HPS教育模式在高中生物教學中的運用

周琪

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

【關鍵詞】HPS教育模式;高中生物;遺傳物質

HPS教育是以建構主義理論為基礎的新型教育理念。將“科學史、科學哲學和科學社會學教育（History， Philosophy and Sociology of science teaching，HPS）”融入到“生命觀念、理性思維、科學探究及社會責任”中，來提高學生的生物科學素養，充分發揮生物學科特色，達到育人效果。高中生物教師通過HPS教育來有效培養學生的生物核心素養。高中生物課程中涉及HPS的內容很多，如：生命現象的發展歷程、學者對同一生命現象持有的不同論點和想法、生命科學理論與方法的更新，還有不同科目之間、以及科學與社會之間，在相互影響中不斷發展等。學生可以先從以往的經典實驗中模仿科學家們的思想方法，并逐步發展到自己可以獨立思考與發揮創新的能力。在學生了解科學家們不畏艱險，不斷進行科學探索的艱難歷程時，使學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，更能突顯出生物學科育人特點和新課改要求。

一、HPS教育模式

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

二、HPS教育模式的應用

HPS教學模式應用的目的是讓學生從復雜學科知

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

1.演示現象

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

2.引出觀念

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

3.學習歷史

HPS教學模式的核心環節之一是學習歷史，學生不但要掌握科學研究的不同實驗結論，更要了解科學史發展所處的時代背景。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。由于當時科學研究所處時代背景的局限性，以往的科學家有可能在研究中會形成一些現代人認為錯誤的論點。隨著科學研究的不斷深入發展，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，不斷完善前輩科學理論，更為后續的科學研究奠定基礎。

4.設計實驗

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

5.呈現科學觀念和實驗檢測

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

6.總結與評價

學生通過遺傳物質發展史的學習和探究，自己梳理實驗原理、實驗設計、實驗方法、實驗過程并自己總結和小組評價。學生在HPS教學模式學習的過程之中不斷提升總結能力，得到相關的生物科學知識的來源經驗，提升智慧，使其解決實際問題的能力得到了極大的增長。教師對學生的總結和評價給出合理的意見和建議，補足課堂遺留問題和不足，從而讓學生更好地理解科學的本質，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生對科學本質的理解，同時培養學生的科學精神和創造力。接觸生物學新教材的教師可以發現，在新教材中極為重視科學史教育地位。無論在章節的前沿，還是在章節內容中，都會涉及到科學史。其中，不僅有過去史，還有當代的科研人員的最新發現史。這不僅僅增加了生物課堂情境性和趣味性，使課堂的內容得到極大拓展，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，從而促進學生生物學核心。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教學模式在高中生物教學中的應用研究[D].溫州大學，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.