學(xué)術(shù)論文選登 | “HPS教學(xué)模式”應(yīng)用于高中生物科學(xué)史的教學(xué)策略初探 ——以人教版高中生物必修三“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”內(nèi)容為例
作者:leiling發(fā)表時(shí)間:2020-11-03 閱讀次數(shù):10901
吳航楓 成都市郫都區(qū)嘉祥外國(guó)語(yǔ)學(xué)校
摘 要：以“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)為例，概述如何利用“融合式HPS教學(xué)模式”充分挖掘科學(xué)史教育的價(jià)值。課堂上教師通過(guò)中采取科學(xué)史資料的補(bǔ)充、設(shè)置探究問(wèn)題等方式，將學(xué)科核心素養(yǎng)融入教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和探究精神，實(shí)現(xiàn)科學(xué)史教育的真正目的。
關(guān)鍵詞：HPS教學(xué)模式；科學(xué)史教育；促胰液素；教學(xué)策略
生物科學(xué)史是以生物科學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的過(guò)程為輪廓，以科學(xué)發(fā)展歷程中帶有重大轉(zhuǎn)折作用的主題及事件為主線，用詳實(shí)的資料論述了科學(xué)家們的創(chuàng)造性勞動(dòng)，生動(dòng)地描述他們進(jìn)行科學(xué)探索的思維過(guò)程和方法，同時(shí)也對(duì)生物學(xué)發(fā)展的邏輯和社會(huì)歷史背景等重大問(wèn)題作出評(píng)論[1]。正是由于生物科學(xué)史能夠?qū)⑸^念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任有機(jī)地融合起來(lái)，很好地體現(xiàn)了生物學(xué)的核心素養(yǎng)和素質(zhì)教育的要求，因此教師應(yīng)利用好教材中科學(xué)史材料，在教學(xué)中充分發(fā)揮生物科學(xué)史的教育作用。
HPS（History、Philosophy & Sociology of science）教育是指基于科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)的教學(xué)模式。HPS教育長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為是科學(xué)教育的重要貢獻(xiàn)者，是國(guó)外科學(xué)教育界推行的一種提升科學(xué)教育教學(xué)質(zhì)量、加深對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解和提高公民的文化素養(yǎng)的教學(xué)模式[2]。學(xué)生通過(guò)HPS教學(xué)課程，能夠主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)，在親歷提出問(wèn)題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過(guò)程中多維度地深刻理解科學(xué)內(nèi)涵，構(gòu)建相應(yīng)的科學(xué)概念，提高對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，發(fā)展終身學(xué)習(xí)及創(chuàng)新實(shí)踐能力。因此，利用HPS教學(xué)模式去深入呈現(xiàn)科學(xué)史內(nèi)容，便能讓學(xué)生真正站在巨人的肩膀上眺望得更高更遠(yuǎn)。
一、“HPS教學(xué)模式”的主要內(nèi)容
HPS教育是把與科學(xué)發(fā)生有關(guān)的歷史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)內(nèi)容整合入科學(xué)教育的過(guò)程。在科學(xué)史的學(xué)習(xí)過(guò)程中，通過(guò)教師的引導(dǎo)教師指引學(xué)生，將學(xué)生的觀念與當(dāng)時(shí)科學(xué)家的觀念相互融合，進(jìn)行跨越時(shí)空的交流，幫助學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建科學(xué)觀念。為達(dá)此目的，教師需將與該科學(xué)發(fā)現(xiàn)相關(guān)的科學(xué)歷史背景、科學(xué)社會(huì)概況等進(jìn)行補(bǔ)充，打破學(xué)生原有思維框架、重建科學(xué)知識(shí)體系。讓學(xué)生更深入、全面、具體地認(rèn)識(shí)自然科學(xué)知識(shí)與社會(huì)的關(guān)系。
現(xiàn)在對(duì)于HPS教育模式最為流行的是英國(guó)科學(xué)教育學(xué)者孟克和奧斯本通過(guò)總結(jié)歷年來(lái)科學(xué)教育的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，借鑒建構(gòu)主義理論所提出的“融合模式”。[3]此模式充分聯(lián)系教學(xué)實(shí)際、密切關(guān)心教學(xué)目標(biāo)，為真正落實(shí)科學(xué)史教育奠定了基礎(chǔ)，融合式HPS教學(xué)模式的基本流程如下（圖1）：
圖1： 融合式HPS教學(xué)模式的基本流程圖
