基于生物学科核心素养的HPS教学模式探索
——以“孟德尔豌豆杂交实验”为例

安凌燕

（新疆喀什大学附属中学，新疆 喀什 844000）

HPS教学模式具有很强的灵活性和包容性，能将科学史、科学哲学与科学社会学有机融合，既能有效地达成“三维”教学目标，又能强化学科思想方法教育[1]。当前，高中生物学科核心素养对学生的理性思维、科学探究能力和社会责任感等方面都提出了明确的培养要求，教师在传授生物学知识的同时，还应该注重培养学生的理性思维，提升学生归纳和概括知识以及进行科学探究的能力，使其掌握演绎与推理的逻辑思路、辨别迷信与伪科学。

1 HPS教学模式

HPS教学模式是指科学史（history of science）、科学哲学（philosophy of science）和科学社会学（sociology of science）相结合的一种教学模式，于二十世纪八九十年代由英国科学教育学者孟克和奥斯本提出，以建构主义理论为基础，提倡在中小学的理科课程中渗透科学史、科学哲学、科学社会学的相关内容，核心内涵是关于科学本质的认识[2]。生物科学史是生物科学家探究生物学问题及知识产生和发展的历史，具体包括科学家的生平简介及时代背景、科学实验的探究过程、科学知识及科学思想的变革、科学技术的改进等，完整记载了科学家探究自然和生命的过程，在生物教材中占有较大篇幅。

目前，由于高中生物课时紧张、理论知识复杂等，高中教师往往将教材中出现的科学史、科学社会学等内容可有可无地向学生介绍一番，就算给学生讲授，也往往将重点放在与理论知识相关的部分，介绍科学家科学研究艰辛历程，科学家思维模式形成、发展、变化等过程包含的人文价值被忽略；学生对待这类知识总是走马观花式地阅读，甚至忽略不计；高考试卷中也几乎不出现科学史内容，导致学生不重视这部分知识。在这种背景下，如果教师不能很好地利用科学史、科学社会学教育，在教学中穿插相关内容，充分利用其人文价值开展育人工作，就浪费了提升学生生物学科核心素养的机会。正所谓“重要的不是获得知识，而是发展思维能力和科学素养，是从科学家身上体味和学习宝贵的品质和精神”[3]，科学家的姓名、开展的实验等内容都会被慢慢遗忘，但科学家的思维、逻辑、方法、技能、优秀品质、精神、价值观等会给学生产生或多或少的影响，并在学生的学习、生活中发挥潜移默化的作用，最终还会内化成学生自身的能力、技能和内涵，伴随学生一生，这也是培养生物学科核心素养的作用，更是教育的最终目的。

2 HPS教学模式实践

2.1 课前预习，熟悉概念

将由20个概念（自花传粉、相对性状、性状分离、等位基因、基因型、测交等）组成的预习提纲和作业单提前发给学生，让学生进行预习，找到这些概念在书上的位置，再利用早自习的时间给学生观看讲解这些概念的微课，帮助学生熟悉和理解。

2.2 发现问题，创设情境

让学生观看有关孟德尔生平简介的短片，可以帮助学生拉近与遗传规律发现过程的距离，引起学生的学习兴趣，使其带着“为什么自己身上有些地方长得很像父母，但又不是完全一样的”“遗传的本质到底是什么”等疑问与老师一起扮演孟德尔，重走孟德尔“十年一系列实验，一篇论文开创新学科”的科学研究路。

2.3 合理假设，科学推演

带领学生一起穿越回19世纪中期奥地利修道院的后院，与孟德尔一起通过豌豆杂交实验探寻生物遗传的规律。以时间为序，让学生跟随孟德尔逐年开展实验，详细介绍孟德尔需要完成的每一项工作，推演孟德尔的思路，分析各阶段遇到的困难，并思考解决问题的办法。学生分小组讨论了孟德尔关于一对相对性状的杂交实验实施过程中每一年需要完成的具体操作和记录的数据，各小组收集数据后进行整理，通过思考、讨论总结出自己的结论，过程如表1所示。

