作者簡介：陳曉霞（1995～），女，漢族，浙江金華人，杭州上海世外中學，研究方向：科學教育。

摘 要：基于HPS教學理念，將科學史融入教學中，幫助學生更好地理解教學內容，提高學生的科學素養(yǎng)。文章以浙教版“地球表面的板塊”為例，重現(xiàn)科學史，使學生順著科學家的軌跡，先觀察，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象，作出假設，再尋找證據(jù)得出結論。同時，利用自制教具和模擬實驗探究現(xiàn)象，使學生深度學習，自主構建知識體系。

關鍵詞：HPS；科學史；科學素養(yǎng)；地球表面的板塊

中圖分類號：G633 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8918（2023）18-0011-04

在初中科學教學中，講授涉及科學史的課程時，學生對概念的理解和運用是大多數(shù)教師關注的重心。教師經(jīng)常直接告訴學生科學家的結論，而不是陪學生一起重新走科學家的路，感受科學探索的魅力。這種講授方法雖然能夠短時間內有效地實現(xiàn)知識和技能目標，節(jié)省了很多時間，但并不一定促進學生理解科學的本質。其結果是學生只是在知識層面上接受，無法深入體驗科學家的理論探索整個過程，情感態(tài)度和價值觀也未必得到相應的發(fā)展。

HPS教育是“科學史（History of Science）、科學哲學（Philosophy of Science）和科學社會（Sociology of Science）”教育的簡稱?！捌渲荚跀U展科學教育的視野和科學教育的內容，提倡從科學史學、科學哲學、科學社會學等多個視角來篩選、編排科學教育內容，以期使科學教育能真正、有效和全面地提高學生的科學素養(yǎng)”。基于HPS教學模式，筆者對浙教版七年級上冊第三章第六節(jié)“地球表面的板塊”一課的設計進行了嘗試，讓學生在知識學習的同時親身感受科學家提出一個理論所經(jīng)歷的艱辛，使學生能進一步理解科學本質。

一、 深入研究教材，把握學生起點

“地球表面的板塊”是浙教版初中科學七年級上冊第三章“地球與宇宙”的第6節(jié)，其科學知識隸屬于《義務教育科學課程標準（2022年版）（7～9年級）》內的地球系統(tǒng)——地球內部圈層和地殼運動。在學習本節(jié)內容前，學生已經(jīng)學習地球內部結構、地殼變動和火山地震，而本節(jié)內容主要分為三部分：“大陸漂移說”“海底擴張說”和“板塊構造學說”。學習本節(jié)內容能幫助學生更進一步地了解和理解地球的內部結構，同時，了解這些內容可以幫助學生更加深入地理解地殼變動（如地震和火山等）的根本原因，為后續(xù)的地形、地貌的學習提供了知識基石。人類認識的歷史是一個科學發(fā)現(xiàn)的歷史，要深層次地理解地球表面的板塊，就必須從人類的最初認識開始，通過以科學歷史為主線，真實呈現(xiàn)科學發(fā)展的過程，培養(yǎng)學生對科學本質的探索和理解，從而培養(yǎng)學生的科學核心素養(yǎng)。

學生在小學5年級上冊第3單元第2節(jié)“地球內部運動引起的地形變化”中學習了六大板塊，已經(jīng)初步了解了大陸漂移學說和板塊構造學說的內容，為本節(jié)課的學習奠定了基礎。但由于本節(jié)內容遠離學生生活，在生活中，學生缺乏實物感受，要求他們具備較強的空間想象能力不現(xiàn)實。由于感性認知不足，學生對學說缺乏充分認同感。同時，學生難以區(qū)分假說、規(guī)律和理論，對假說的含義等缺乏理解。

二、 精心設計任務，引導深入學習

日常教學中，教師應強調知識獲取的過程而非結果，將學生的個體發(fā)展作為基本立足點，主線教學以自主探究為中心。以下案例強調情感引導，基于真實場景問題的引導來激發(fā)學生的興趣和學習動力，再通過科學史的引導來訓練學生的邏輯思維，以培養(yǎng)其獨立思考能力。最后，通過概念遷移的方式，將新概念引入學生的認知結構中，并通過解決真實生活問題的方式來鞏固和遷移概念。以下的案例中，筆者將使用直觀演示教學法、師生互動教學法等多種教學方法。同時，特別注重引導學生使用自主探究法和合作交流法兩種學習方法，使學生以課堂主體的身份全程參與教學過程。

（一）創(chuàng)設情境，激發(fā)興趣

興趣是最好的老師，教師通過設立貼近學生日常的小活動，激發(fā)學生的興趣。同時也為后續(xù)的內容的展開奠定了基礎。

教師展示披薩，讓學生去判斷這小塊披薩是從哪塊大披薩中切下來的。

教師追問：“你判斷的證據(jù)是什么？”