“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”是人教版高中生物教材必修三第二章第二節(jié)“通過(guò)激素的調(diào)節(jié)”一節(jié)中的“資料分析”，由“囿于定論的沃泰默”、“另辟蹊徑的斯他林和貝利斯”以及“巴浦洛夫的感嘆”三個(gè)故事構(gòu)成。這三個(gè)故事在一條時(shí)間軸上，具有緊密的聯(lián)系，較完整地呈現(xiàn)了這個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的詳實(shí)過(guò)程。針對(duì)這段科學(xué)史的教學(xué)，筆者嘗試借用“HPS教學(xué)模式”就教學(xué)過(guò)程和教學(xué)意圖進(jìn)行具體說(shuō)明。
二、基于“HPS教學(xué)模式”在“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”的具體應(yīng)用
（一）演示實(shí)驗(yàn)
“演示實(shí)驗(yàn)”指的是教師向?qū)W生陳述或演示某一自然現(xiàn)象，學(xué)生觀察此現(xiàn)象，由此產(chǎn)生需要解決的問(wèn)題。
初中生物已經(jīng)學(xué)過(guò)食物消化與吸收的過(guò)程，因此可以先從學(xué)生熟悉的消化系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)作為切入點(diǎn)，例如：我們吃進(jìn)食物后，食物會(huì)經(jīng)歷哪些器官才最終被排出體外？那在通過(guò)消化道的時(shí)候還有什么物質(zhì)會(huì)促進(jìn)我們的消化作用？從而逐步引出消化腺中的胰腺，并讓學(xué)生明確胰腺在人體內(nèi)的位置。接著教師繼續(xù)設(shè)問(wèn)：“當(dāng)食物進(jìn)入人體最大的消化器官胃時(shí)，胃會(huì)發(fā)生怎樣的反應(yīng)？”，學(xué)生很容易得出答案：食物會(huì)進(jìn)行初步消化，同時(shí)胃會(huì)通過(guò)其產(chǎn)生的胃酸幫助食物分解。接著教師進(jìn)一步啟發(fā)：“胃通過(guò)蠕動(dòng)將食物送進(jìn)小腸，同時(shí)胰腺便會(huì)分泌胰液，胰液通過(guò)導(dǎo)管進(jìn)入小腸，一方面由于胰液呈堿性可以中和胃酸，并且胰液含有大量的消化酶有利于酸性食糜進(jìn)一步消化?！敝v到這里，啟發(fā)學(xué)生思考：為什么酸性食糜進(jìn)入小腸后便會(huì)使胰腺分泌胰液？酸性食糜并沒(méi)有接觸胰腺，那促進(jìn)胰腺分泌胰液的這個(gè)信號(hào)是如何送達(dá)到胰腺的呢？
通過(guò)這一環(huán)節(jié)的設(shè)置，拋出實(shí)際問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生針對(duì)這一問(wèn)題去思考和探究的興趣。
（二）引出觀點(diǎn)
“引出觀點(diǎn)”指的是學(xué)生受教師啟發(fā)對(duì)這一現(xiàn)象提出自己的解釋、觀念。
由于學(xué)生在此之前已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)“通過(guò)神經(jīng)的調(diào)節(jié)”，所以當(dāng)提出上述問(wèn)題后學(xué)生很容易想聯(lián)想到這是一個(gè)反射活動(dòng)，順著學(xué)生思維引導(dǎo)學(xué)生寫(xiě)出這個(gè)反射弧完整的反射路徑：酸性食糜（刺激）→小腸（感受器）→傳入神經(jīng)→神經(jīng)中樞→傳出神經(jīng)→胰腺（效應(yīng)器）。這時(shí)學(xué)生便產(chǎn)生了針對(duì)這一問(wèn)題的解釋和觀點(diǎn)：胰腺分泌胰液是受神經(jīng)的調(diào)節(jié)。
通過(guò)這一環(huán)節(jié)的設(shè)置，讓學(xué)生學(xué)會(huì)利用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行合理的推理和猜想，同時(shí)也與我們要講的知識(shí)形成了認(rèn)知沖突，帶著疑問(wèn)去經(jīng)歷接下來(lái)的學(xué)習(xí)過(guò)程，在不斷地糾正和完善的過(guò)程中，明白科學(xué)是一個(gè)不斷否定、不斷認(rèn)證的過(guò)程。
（三）學(xué)習(xí)歷史
“學(xué)習(xí)歷史”指的是教師向?qū)W生介紹早期科學(xué)家對(duì)這一現(xiàn)象的解釋，以及同時(shí)期其他科學(xué)家的不同觀念，引導(dǎo)學(xué)生討論這些觀念產(chǎn)生的時(shí)代背景。
這一環(huán)節(jié)便可讓學(xué)生自己分析教材上沃泰默和斯他林、貝利斯的實(shí)驗(yàn)。在分析教材之前教師可補(bǔ)充一段科學(xué)史：1850年法國(guó)生理學(xué)家貝爾納研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)狗進(jìn)食后，胃便開(kāi)足馬力，把食物磨碎，當(dāng)酸性食糜進(jìn)入小腸時(shí)，胰腺馬上分泌胰液并立刻送到小腸和磨碎的食物混合起來(lái)，進(jìn)行消化活動(dòng)。貝爾納就是本書(shū)第一章中提出“內(nèi)環(huán)境的恒定主要依賴于神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”的科學(xué)家，“19世紀(jì)學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為是胰液的分泌是受神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”這種觀點(diǎn)也因此順理成章地被提出來(lái)。此段歷史的補(bǔ)充強(qiáng)化了學(xué)生的認(rèn)同感，也能使他們能主動(dòng)置身于當(dāng)時(shí)的科學(xué)環(huán)境中。對(duì)于這段科學(xué)歷史的學(xué)習(xí)，建議學(xué)生以表格的形式呈現(xiàn)出來(lái)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的理解和分析。（如表1和表2所示）
