錢(qián)仁凱 程國(guó)勝

（巢湖市第二中學(xué) 安徽合肥 238000）

科學(xué)思維是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，也是學(xué)生認(rèn)知生命觀(guān)念、培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任的重要方法和手段?？茖W(xué)思維方法包括歸納與演繹、分析與綜合、抽象與概括以及批判性思維等。發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力和品質(zhì)是生物學(xué)教學(xué)的重要目標(biāo)之一。生物學(xué)是自然科學(xué)中的一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科，生物學(xué)學(xué)科的理科屬性與科學(xué)本質(zhì)決定了其精髓并不僅僅是展示學(xué)科的基本內(nèi)容，而更應(yīng)當(dāng)反映生命科學(xué)的本質(zhì)與規(guī)律，體現(xiàn)其應(yīng)用與發(fā)展?？茖W(xué)史記錄了人類(lèi)認(rèn)識(shí)科學(xué)、發(fā)展科學(xué)的探究歷程，也包含了解釋和反思科學(xué)本質(zhì)的歷史觀(guān)念，能夠很好地呈現(xiàn)生物學(xué)學(xué)科知識(shí)和知識(shí)生境之間的關(guān)系以及生命科學(xué)螺旋式發(fā)展的樣態(tài)。基于科學(xué)史建構(gòu)符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律和學(xué)科發(fā)展特點(diǎn)的教學(xué)模式，能促使學(xué)生認(rèn)知科學(xué)本質(zhì)，發(fā)展科學(xué)思維，培養(yǎng)科學(xué)品質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

1 HPS教學(xué)模式

HPS教學(xué)模式是英國(guó)學(xué)者孟克和奧斯本在總結(jié)教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的，以建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)、融合科學(xué)本質(zhì)教育的新模式。HPS即科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)（History、Philosophy and Sociology of Science）的簡(jiǎn)稱(chēng)。其中，科學(xué)史記錄了人類(lèi)認(rèn)識(shí)科學(xué)、發(fā)展科學(xué)的探究歷程，包含了解釋和反思科學(xué)本質(zhì)的歷史觀(guān)念和方法；科學(xué)哲學(xué)呈現(xiàn)了科學(xué)發(fā)現(xiàn)的規(guī)律梳理，為科學(xué)思維的形成提供了理論上的支撐；科學(xué)社會(huì)學(xué)強(qiáng)調(diào)了人文教育和科學(xué)思維的遷移應(yīng)用。HPS教育模式共有融入教學(xué)模式、互動(dòng)歷史小故事模式和適度模式3種模式。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為適度模式具有較強(qiáng)的可操作性，該模式共有6個(gè)環(huán)節(jié)（圖1）。

圖1 HPS教育適度模式流程

1.1 演示現(xiàn)象，提出問(wèn)題

創(chuàng)設(shè)情境是開(kāi)展有效教學(xué)活動(dòng)的基礎(chǔ)。教師在創(chuàng)設(shè)情境、導(dǎo)入新課時(shí)，可以向?qū)W生呈現(xiàn)科學(xué)發(fā)展史、科學(xué)故事及科學(xué)探究現(xiàn)象，如酶的本質(zhì)探究歷程、植物的向光性探究歷程、激素的發(fā)現(xiàn)過(guò)程等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望，并據(jù)此提出一個(gè)具有價(jià)值的問(wèn)題，為后續(xù)的探究活動(dòng)做鋪墊。

1.2 思考討論，引出觀(guān)念

針對(duì)前一環(huán)節(jié)提出的問(wèn)題，教師可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主思考、小組討論，提出自己的觀(guān)點(diǎn)。但此時(shí)，教師不宜過(guò)早地對(duì)學(xué)生的觀(guān)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)判。為了讓學(xué)生盡可能多的提出不同的觀(guān)點(diǎn)，教師可采用“頭腦風(fēng)暴法”，訓(xùn)練學(xué)生的發(fā)散性思維。

1.3 學(xué)習(xí)歷史，演繹探究

學(xué)習(xí)科學(xué)史、演繹科學(xué)探究過(guò)程是HPS教學(xué)模式的重要環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中，教師可通過(guò)多媒體課件等輔助設(shè)備介紹科學(xué)家的研究歷程，引導(dǎo)學(xué)生分析科學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程及結(jié)論，體會(huì)研究歷程中的科學(xué)方法，發(fā)展科學(xué)思維。

1.4 小組合作，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

教師組織學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案或建構(gòu)模型，以驗(yàn)證自己提出的觀(guān)點(diǎn)或者假設(shè)。學(xué)生在體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程中，提升歸納與演繹、分析與綜合、抽象與概括以及批判性思維等能力。在本環(huán)節(jié)的教學(xué)中，教師需要讓學(xué)生明晰：①對(duì)于科學(xué)現(xiàn)象可以有不同的解釋觀(guān)點(diǎn)；②通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)觀(guān)點(diǎn)的正確性。

