［摘 要］大概念視域下基于HPS理念的科學教學將科學史、科學哲學、科學社會學等知識融入科學教學中，具體可分為五步：第一，創(chuàng)設情境，提出問題；第二，引發(fā)沖突，激活思維；第三，引入歷史，探尋歷程；第四，模擬實驗，直觀感知；第五，總結評價，知識遷移。學生的認知從“學科小概念階段”到“次位概念階段”再到“大概念階段”逐級提升。該教學模式引導學生從整體觀念建構的角度，對科學觀念和科學方法進行思辨和爭辯，進而實現(xiàn)對科學本質的領悟。

［關鍵詞］大概念；科學本質；HPS理念；地球表面的板塊

［中圖分類號］" " G633.98" " " " ［文獻標識碼］" " A" " " " ［文章編號］" " 1674-6058（2024）17-0096-04

一、研究背景

（一）初中生科學學習的現(xiàn)狀分析

目前初中科學所涉及的概念、定律和理論等知識大多較為繁雜，各知識點之間也缺乏系統(tǒng)的聯(lián)系，因此學生并不能很好地將各知識進行有機的整合，最終導致學生對一些科學知識的理解停留在表面，對科學本質的領悟也停留在粗淺的層次，甚至形成錯誤認知。

（二）與科學本質相關的大概念

哈·溫倫在《以大概念理念進行科學教育》一書中提出了14個科學大概念［1］，其中涉及科學本質的大概念分別是：探索自然現(xiàn)象的原因是科學的使命；科學上的解釋、理論和模型都是在特定的時期內與可獲得的實證最為吻合的；科學研究的目的之一就是創(chuàng)造服務于人類的產品；運用科學可能會對人類社會產生影響。

（三）HPS教育理念

HPS是History、Philosophy、Pociology of Science的簡稱。基于HPS理念的科學教學的核心思想是在科學課程中加入科學史、科學哲學、科學社會學的有關內容， 著力于促使學生領悟科學的本質，增強他們的創(chuàng)新和創(chuàng)造能力［2］。

二、大概念視域下基于HPS理念探尋科學本質的教學策略

大概念視域下基于HPS理念探尋科學本質的教學策略主要是將科學大概念中有關科學本質的部分與HPS 教育中的相關內容進行融合，進而形成滲透科學、社會、前沿科技等的學科知識為主要載體的教學范式。

該策略的基本步驟為：以真實情境為切入點來開展教學，關注理論研究的過程，在其中加入科學史的相關內容，促使學生在學習過程中感受科學的研究方法，正確的思維模式以及科學家堅持不懈、不屈不撓的精神，引導學生像科學家一樣進行研究，模擬他們研究的過程，使知識與方法、思維等同步進階。在學生的學習目標和已有的能力發(fā)展水平基礎上，有機地將科學的本質滲透到學生所學知識中，引導學生站在當時的歷史背景下去領悟科學家的思維、研究方法和科學精神，進而使學生的認知從“學科小概念階段”“次位概念階段”“大概念階段”逐級提升［3］。該教學策略建構圖如圖1所示。

三、教學過程

下面以“地球表面的板塊”一課為例，呈現(xiàn)大概念視域下基于HPS理念探尋科學本質的教學實踐，具體教學流程如圖2所示。

（一）創(chuàng)設情境，提出問題

首先，教師向學生展示世界地圖的模型，并要求學生仔細觀察南美洲和非洲的輪廓。學生通過觀察發(fā)現(xiàn)這兩個大洲的輪廓重合度較高，甚至可以嘗試拼接起來。隨后，教師拿出南美洲和非洲的模型，請學生親自動手拼接，同時輔以電腦動畫，讓學生更直觀地認識到這兩個大洲可以拼接成功。據(jù)此，教師引出魏格納的大陸漂移學說并提出問題：僅憑兩個大洲在輪廓上可以基本拼接起來就可以說這兩個大洲曾經是一個整體嗎？

