HPS教学模式在高中生物课堂中的实践

帖步霞

摘要阐述了HPS教学模式，通过高中生物教学实例说明HPS教学模式在实践中的应用。使用HPS教学模式进行生物学史的教学，可以深化学生对科学本质的认识，增强学生科学探究的能力，有效提升学生的生物学科核心素养。

关键词 生物学史 HPS教學模式 核心素养

中图分类号G633.91 文献标志码B

生物学史阐述了生物学的产生、形成和发展，蕴含着极其丰富的教育资源。高度重视生物学史教育，将生物学史与生物课程融合，已经成为生物新课程改革中的一大热点。生物学史融入生物课程的教学模式多种多样，下面主要探讨如何应用HPS教学模式实现生物学史和生物课程的有机融合，提高学生科学探究的能力，促进学生科学思维的发展，有效提升学生的生物学学科核心素养。

1HPS教学模式概述

20世纪80-90年代，英国科学教育学者孟克和奥斯本提出了HPS教育，HPS（History，Philosophy andSociology of Science）是“科学史、科学哲学和科学社会学”的英文缩写。HPS教育是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，HPS核心内涵是关于科学本质的认识。教师在科学课程与教学中融入HPS要素，并通过关于HPS内容的教学，可以提升学生对科学本质的认识，有效提高学生的生物学科核心素养。

HPS教学模式的教学程序主要包括以下6个环节：

（1）历史素材呈现：教师向学生展示某一自然现象，引导学生观察，并由此产生一个需要解决的问题。

（2）引发观点：教师启发学生针对观察到的现象提出自己的观点或解释。

（3）学习历史：该环节主要目的是尽可能地让学生体验以往科学家的探究与思考过程。

（4）科学探究：科学家探究实验的模拟，要求学生从多种观点中选择某种观点，设计实验进行检验。

（5）呈现科学观念和实验检验：教师讲解当代的科学观念，介绍教材对这一自然现象的解释，引导学生对自己的观念和解释进行实验检验。

（6）总结与评价：教师引导学生对科学思维、科学方法等方面进行总结与评价，使学生深刻地理解科学的探究本质。

2HPS教学模式在高中生物学教学中的实践

现以人教版高中生物学教材中“生长素的发现”一节为例，阐述如何应用HPS教学模式实现生物学史与生物课程的有机融合。

2.1素材呈现，激发学习兴趣

教师展示3幅图片：黄山上的迎客松，热情地伸出手臂迎接远方的客人;金灿灿的向日葵，朵朵向阳开;稚嫩的小幼苗，努力弯曲着自己的腰。教师设疑：这三张图片体现了植物哪一种共同的特性？（学生异口同声：植物的向光性）教师再次设疑：导致植物出现向光性的原因是什么？

植物的向光性是个非常普遍的现象，普遍到学生们甚至从未想过“为什么”。所以，当教师抛出这样一个看似寻常却又未知的问题后，学生们的学习兴趣被大大激起。

2.2引出观点，推进深入思考

教师设疑：为什么小幼苗努力向右侧弯曲，而不是向左侧呢？（学生思考后，很容易得到答案：右侧有光源照射）教师追问：导致植物出现向光性的外在因素是什么？（学生思考讨论后，回答：单侧光照射）

教师引导：单侧光真的是导致植物向光性的外在因素么？植物出现向光性的内在因素又是什么呢？这些疑问都需要我们用切实的实验证据来解释。

2.3学习历史，体验科学思维

教师提示：著名科学家达尔文注意到了植物的向光性现象，并在其晚年时，设计了一系列科学实验对植物向光性原因进行研究，引导人们逐步揭示了植物生命活动调节的奥秘。在介绍达尔文的金丝雀虉草胚芽鞘实验过程前，教师提出3个需要探究的问题：①如何探究胚芽鞘向光弯曲生长的外因是否为单侧光照射？②如何探究胚芽鞘向光弯曲生长是否与尖端有关？③如何探究胚芽鞘向光弯曲生长的感光部位是否在尖端？教师用表1呈现出实验探究的一般思路和过程，引导学生积极思考。

学生分组讨论后，选派小组代表简述实验思路，这个环节不仅可以激发学生的学习热情，还提高了学生设计实验解决问题的能力。教师点评每组的实验思路，并通过动画模拟的形式展示达尔文的实验过程。