表1：沃泰默的實(shí)驗(yàn)
表2：斯他林和貝利斯的實(shí)驗(yàn)
這一環(huán)節(jié)使學(xué)生重溫探究歷程，領(lǐng)悟科學(xué)研究的過(guò)程和方法，并強(qiáng)調(diào)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中遵循對(duì)照和單一變量原則的重要性。
（四）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”是指要求學(xué)生選擇某一觀點(diǎn)進(jìn)行深入分析和設(shè)計(jì)補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，使得這段科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程更完整和嚴(yán)謹(jǐn)。
此環(huán)節(jié)可將學(xué)生分為兩組，設(shè)置兩個(gè)問(wèn)題：①通過(guò)兩組科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)，能說(shuō)明胰液的分泌不受神經(jīng)的調(diào)節(jié)？②斯他林和貝利斯的實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)嗎？還需要補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)嗎？教師可引導(dǎo)學(xué)生分析上述實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量、無(wú)關(guān)變量等因素，利用單一變量的原則去設(shè)計(jì)補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)。
針對(duì)問(wèn)題①，教師可引導(dǎo)學(xué)生回顧赫爾希和蔡斯“T2噬菌體侵染大腸桿菌”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，結(jié)合單一變量、分別單獨(dú)觀察的原則學(xué)生可補(bǔ)充設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)：
針對(duì)問(wèn)題②學(xué)生可補(bǔ)充設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)：
通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程讓學(xué)生能相對(duì)于平時(shí)的課堂練習(xí)，更加興趣盎然，積極思考。讓學(xué)生體驗(yàn)到科學(xué)探究和知識(shí)遷移的滿足感，同時(shí)也讓學(xué)生認(rèn)同科學(xué)結(jié)論獲得的最基本的方法是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法，并認(rèn)識(shí)到一個(gè)正確結(jié)論須通過(guò)完善和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)途徑獲得。
（五）呈現(xiàn)科學(xué)觀念和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)
“呈現(xiàn)科學(xué)觀念和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)”指的是教師通過(guò)講解教科書(shū)上對(duì)這一現(xiàn)象的解釋，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)觀念的轉(zhuǎn)變。
通過(guò)促胰液素的發(fā)現(xiàn)，使斯他林和貝利斯很快意識(shí)到這不僅是一個(gè)新的化學(xué)物質(zhì)，而是發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)機(jī)體機(jī)能的一個(gè)新概念、新領(lǐng)域，動(dòng)搖了完全由神經(jīng)調(diào)節(jié)的概念。此時(shí)教師可補(bǔ)充一段科學(xué)史資料：1905年，為了尋找一個(gè)新詞來(lái)稱呼這類化學(xué)信使，他們采用了同事哈代的建議，創(chuàng)用了源于希臘文的一個(gè)詞“激素”（hormone，“刺激”的意思），促胰液素便是歷史上第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的激素?？茖W(xué)史資料的補(bǔ)充，讓學(xué)生對(duì)這一現(xiàn)象重新樹(shù)立了科學(xué)的認(rèn)識(shí)，并轉(zhuǎn)變上課初所建立的錯(cuò)誤認(rèn)知。同時(shí)，教師結(jié)合本節(jié)內(nèi)容中的“巴浦洛夫的感嘆”，尊重科學(xué)發(fā)展的事實(shí)，引導(dǎo)學(xué)生客觀地評(píng)價(jià)各位科學(xué)家在科學(xué)發(fā)展中的得與失，分析討論這些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)給自己帶來(lái)的啟示，認(rèn)識(shí)到科學(xué)發(fā)展是螺旋式的上升，實(shí)現(xiàn)情感態(tài)度價(jià)值觀的目標(biāo)。
