃皿用清水進(jìn)行漂洗，漂洗完畢將葉片放入另外一個(gè)玻璃皿中，滴加碘液。

⑤觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生發(fā)現(xiàn)天竺葵葉片無遮擋光照部分變藍(lán)，而相反的遮擋光照部分不變藍(lán)。

通過討論，學(xué)生得出光合作用的原理和應(yīng)用中產(chǎn)生的有機(jī)物為淀粉這一結(jié)論。學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)將文字性知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^可見的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果還能學(xué)習(xí)科學(xué)的發(fā)現(xiàn)過程，掌握科學(xué)的方法。

2.6 總結(jié)與評(píng)價(jià)，理解科學(xué)本質(zhì)

首先，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納通過對(duì)光合作用的原理和應(yīng)用發(fā)現(xiàn)史的學(xué)習(xí)得出的光合作用的概念，并指出概念中重要的識(shí)記點(diǎn)。總結(jié)完畢后，教師引導(dǎo)學(xué)生找出科學(xué)史中部分科學(xué)家研究的局限性，并對(duì)上述局限性進(jìn)行探討，進(jìn)行情感教育，拓展思維的寬度。

3 生物學(xué)教學(xué)中應(yīng)用HPS教學(xué)模式的建議

（1）課前明確任務(wù)。教師引導(dǎo)學(xué)生利用一切可用資源查找與課堂相關(guān)的科學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)以及在大量的資料中收集可用資料的能力。

（2）課時(shí)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)。時(shí)刻不忘學(xué)生是課堂的主人，教師在課堂上要盡量多設(shè)置與真實(shí)情境相關(guān)的、與現(xiàn)實(shí)生活相聯(lián)系的問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，在思考中使思維深度得以提升，思維寬度得以拓展。

（3）科學(xué)史要具有針對(duì)性。對(duì)于科學(xué)史的學(xué)習(xí)，教師可以讓學(xué)生在課前尋找資料，在課堂上充分的展示，力爭(zhēng)做到人人參與。學(xué)生展示的科學(xué)史要具有針對(duì)性，而不是對(duì)科學(xué)史的簡(jiǎn)單羅列。教師可引導(dǎo)學(xué)生闡明科學(xué)史，明確每位科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否具有時(shí)代的局限性等。

（4）可以適當(dāng)開展科學(xué)史中蘊(yùn)含的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。教師要根據(jù)學(xué)?，F(xiàn)有的資源開展學(xué)生課堂實(shí)驗(yàn)，從而將文字化的知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的動(dòng)手經(jīng)驗(yàn)。

（5）引導(dǎo)學(xué)生對(duì)科學(xué)史的發(fā)展進(jìn)行總結(jié)。教師要使學(xué)生明確本節(jié)課的科學(xué)知識(shí)重點(diǎn)，并加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的情感熏陶，使學(xué)生了解每一個(gè)科學(xué)的發(fā)現(xiàn)都是科學(xué)家歷經(jīng)千辛萬(wàn)苦經(jīng)由科學(xué)的結(jié)論得出的，要學(xué)習(xí)科學(xué)家不畏艱難，勇于質(zhì)疑的精神。