1.5 呈現(xiàn)證據(jù)，實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)

教師可結(jié)合科學(xué)史向?qū)W生闡述關(guān)于該問(wèn)題的科學(xué)解釋和主流觀(guān)念，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)觀(guān)念轉(zhuǎn)變或者建立科學(xué)觀(guān)念。在本環(huán)節(jié)中，學(xué)生需要借助科學(xué)解釋來(lái)檢驗(yàn)自己的觀(guān)點(diǎn)，并通過(guò)搜集證據(jù)進(jìn)行辯證，最后得出結(jié)論。

1.6 總結(jié)評(píng)價(jià)，思維提升

通過(guò)總結(jié)與評(píng)價(jià)，學(xué)生不僅能夠獲得生物學(xué)學(xué)科知識(shí)，同時(shí)也能夠認(rèn)同人類(lèi)認(rèn)識(shí)科學(xué)、發(fā)展科學(xué)的探究歷程和解釋?zhuān)此伎茖W(xué)本質(zhì)的歷史觀(guān)念，更重要的是能夠在螺旋式上升樣態(tài)的科學(xué)認(rèn)知中，提高發(fā)展性學(xué)習(xí)能力，提升科學(xué)思維。

由上述過(guò)程可知，HPS教學(xué)模式與科學(xué)思維的培育存在高度的契合（圖2）。教師通過(guò)有機(jī)整合科學(xué)史和生物學(xué)概念的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生在探究、解決問(wèn)題的過(guò)程中，發(fā)展思維能力，建立和發(fā)展科學(xué)觀(guān)念。

圖2 HPS教學(xué)模式培育全面發(fā)展的人的實(shí)踐路徑

2 HPS教學(xué)模式的應(yīng)用——以“植物生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)”為例

2.1 演示現(xiàn)象，提出問(wèn)題

教師利用多媒體呈現(xiàn)具體實(shí)例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。例如，教師呈現(xiàn)“滿(mǎn)園春色關(guān)不住，一枝紅杏出墻來(lái)”的詩(shī)句和“金燦燦的向日葵朵朵向陽(yáng)開(kāi)”“黃山迎客松伸手迎接天下客”的圖片，并據(jù)此提問(wèn)：這些圖片體現(xiàn)了植物生長(zhǎng)的共性是什么？學(xué)生能夠說(shuō)出植物的向光性，教師進(jìn)一步追問(wèn)：導(dǎo)致植物向光性的原因是什么呢？

設(shè)計(jì)意圖：教師展示與植物的向光性相關(guān)的現(xiàn)象，再提出相關(guān)問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)的深度學(xué)習(xí)和思維訓(xùn)練奠定基礎(chǔ)。

2.2 思考討論，引出觀(guān)念

基于教師提出的問(wèn)題，學(xué)生進(jìn)行合作討論，提出自己的觀(guān)點(diǎn)：由于受到外界單側(cè)光的影響，植物出現(xiàn)了彎曲生長(zhǎng)。此時(shí)，教師不直接對(duì)學(xué)生的觀(guān)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)判，而是引導(dǎo)學(xué)生證明自己的觀(guān)念，并進(jìn)一步思考：植物向光性的內(nèi)在因素是什么？

設(shè)計(jì)意圖：教師基于情境問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生提出自己的解釋或觀(guān)點(diǎn)，進(jìn)一步探究植物向光性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

2.3 學(xué)習(xí)歷史，演繹探究

教師向?qū)W生展示科學(xué)史：科學(xué)家達(dá)爾文注意到了植物的向光性，并于1880年利用金絲雀虉草的胚芽鞘作為實(shí)驗(yàn)材料設(shè)計(jì)了一系列的探究實(shí)驗(yàn)。教師通過(guò)多媒體向?qū)W生呈現(xiàn)達(dá)爾文的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（圖3），引導(dǎo)學(xué)生分析：①基于科學(xué)實(shí)驗(yàn)的控制單一變量原則，哪些實(shí)驗(yàn)可以形成對(duì)照實(shí)驗(yàn)？②實(shí)驗(yàn)的自變量和因變量是什么？③實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是什么？學(xué)生小組合作討論交流，并完成表1的相關(guān)內(nèi)容。教師對(duì)學(xué)生討論的結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)：達(dá)爾文的實(shí)驗(yàn)證實(shí)胚芽鞘向光性的外因是單側(cè)光照，內(nèi)因是胚芽鞘尖端的存在，同時(shí)感光部位是胚芽鞘尖端。

圖3 達(dá)爾文的探究實(shí)驗(yàn)