教师引导学生总结：达尔文通过严谨的科学实验证明了引起胚芽鞘向光弯曲生长的外因是单侧光照射，同时证明了胚芽鞘的感光部位在尖端。

教师补充说明：针对自己的实验结果，达尔文作出了大胆的猜想“单侧光照射使胚芽鞘的尖端产生某种影响，当这种影响传递到下部的伸长区时，会造成背光面比向光面生长快，因而发生向光弯曲生长”。达尔文猜测这种“影响”很可能是一种化学物质。

2.4科学探究，掌握科学方法

教师引导：达尔文提出的这种影响真的是一种化学物质吗？下面，我们一起尝试设计实验来探究这个问题。

学生开展探究活动1：初步证明胚芽鞘尖端产生的“影响”是种化学物质。

教师展示实验材料：长势相同的胚芽鞘若干、单侧光源、刀片、云母片（物质不能透过）、琼脂片（一般物质可透过）等。

学生用图形加文字的形式展示实验设计，并由每个学习小组派代表展示本小组的实验设计，对实验结果作出预测。

教师展示鲍森·詹森的实验结果，引导：1910年，科学家鲍森·詹森设计了相似的实验。鲍森·詹森的实验结果说明胚芽鞘尖端产生的“影响”可以透过琼脂片传递给下部，初步证明了胚芽鞘尖端产生的“影响”可能是一种化学物质。

学生开展探究活动2：证明胚芽鞘尖端产生的“影响”分布不均匀导致弯曲生长

教师引导：胚芽鞘尖端产生的“影响”透过琼脂片传递给下方，为什么会使下方生长不均匀？（学生思考后回答：可能是“影响”在下方分布不均匀导致的）我们一起尝试设计实验来探究这个问题。

教师展示实验材料：长势相同的胚芽鞘若干、刀片等。

学生用图形加文字的形式展示实验设计。并由每個学习小组派代表展示本小组的实验设计，对实验结果作出预测。

教师出示拜耳的实验结果，引导学生思考：1914年，科学家拜尔设计实验探究胚芽鞘尖端产生的“影响”传到下方后，为什么导致下方弯曲生长？拜尔的实验结果说明胚芽鞘尖端产生的“影响”在下方分布不均匀，导致下方伸长区发生了弯曲生长。

2.5实验检验，呈现科学观念

学生开展探究活动3：进一步证明胚芽鞘尖端产生的“影响”是种化学物质。

教师引导：詹森和拜尔通过对感光部位的研究，初步确定胚芽鞘尖端产生的“影响”为某种化学物质。若是胚芽鞘尖端可以产生某种物质促进生长，我们应该就能够把该物质收集起来，并设计相应的实验方案去验证真伪。如何收集该物质呢？科学家们经过多次实验，发现用琼脂块比较好。我们一起来尝试设计实验，进一步证明胚芽鞘尖端产生的“影响”是一种化学物质。

教师展示实验材料：长势相同的胚芽鞘若干、刀片、琼脂块等。

学生用图形加文字的形式展示实验设计，并由每个学习小组派代表展示本小组的实验设计，对实验结果作出预测。

教师展示温特的实验结果，引导：1928年，科学家温特借助于琼脂块收集胚芽鞘尖端产生的“影响”，进一步探究该“影响”是不是一种化学物质。温特通过科学严谨的实验探究，证明了胚芽鞘尖端产生的“影响”是一种化学物质，该物质传递至下方，促进伸长区的生长，故命名为生长素。

2.6总结评价，理解科学本质

教师总结：1942年，科学家郭葛分离出具有生长素效应的化学物质并确认为吲哚乙酸。从19世纪末达尔文注意到植物的向光性，设计实验探究其中的原因，到1942年揭示生长素的化学本质，经历了50多年。从生长素的发现过程中，你能够在科学探究方面得到哪些启发？（学生讨论交流，分享科学感悟）

师生合作：构建生长素引起胚芽鞘向光弯曲的模型（表1）。

3HPS教学模式的实践反思

中学教材中生物科学史涉及的内容具有良好的教育价值，生物学史与生物学课程的融合只有选择恰当的教学模式，才能取得良好的教学效果。在运用HPS教学模式时，教师应注意将科学史与生物学知识的学习有机融合，在引导学生通过科学史得出科学结论过程中，避免将知识直接抛给学生，应利用科学家的探究过程引导学生解决问题、形成科学概念。HPS教学模式注重在学习过程中，引导学生深刻理解科学家的探究历程，体验科学探究的一般方法，体会科学思维方式，领会科学知识的形成过程，促进探究能力的养成，对于培养学生的生物学学科核心素养具有重要的作用。