評析：通過創(chuàng)設情境，讓學生自己動手操作，切身體會，從而使學生的思維從抽象到具體，為后續(xù)引發(fā)思維沖突做好鋪墊，并為學生正確領悟科學本質打下深厚基礎。

（二）引發(fā)沖突，激活思維

根據(jù)問題的討論結果，將學生分成兩組：一組學生為支持方，他們覺得既然兩塊大陸能夠拼接，那么已經具有了充分的證據(jù)去證明兩塊大陸曾經連在一起；另一組學生為質疑方，他們認為除此之外還應該有更多的證據(jù)，否則不足以體現(xiàn)科學研究的可信度。質疑組學生拿出兩張準備好的報紙來證明輪廓重合并不代表曾經就是一個整體（如圖3），這一簡單的實驗讓支持組學生瞬間理解了其觀點。

評析：學生觀點的呈現(xiàn)和辯論，可以很好地提升學生的思維能力，同時鼓勵學生設計實驗來證明自己的觀點，這也符合科學研究的一般步驟——從抽象到具體再到抽象的過程。

（三）引入歷史，探尋歷程

科學史一：基于學生的認知，教師順勢引入“大陸漂移學說”的科學史，并介紹魏格納經過不懈努力找到的支持自己學說的4大證據(jù)（如圖4）：（1）地形證據(jù)：非洲和南美洲的一些海岸線在某種程度上有著巧妙的對應，山脈的褶皺能契合在一起。（2）生物證據(jù)。非洲和南美洲在地理位置上相隔很遠，但是存在很多相似的生物。（3）化石證據(jù)。在南美洲、南極洲、印度和非洲等地都發(fā)現(xiàn)了舌羊齒化石。（4）氣候證據(jù)。北冰洋以北地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一些熱帶植物化石，在南非發(fā)現(xiàn)了冰川存在的痕跡。

評析：科學家的探究歷程是HPS教育必不可少的素材，教師可以利用科學史來讓學生更真實地感知科學家的探究歷程，從而更充分地領悟科學家的研究方法、思維過程等。

教師請學生勇敢質疑大陸漂移學說有哪些方面的問題還沒解決。有學生提出：大陸漂移學說沒有說明大陸漂移的動力來源。教師進而向學生介紹新的科學史。

科學史二：在1962年前后赫斯和迪茨經過多次的海底探測發(fā)現(xiàn)了大洋中脊（海嶺），在此基礎上科學家提出了海底擴張學說，這就很好地解釋了大陸漂移說的動力來源，即地幔對流（如圖5），為大陸漂移學說的發(fā)展提供了保障。

科學史三：1965年，加拿大地質學家威爾遜在“大陸漂移學說”“海底擴張學說”的基礎上創(chuàng)造性地提出了“板塊構造學說”。

評析：科學史的引入和介紹是HPS教學理論中非常重要的環(huán)節(jié)，教師可以步步深入地向學生介紹科學史，并在這個過程中讓學生嘗試扮演科學史的主角。該做法對于學生正確地領悟科學本質是大有好處的。具體設計思路如圖6所示。

（四）模擬實驗，直觀感知

對于板塊之間的運動形式，教師雖然可以通過動畫的方式展示給學生，但是不利于學生直觀感受板塊之間的運動。為此，教師可以讓學生進行模擬實驗，即利用手邊的材料來模擬板塊間的運動。具體安排如圖7所示：一組學生用兩本科學書進行撞擊，另一組學生用一本科學書與一本作業(yè)本進行撞擊，以此來模擬板塊之間的碰撞；同時還有一組學生通過輕拉科學書來模擬板塊之間的張裂。