（六）總結(jié)與評(píng)價(jià)
“總結(jié)與評(píng)價(jià)”是指教師幫助學(xué)生總結(jié)科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生的過(guò)程中涉及的相關(guān)科學(xué)知識(shí)，從而更深刻地理解科學(xué)的本質(zhì)。
通過(guò)“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”這段科學(xué)史的完整學(xué)習(xí)，教師再幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)深入的科學(xué)本質(zhì)，例如：人類發(fā)現(xiàn)的第一種激素——促胰液素的主要來(lái)源是十二指腸粘膜上的內(nèi)分泌細(xì)胞，化學(xué)本質(zhì)是多肽；現(xiàn)代生理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，食物的色、香、味、形對(duì)各消化道的刺激，可通過(guò)條件反射和非條件反射引起胰液的分泌，因此胰液的分泌液會(huì)受到神經(jīng)的調(diào)節(jié)。此環(huán)節(jié)的設(shè)置讓學(xué)生能從科學(xué)本質(zhì)上深入理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，而且也為學(xué)生解答了對(duì)于本節(jié)知識(shí)認(rèn)知中所存在的疑惑。
三、對(duì)本節(jié)課教學(xué)策略的反思和總結(jié)
對(duì)于“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”這部分科學(xué)史內(nèi)容，雖然以“資料分析”的形式出現(xiàn)在教材上，并未單獨(dú)成為某一章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，但是在讓學(xué)生理解科學(xué)發(fā)展歷程、學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)探究方法和知識(shí)內(nèi)容承上啟下等方面是一個(gè)很好的教學(xué)素材和載體。教師在運(yùn)用“融合式HPS教學(xué)模式”的基礎(chǔ)上，通過(guò)生命現(xiàn)象提出問(wèn)題，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，結(jié)合科學(xué)歷史的發(fā)展歷程，引發(fā)學(xué)生深入思考，并完善科學(xué)家實(shí)驗(yàn)的不足，最終深入了解科學(xué)本質(zhì)，領(lǐng)悟科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神[4]。
筆者在教學(xué)中采取科學(xué)史資料的補(bǔ)充、設(shè)置探究問(wèn)題等方式來(lái)化解和突破學(xué)習(xí)過(guò)程中的難點(diǎn)，將六個(gè)環(huán)節(jié)的起承轉(zhuǎn)合做到邏輯嚴(yán)謹(jǐn)、過(guò)渡自然，有效幫助學(xué)生不僅知道了科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了什么，還知道是怎么發(fā)現(xiàn)的，從中使學(xué)生獲得方法論的教育。通過(guò)補(bǔ)充的科學(xué)史有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的深入理解、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)科學(xué)家實(shí)驗(yàn)的追問(wèn)和質(zhì)疑正是對(duì)科學(xué)知識(shí)去粗取精、去偽存真的進(jìn)程，也符合建構(gòu)主義對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解：科學(xué)知識(shí)具有動(dòng)態(tài)性，是不斷變化的[5]。只有通過(guò)HPS教學(xué)模式去深入挖掘教材科學(xué)史內(nèi)容，將學(xué)科核心素養(yǎng)有機(jī)穿插在各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，才能讓科學(xué)史教育不僅只服務(wù)于知識(shí)目標(biāo)，而且能讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)發(fā)生發(fā)展的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，從而更深刻地認(rèn)識(shí)自然科學(xué)知識(shí)與人類社會(huì)的聯(lián)系。
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