學生回答：①外形一致；②比薩的食材（成分）相同。

教師總結：同學們尋找披薩的同時其實就是經(jīng)過了觀察，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象，作出假設，再尋找證據(jù)得出結論幾個環(huán)節(jié)。

（二）順延軌跡，探尋理論

激發(fā)學生疑問，引發(fā)學生思考，引導學生主動去尋找證據(jù)，分析現(xiàn)象，用嚴謹?shù)倪壿媮硗评斫Y論。在探尋的過程中，學生能自然地學習相關的科學研究史是大陸漂移學說、海底擴張學說、板塊構造學說的發(fā)展歷程。

1. 大陸漂移學說

教師提前張貼各大洲的世界地圖，請學生觀察世界地圖中各大洲的輪廓。

教師提問：“你們發(fā)現(xiàn)了什么？”再根據(jù)自己的觀察，對世界地圖中的各大洲進行拼合。

根據(jù)拼合后的現(xiàn)象，學生大膽地猜想：“所有大陸曾經(jīng)是連成一片的，后來經(jīng)過分裂、漂移，直到現(xiàn)在的位置。”

教師引導學生聯(lián)想比薩的小活動，通過披薩的拼合比喻大陸的拼合：外形→輪廓，食材→巖層、生物、化石。

教師提問：“如果要驗證猜想，你會從哪方面尋找證據(jù)來？”

學生回答：“①外形；②內部構造?！?/p>

教師介紹：早在1910年科學家魏格納就發(fā)現(xiàn)了這個現(xiàn)象，但他并不止步于猜想，他收集資料、小心求證，去各地尋找證據(jù)。請學生通過閱讀課本、觀看視頻尋找魏格納發(fā)現(xiàn)的證據(jù)并完成學習單——任務一（見下圖）。

教師介紹：魏格納在1915年得出了大陸漂移學說：

（1）全球的陸地在2億年前還是彼此相連的一個整體；

（2）由于受到力的作用，才不斷分離并漂移到現(xiàn)在的位置。

2. 海底擴張學說

通過視頻、模擬實驗等方法，引導學生自主地對“大洋中脊形成及巖石的年齡分布”進行探究，引發(fā)思考。在探究過程中，不斷尋找證據(jù)，用嚴謹?shù)倪壿媮硗评斫Y論，再學習相關的科學研究史是海底擴張學說的發(fā)展歷程。

教師提問：“你們對大陸漂移學說有什么疑問嗎？你完全認同這個學說嗎？”

學生回答：“不認同，不知道這個力是什么力。”

教師介紹：當時魏格納并不能解釋地球內力的問題，直到半個世紀后，隨著聲吶技術和地磁學的發(fā)展，科學家發(fā)現(xiàn)了兩個現(xiàn)象：

現(xiàn)象一：“海洋生物距今有5億年歷史，而海底的巖石卻很年輕，有些巖石只有一億多年的歷史。”

現(xiàn)象二：“海底洋殼巖石的年齡分布，大洋中脊處年齡最輕，越往兩邊，年齡越大。”

學生活動：基于現(xiàn)象，請小組討論——這些現(xiàn)象可能是如何形成的？

信息提示：

（1）巖漿從地殼裂縫處噴發(fā)出來，在兩邊冷卻后形成了什么？

（2）新的巖漿繼續(xù)噴發(fā)，會對兩邊的巖石造成什么影響？

教師提供學生三個學習支架：①地球內部結構圖；②視頻動畫——模擬巖漿從大洋中脊噴出、凝固；③模擬實驗（見下圖）。

教師引導學生根據(jù)學習支架，完成任務二（見下圖）。

赫斯和迪茨在1962年提出海底擴張說：

“（1）在大洋中部形成一個地殼裂縫（稱洋中脊），那里熱的地幔物質不斷上涌出來，把洋殼上較老的巖石向兩邊不斷地推開。”

“（2）在洋殼上方的大陸地塊，像在輸送帶上一樣被推著一起向兩邊移動?！?/p>

教師提問：“海底擴張學說的出現(xiàn)使原來不被學界所認可的‘大陸漂移學說又得到了空前的重視。這是為什么？”

學生回答：“解決了動力來源的問題。”

教師介紹：“很遺憾，魏格納看不到這個結果了，早在1930年，魏格納為科學探索而獻出了生命，長眠在格陵蘭島的風雪中，其精神值得我們學習。”引發(fā)學生的情感共鳴，感知科學家魏格納迎難而上、不畏艱難的奉獻精神。