評析：模擬實驗可以很好地展示一些復雜的過程，這也是HPS教育和大概念教學倡導的內容。讓學生親自動手設計并做實驗，對其思維和動手能力的提升有很大幫助。

（五）總結評價，知識遷移

教師首先向學生展示一則最新的科學發(fā)現(xiàn)：地中海在縮小，而紅海在不斷地擴張。其次，請學生進行小組討論，根據(jù)課本板塊構造圖來討論這個現(xiàn)象發(fā)生的原因。最后，對學生的解釋進行總結，并提出問題引導學生分析地球上類似現(xiàn)象的成因，比如大西洋的成因，日本地震和火山頻發(fā)的原因，印尼是多地震國家的地理緣由等。通過小組合作討論，學生能夠很好地領悟“板塊構造學說”，并用于解決現(xiàn)實存在的科學問題。

知識與思維的遷移本質上是一種思想的創(chuàng)新。知識遷移，就是將學到的知識從一個載體轉移到另一個載體的創(chuàng)造過程，這符合基于大概念的HPS教育理念。具體設計思路如圖8所示。

四、實踐反思

在初中科學的教學過程中，教師可以嘗試依據(jù)現(xiàn)有的實際情境提出相關的科學問題，讓學生可以親歷科學家探究科學的歷史發(fā)展過程，這樣學生的主觀能動性可以得到充分的發(fā)揮，同時邏輯思維和解決問題的能力也可以得到相應的提高，在新的維度理解科學的本質［4］。在實際應用時有以下幾點值得思考。

（一）創(chuàng)情境和激思維是基礎

在本節(jié)課的教學中，教師通過讓學生觀察地圖、展示動畫模擬等形式，讓學生身臨其境地體驗魏格納當初提出“大陸漂移學說”的初始情境，因此學生的代入感會很強。在實際教學中，很快就有學生提出了疑問，即要判斷兩塊大陸曾經連在一起僅憑所謂的大部分輪廓重合這一點是不具有足夠的說服力的?？梢?，這種教學模式有利于培養(yǎng)學生勇于質疑的精神，讓學生能夠理解科學理論知識是與發(fā)現(xiàn)該理論的歷史時期的證據(jù)最為吻合的，理解科學家探究的艱辛。

（二）科學史的尋找和引入是關鍵

在實際教學過程中，教師需要在教材之外尋找豐富的科學史，并要確?？茖W史的嚴謹性，同時結合學生的實際水平和發(fā)展特點來篩選適當?shù)目茖W史。教師還應采取恰當?shù)姆绞饺ヒ肟茖W史，讓它能較好地嵌入課堂，讓課堂流程順暢，如讓學生演繹歷史情境等。學生學習科學史不僅是為了學習歷史，更是為了學習其背后的科學本質，因此需要教師在引入科學史的過程中同步滲透科學家的思維過程、研究方法和探究精神，這樣學生的腦海中才會產生更深刻的認知。

（三）實驗設計與知識遷移是提升

學生在學習了科學史，并初步領悟了科學家的思維過程、研究方法和探究精神之后，再針對其中所產生的某些問題來設計實驗或是模擬實驗，會更有助于學生在實際操作中去運用這些研究方法和推理過程。同時，知識的遷移運用，即以所學知識來解釋生活中的現(xiàn)象或是解決生活中的問題，也是對科學本質進行再理解的一個過程。在這個過程中，學生對于科學家在探索過程中所用的科學方法、所具有的不屈不撓的精神、科學發(fā)現(xiàn)所經歷的曲折以及科學的本質都有了較深的理解。

［" "參" "考" "文" "獻" "］

［1］" 哈倫.以大概念理念進行科學教育［M］.北京：科學普及出版社，2016.

［2］" 蔡興鋒，朱琴梅.HPS教育在高中化學科學探究中的實踐研究［J］.化學教與學，2015（5）：10-12，31.

［3］" 劉徽.“大概念”視角下的單元整體教學構型；兼論素養(yǎng)導向的課堂變革［J］.教育研究，2020（6）：64-77.

［4］" 張晶. HPS 教育的五個主要特征及其對我國科學教育改革的啟示［J］.科學技術哲學研究，2010（1） ：92-96.

（責任編輯" " 羅" " 艷）