表1 假设推演过程

2.4 验证假设，得出结论

孟德尔的所有解释都是个人假说，而生物作为自然学科离不开实验的验证，所以孟德尔又巧妙地设计了测交实验来验证自己的假说。他先用假说的思路推演出测交实验可能出现的子代性状类型和比例，再进行测交实验来验证自己的推演，若测交实验的结果与推演的结果一致，证明假说正确，这就是科学研究的方法—假说演绎法，分离定律也由此诞生。孟德尔又遵循从简单到复杂的规律，开展了两对相对性状的遗传实验研究，仍然使用假说演绎法，并使用棋盘法来分析F2的基因组成，最终总结出自由组合定律。

3 教学反思

3.1 培养学生的理性思维

分析学生与孟德尔的结论及解释之间的差异和差距。首先，教师要表扬学生的推理过程思维缜密、逻辑合理，肯定学生的逻辑推理能力；但孟德尔把每个结论描述得更加清晰明朗，且科学研究方法环环相扣，构成完整的体系，让学生向孟德尔学习，努力提升归纳和概括知识的能力；通过讲解孟德尔的思路和操作，使学生获得运用假说演绎法分析、解决实际问题的能力。其次，教师要通过讲解孟德尔利用数学统计学发现F2的分离比接近3∶1，引导学生理解孟德尔的整个研究过程实质上是利用了频率的稳定性，建立数学模型，揭示统计结果背后的遗传规律[4]，让学生明白数学函数可以预测现象、揭示规律，感受数学与生物学科相互融合、相

互促进的过程。最后，教师要让学生明白科学研究的一般规律，了解从一对到多对、从简单到复杂的过程。

3.2 提高学生的科学探究能力

孟德尔对分离现象的解释虽然在逻辑上环环相扣、十分严谨，但最终还是要用科学实验加以验证才能得出正确结论，教师通过介绍这一探究过程，让学生感受在实践中寻求真理的科学探究精神。通过对实验的讲解和开展“性状分离比的模拟”实验，可以很好地提高学生的科学探究能力。

3.3 培养学生的社会责任感

教师可通过讲解孟德尔潜心研究得出遗传定律，直至去世都没有得到世人认可的艰辛经历，告诫学生人生不会事事如意，坚持初心、勇往直前才是人生常态；通过介绍孟德尔大胆假设、推陈出新的科学研究历程，鼓励学生永远都要有大胆创新、勇于探索的精神。

3.4 培养学生的情感态度价值观

教师可通过孟德尔多年的实验经历引导学生体味科学家“十年磨一剑”的恒心，教育学生坚持才能取得胜利；通过给学生讲解实验过程中各种大量而烦琐的实验操作，引导学生体会科学家为了探索未知不厌其烦、不辞辛劳的精神，教育学生学习也要不怕麻烦、吃苦耐劳；介绍孟德尔用豌豆做实验材料前曾花多年时间研究山柳菊却一无所获，但他并未放弃，而是用锲而不舍的精神、热爱科学的态度、迎难而上的勇气推陈出新，才推翻了神创论、融合遗传等伪科学，最终揭示遗传的奥秘，并创建遗传学的过程。

新课标提出要培养学生终生学习和发展的能力，要培养学生的生物学科核心素养[5]。因此，教师应该改变教学模式，发挥好引导的作用，而应用HPS教学模式不仅能完成知识目标，还能让学生在求知欲的催动下积极主动地思考和学习，最终激发出学生探索科学的热情，并在此过程中向学生介绍生命观念、社会责任和正确的价值观，培养学生的理性思维、科学探究能力，使学生感受到科学知识背后永恒的人文关怀，进而培养学生生物学科核心素养，最终帮助学生实现深度学习。