3. 板塊構造學說

根據(jù)已有的知識和材料設計了板塊張裂和碰撞模擬實驗，引發(fā)學生的觀點和思考是用板塊構造學說內容解釋現(xiàn)實中的現(xiàn)象。同時，學生根據(jù)所學的內容對現(xiàn)實生活中的現(xiàn)象分析、解釋。

教師提問：“輪船在水上漂，大陸是在什么上漂移的？”

學生回答：“軟流層?！?/p>

教師提問：“軟流層之上是什么？”

學生回答：“巖石圈?！?/p>

教師總結：“因此漂移的并不是大陸，而是巖石圈。”

教師介紹：基于大陸漂移說和海底擴張說，科學家創(chuàng)建了一種新的學說——“板塊構造學說：以海嶺、海溝和巨大的山脈等為分界線，將地球的巖石圈被分割成六大板塊?！?/p>

學生活動：閱讀課本，自主學習板塊構造學說的主要觀點并完成任務三（見下圖）。

學生活動：模擬實驗——板塊碰撞和張裂，感受板塊碰撞和張裂的過程。

學生活動：學以致用——根據(jù)板塊構造學說，結合地圖，嘗試解釋以下問題。

①你能從板塊運動的角度解釋下面的現(xiàn)象嗎？珠穆朗瑪峰現(xiàn)在仍以每年0.33～1.27厘米的速度在升高、東非大裂谷不斷張裂，形成海洋。

學生回答：“因為印度洋板塊和太平洋板塊不斷發(fā)生碰撞，所以珠穆朗瑪峰在以0.33～1.27厘米的速度在升高。”

學生回答：“東非大裂谷不斷張裂是非洲板塊和印度洋板塊不斷張裂的結果?！?/p>

②對比全球地震火山帶分布圖和全球六大板塊示意圖，你發(fā)現(xiàn)了什么？

學生回答：“全球地震火山帶分布圖基本上分布在板塊與板塊的交界處?！?/p>

（三）拓寬視野，感知魅力

激發(fā)學生的思維，讓其感到科學是一個不斷開拓的體系，不僅在廣度和深度方面不斷進展，而且現(xiàn)有結論也有可能需要修正，是一個不斷探索的進程。

教師介紹：“今天這節(jié)課，我們沿著科學家的足跡，從現(xiàn)象入手，再不斷尋找證據(jù)來檢驗自己的推測。1968年提出六大板塊學說，現(xiàn)在又有新的證據(jù)表明，全球并非只有六個板塊?！?/p>

教師總結：“我們的科學正在不斷發(fā)展，新證據(jù)的發(fā)現(xiàn)會不斷證實以前的假說，甚至會推翻現(xiàn)在的理論和學說。我們現(xiàn)在所學的一切正確的科學知識，在未來又會怎么樣？大家都不得而知。我想這就是科學最有魅力的地方?？茖W向未來，未來就在你們的手上?！?/p>

三、 深刻思考過程，學習正在發(fā)生

教學與理論結合，貫徹課程標準要求，使教師深刻理解課程內容，更好地教授科學史?！癏PS教學過程中采用建構與對話的方式，讓學生全身心地沉浸在學習中，加深了對科學史的理解，并將科學史與教學緊密結合”。

任務的呈現(xiàn)，學生的專注都基于教師運用了不同的過程與方法，如邏輯推理、運用模型和模擬實驗等。學生通過學習了解了大陸漂移學說、海底擴張學說和板塊構造學說的基本內容和相應的證據(jù)，并可以用這些知識解釋地球上某些現(xiàn)象的原因。以上課堂過程，在情感、態(tài)度和價值觀方面，學生也得到了升華。首先，學生領悟到假說在科學發(fā)現(xiàn)史中的重要作用，意識到科學知識的不確定性和變化性。其次，學生感受到了科學知識的本質，即不斷發(fā)展與變化，不斷推動人類認識世界的進步。這種科學思維方式有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和批判思維能力，從而更好地應對未來的挑戰(zhàn)。

HPS理論在日常教學中的應用，有助于學生更好地學習和應用科學知識，培養(yǎng)其質疑、探索的科學精神?？傊癏PS教學模式以促進學生領悟科學探究本質為主，為學生樹立合理的科學態(tài)度與觀念，推動學生學會思考、學習、批判和創(chuàng)造，進而提升學生的學科核心素養(yǎng)”，正如法國著名物理學家朗之萬所說：“在科學教育中，加入歷史的觀點是有百利而無弊的，教師若可以合理、適當?shù)貪B透物理學史，恰當運用HPS教學模式進行教學，將會取得良好的教學效益。”我們應該深刻認識到，培養(yǎng)學生的能力比僅僅獲取知識更重要。應用HPS理論，結合實際情況，使課堂教學更具特色，探究的本質才能更加清晰。課堂將會充滿探究的熱情，培養(yǎng)出更多未來的科學家。

參考文獻：

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