运用HPS教学模式开展高中生物教学的实践研究

张凌霞 漳州一中 福建漳州 363000

1 HPS教学模式的界定

HPS是科学史和科学哲学（History of Science and Philosophy of Science)的英文缩写，随着社会的发展，又将科学社会学纳入HPS教育中，这样HPS就包含科学史、科学哲学、科学社会学。HPS教学模式是由孟克和奥斯本提出的，学习的课题包含科学史上某一科学家曾经研究的自然现象。该教学模式包括6个基本环节：演示现象、引出观念、学习历史、设计实验、呈现科学观念和实验检验、总结和评价。

2 在高中生物教学中运用HPS教学模式

高中生物教材在呈现知识时，通常以历史上中经典的科学实验为线索，通过陈述经典的科学实验，构建知识的发生发展历史过程。这其中蕴含科学思维方法、科学精神。如若在教学过程中教师能很好地利用科学史，不仅能活跃课堂气氛，让更多的学生参与进来，体验科学研究带来的乐趣，也能更好地掌握科学的本质。笔者以“孟德尔的豌豆杂交实验（一）”教学为例，开展HPS教学模式的实践。帮助学生理解本节课的核心概念，也是本节的难点：杂交实验中子二代性状分离比为3:1，基因型比例为1:2:1，以及出现这样分离比的条件。

2.1 演示现象

展示资料：紫茉莉纯合红花与纯合白花的杂交后代全部开粉红花。提问：紫茉莉的花色是怎么遗传的？

学生可能会回答：后代紫茉莉开粉色的花是因为双亲的遗传物质在子代体内发生混合，使子代表现出介于双亲之间的性状。像牛奶加咖啡，属于融合遗传。也有可能回答：虽然后代紫茉莉开粉色的花，但双亲的遗传物质（基因）在子代基因独立遗传（初中学习过相关的遗传学知识），基因表达的结果导致后代紫茉莉开粉色的花。

学生对该现象的解释能很好地暴露与遗传相关的前概念。

2.2 引出观念

本环节笔者旗帜鲜明地提出本节课的核心观念（分离定律）：在生物的体细胞中，控制同一性状的遗传因子成对存在，不相融合；在形成配子时，成对的遗传因子发生分离，分离后的遗传因子分别进入不同的配子中，随配子遗传给后代。

2.3 学习历史

本环节是HPS教学模式的核心环节，学生在教师的引领下，通过资料分析，回答教师提出的问题串，沿着科学家的脚步探寻科学的本质。

在本环节的教学过程中，笔者呈现给学生以下资料：资料1孟德尔用于杂交实验的材料（豌豆、山柳菊）豌豆花的大，既有雌蕊又有雄蕊，闭花传粉；有容易观察的相对性状。山柳菊花小，没有容易区分、可以连续观察的相对性状，能有性生殖和无性生殖。设置问题串：用豌豆作杂交实验的材料有哪些优点？实验材料的选择在科学研究中起怎样的作用？

资料2 豌豆的人工异花传粉过程。问题串：豌豆人工异花传粉时母本要在什么时候去雄？豌豆人工异花传粉时为什么要套袋？什么时候套袋？自然界中的豌豆为什么一般是纯种的？

资料3高茎豌豆和矮茎豌豆的杂交实验过程。问题串:为什么子一代都是高茎？为什么子二代中矮茎性状又出现了呢？对相对性状的豌豆遗传实验是否符合当时的“融合遗传”观点?为什么?如果后代数量很少，子二代的性状分离比还会接近3:1吗？

引导学生回答问题，质疑融合遗传理论，尝试着沿着孟德尔的脚步，构建新主张（孟德尔的假说）：遗传因子是独立存在的，互不融合，也不会在传递过程中消失。但学生对于孟德尔假说的其他内容（体细胞中遗传因子成对存在；在形成配子时，成对的遗传因子彼此分裂，分别进入不同的配子中；受精时，雌雄配子随机结合）的提出有一定的困难，笔者通过讲授法告知学生。

在本环节的教学过程中，笔者通过一些数据强调孟德尔研究过程的艰辛、态度的严谨：独自做了8年的豌豆杂交实验、1万多株豌豆、一朵花一朵花地去进行杂交操作，准确记录大量数据等等。学生很容易感受到其中的信息：科学研究过程必须具备严谨的科学态度(比如准确记录实验结果)，还要有毅力、有顽强的科学精神，只有具备这些科学家养，科学研究才有可能取得成功。

教师通过提问及资料呈现引入对假说内容进行验证的学习：孟德尔的对分离现象的解释的核心是什么？这个解释是否正确呢？孟德尔又做了哪些工作试图让人信服这个观点呢？

资料4：孟德尔巧妙地设计了测交实验，让F1与隐性纯合子杂交。问题：假设孟德尔的假说是正确的，请你预测测交实验的结果。笔者通过引导学生回答问题，体验孟德尔在提出分离定律时严谨的逻辑推理过程，体会假说演绎法与归纳法的不同。

2.4 设计实验

孟德尔的假说是本节内容的核心，笔者通过引导学生设计性状分离比模拟实验，体验孟德尔的假说中雌雄配子随机结合，F2中才会出现3∶1的性状分离比。实验中用A、B两个盒子分别代表雌、雄生殖器官，盒子内的黑色、白色玻璃珠代表雌、雄配子，通过黑、白玻璃珠的随机组合，模拟雌雄配子的随机结合。笔者提出问题串引导学生思考：模拟次数太少是否会出现3:1的分离比？如果没有在下次摸球之前把拿出的玻璃球放进盒子，对实验结果有什么影响？如果将玻璃球换成不同大小的红豆和绿豆（红豆代表雌配子，绿豆代表雄配子）结果可能会如何？

2.5 呈现科学观念和实验检验

本环节要求学生能用语言表述出分离定律，在表述中可以使用术语，但要求学生解释术语，以明确学生是否真的掌握科学概念（观念）。

要求学生设计实验，检验分离定律。笔者提出问题：如何验证紫茉莉的花色遗传是通过遵循分离定律。学生能设计实验：方案1紫茉莉纯合红花与纯合白花的杂交，获得开粉色花的子一代，子一代自交，观察子二代紫茉莉的花色及比例。方案2紫茉莉纯合红花与纯合白花的杂交，获得开粉色花的子一代，子一代与白色个体杂交，观察后代的花色及比例。

3 HPS教学模式实践的反思和总结

HPS教学模式在运用过程中要结合讲授法，论证式教学；需要教师设置多个资料，设计了一系列问题引导学生思考、讨论，并在学生讨论、表述观点时用心倾听，了解学生观点，了解学生的困难；需要给学生提供充分的思考空间，深入到科学史的探究过程，真正的把课堂还给学生。