表1 達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果

教師基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，向?qū)W生展示達(dá)爾文的假說(shuō)：胚芽鞘尖端受單側(cè)光刺激后，就向下部的伸長(zhǎng)區(qū)傳遞某種“影響”，造成背光面比向光面生長(zhǎng)快，因而使胚芽鞘出現(xiàn)向光性彎曲。達(dá)爾文推測(cè)這種“影響”可能是一種化學(xué)物質(zhì)。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證達(dá)爾文提出的假說(shuō)呢？

設(shè)計(jì)意圖：科學(xué)重視實(shí)證。教師通過(guò)展示達(dá)爾文運(yùn)用實(shí)驗(yàn)法探究植物向光性背后的原理的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。學(xué)生分析達(dá)爾文的實(shí)驗(yàn)，熟悉并掌握科學(xué)探究的一般思路和過(guò)程，發(fā)展科學(xué)思維。此外，教師引導(dǎo)學(xué)生分析達(dá)爾文提出的假說(shuō)，并討論如何驗(yàn)證假說(shuō)，為下一環(huán)節(jié)做好鋪墊。

2.4 小組合作，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

教師基于達(dá)爾文提出的假說(shuō)，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。教師用多媒體展示實(shí)驗(yàn)材料，學(xué)生進(jìn)行分組討論，設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行小組展示。教師通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的要素（表2），予以必要的指導(dǎo)。

表2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)意圖：科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)研究對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)有很大的操作難度。教師讓學(xué)生用圖文形式描述實(shí)驗(yàn)思路和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，也是讓學(xué)生“體驗(yàn)”科學(xué)探究、訓(xùn)練科學(xué)思維的有效途徑。以上探究實(shí)驗(yàn)從知識(shí)建構(gòu)上是遞進(jìn)式的，符合學(xué)生的邏輯推理，能夠有效提升學(xué)生的思維能力。

2.5 呈現(xiàn)證據(jù)，實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)

教師利用多媒體呈現(xiàn)其他科學(xué)家的后續(xù)實(shí)驗(yàn)（圖4），并對(duì)小組展示的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。各組得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。據(jù)此，教師說(shuō)明：達(dá)爾文的假說(shuō)被其他科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這種科學(xué)探究的方法就是“假說(shuō)—演繹”法。

圖4 教師提供的其他科學(xué)家的后續(xù)實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)意圖：科學(xué)史的滲透及關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)和研究成果的體驗(yàn)，能讓學(xué)生最大限度地與科學(xué)家“對(duì)話(huà)”，并能體會(huì)到，人類(lèi)的許多科學(xué)發(fā)現(xiàn)，是這樣經(jīng)過(guò)一代又一代人的探索，才一步一步地接近事實(shí)的真相?？茖W(xué)發(fā)展的一大步往往都是由每位科學(xué)家所取得的進(jìn)展小步匯合而成。據(jù)此，教師能夠幫助學(xué)生樹(shù)立科學(xué)的發(fā)展觀(guān)，發(fā)展科學(xué)思維。

2.6 總結(jié)評(píng)價(jià)，思維提升

教師總結(jié)學(xué)生的探究活動(dòng)，并進(jìn)一步提供相關(guān)的科學(xué)史內(nèi)容：1931年，科學(xué)家郭葛首次從人的尿液中提取出了具有生長(zhǎng)素效應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)并分析其化學(xué)本質(zhì)為吲哚乙酸。1946年，科學(xué)家才從植物體內(nèi)提取分離出了生長(zhǎng)素，并進(jìn)一步確定其化學(xué)本質(zhì)為吲哚乙酸。據(jù)此，教師引導(dǎo)學(xué)生分析植物向光性的原因，并完成表3的相關(guān)內(nèi)容。

表3 植物向光性的分析模型

設(shè)計(jì)意圖：在總結(jié)階段，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)植物向光性的原因，使得學(xué)生不僅能夠獲取知識(shí)層面上的進(jìn)階，而且得到了科學(xué)方法層面上的思維訓(xùn)練。

3 結(jié)語(yǔ)

基于HPS教學(xué)模式培育全面發(fā)展的人的實(shí)踐路徑分析，從科學(xué)歷史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)方法3個(gè)層面發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維、培養(yǎng)學(xué)生的思維習(xí)慣是提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑。HPS教學(xué)模式能達(dá)成科學(xué)史與生物學(xué)概念的有效融合，避免了知識(shí)的直接呈現(xiàn)，讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題中形成科學(xué)概念，在親歷科學(xué)探究過(guò)程、體驗(yàn)科學(xué)探究方法中，領(lǐng)悟科學(xué)思維方式，發(fā)展科學(xué)思維，提升思維品質(zhì)。