HPS教學(xué)模式在培養(yǎng)中學(xué)生批判性思維中的應(yīng)用

黃藝婷 張 鋒

(1 福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 福州 350108； 2 福建省普通教育教學(xué)研究室 福州 350003)

1 HPS教學(xué)模式有助于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維

英國(guó)學(xué)者孟克和奧斯本在總結(jié)科學(xué)教育改革的歷史經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合建構(gòu)主義教學(xué)觀等新觀念，提出了把科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)融入科學(xué)教學(xué)的新模式，即“歷史—探究”教學(xué)模式(HPS)，該教學(xué)模式共包括6個(gè)階段[1]。

1.1 第1階段： 呈現(xiàn)現(xiàn)象并確定問(wèn)題 開(kāi)始上課后，教師首先向?qū)W生呈現(xiàn)一個(gè)歷史上科學(xué)家真實(shí)發(fā)現(xiàn)的自然現(xiàn)象(如植物的向光性、激素的發(fā)現(xiàn)等)，以此激發(fā)學(xué)生的探究興趣。在呈現(xiàn)現(xiàn)象后，教師引導(dǎo)學(xué)生確定現(xiàn)象背后的問(wèn)題，生成一個(gè)值得探究的問(wèn)題，為后面的探究做好鋪墊。

1.2 第2階段： 引出學(xué)生的觀念 教師啟發(fā)學(xué)生盡可能地針對(duì)第一階段所提的問(wèn)題發(fā)表自己的觀點(diǎn)。這個(gè)時(shí)候要讓學(xué)生暢所欲言，鼓勵(lì)學(xué)生大膽地提出自己的觀點(diǎn)以及支持自己觀點(diǎn)的證據(jù)。有研究者發(fā)現(xiàn)，新想法的數(shù)量和質(zhì)量是存在一定關(guān)系的。因此，在利用批判性思維對(duì)不同觀點(diǎn)加以判斷之前，首先要提出盡可能多的方案，在這階段教師先不要對(duì)學(xué)生的觀點(diǎn)作任何評(píng)價(jià)。

1.3 第3階段： 學(xué)習(xí)歷史 通過(guò)多媒體課件、視頻和教師口頭講述等形式，向?qū)W生介紹歷史上的科學(xué)家針對(duì)此問(wèn)題提出的不同觀點(diǎn)以及支撐其觀點(diǎn)的證據(jù)，在學(xué)生已有觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上再增加不同的“聲音”，讓學(xué)生知道針對(duì)同一個(gè)問(wèn)題，不同的人會(huì)有不同的觀點(diǎn)是正常的現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)歷史的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生走近科學(xué)家，真切地體驗(yàn)科學(xué)家的科學(xué)思維和探究。

1.4 第4階段： 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 此時(shí)課堂上已經(jīng)存在包括學(xué)生的以及科學(xué)家的多種觀點(diǎn)，教師讓學(xué)生按照自己支持的觀點(diǎn)，選擇分組，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明此觀點(diǎn)的正確性。

1.5 第5階段： 呈現(xiàn)科學(xué)觀念與證據(jù) 在這階段，教師呈現(xiàn)這一問(wèn)題的現(xiàn)代科學(xué)觀念，并提供證實(shí)這一觀念的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的證據(jù)有助于學(xué)生接受科學(xué)的觀念，支持科學(xué)的解釋。這時(shí)還需要引導(dǎo)學(xué)生站在批判性的角度，去看待現(xiàn)代的科學(xué)觀念與科學(xué)知識(shí)，即科學(xué)知識(shí)具有暫定性，現(xiàn)在為大家所認(rèn)可的科學(xué)觀念，可能會(huì)在未來(lái)由于技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和發(fā)現(xiàn)而受到挑戰(zhàn)與更改。此外，還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生在知道自己所支持的觀點(diǎn)并非正確的時(shí)候，要勇于揚(yáng)棄，接受科學(xué)的觀點(diǎn)。

1.6 第6階段： 總結(jié)與評(píng)價(jià) 教師和學(xué)生共同對(duì)歷史上科學(xué)家所做的探究以及科學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生過(guò)程進(jìn)行總結(jié)與評(píng)價(jià)，幫助學(xué)生更加深刻地意識(shí)到合理運(yùn)用批判性思維在科學(xué)探究中的重要性。

2 HPS教學(xué)的應(yīng)用——以“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)為例

2.1 呈現(xiàn)現(xiàn)象，確定問(wèn)題 教師先向?qū)W生呈現(xiàn)法國(guó)著名的實(shí)驗(yàn)生理學(xué)家克勞德·伯爾納在1850年發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，即酸性食糜進(jìn)入小腸后會(huì)引起胰腺分泌胰液。接著教師提出疑問(wèn)： 酸性食糜并沒(méi)有直接接觸胰腺，既然如此，刺激胰腺分泌胰液的信息又是如何從小腸傳遞到胰腺的呢？

2.2 引出學(xué)生的觀念 針對(duì)上一環(huán)節(jié)提出的問(wèn)題，教師給學(xué)生足夠的時(shí)間讓他們自由地發(fā)表自己的看法。在此之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了神經(jīng)調(diào)節(jié)，因此較多的學(xué)生會(huì)根據(jù)已有知識(shí)認(rèn)為胰腺分泌胰液是神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)果，部分學(xué)生認(rèn)為除了神經(jīng)調(diào)節(jié)還可能存在著其他的調(diào)節(jié)方式。此時(shí)，教師暫時(shí)不要對(duì)學(xué)生的觀點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。教師可先引導(dǎo)學(xué)生思考： 如果胰腺分泌胰液是神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)果，那么這一神經(jīng)調(diào)節(jié)的反射路徑是怎樣的？讓學(xué)生思考后寫下反射路徑，為后續(xù)分析沃泰默的實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。在這一環(huán)節(jié)教師應(yīng)讓學(xué)生明白，對(duì)于同一個(gè)問(wèn)題，不同的人會(huì)有不同的觀點(diǎn)是正常的，而對(duì)于觀點(diǎn)正確與否的判定不應(yīng)以個(gè)人的主觀經(jīng)驗(yàn)為標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)以科學(xué)實(shí)驗(yàn)所提供的數(shù)據(jù)作為支撐觀點(diǎn)的證據(jù)。

2.3 學(xué)習(xí)歷史 19世紀(jì)的學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為胰液的分泌屬于神經(jīng)調(diào)節(jié)，小腸神經(jīng)在胃酸的刺激下產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)，將興奮傳遞給胰腺，促使胰腺分泌胰液[2]。教師可利用多媒體向?qū)W生展示歷史上科學(xué)家對(duì)該問(wèn)題所持的觀點(diǎn)，法國(guó)學(xué)者沃泰默在1901—1902年間做了多次實(shí)驗(yàn)來(lái)論證這一觀點(diǎn)(將沃泰默所做的3組實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)在多媒體上(表1)。

表1 沃泰默所做的3組實(shí)驗(yàn)

學(xué)生通過(guò)對(duì)這3組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析便可得出，胰液的分泌并不只是神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)果，還存在著其他的調(diào)節(jié)方式促使胰腺分泌胰液。然而沃泰默卻囿于定論，堅(jiān)持認(rèn)為胰液的分泌是一個(gè)頑固的神經(jīng)反射，導(dǎo)致這一結(jié)果出現(xiàn)的原因是小腸上微小的神經(jīng)難以完全剔除。此時(shí)，教師可讓學(xué)生表達(dá)對(duì)于沃泰默作出這一解釋的看法，讓學(xué)生意識(shí)到： 當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與自己堅(jiān)持的觀點(diǎn)背道而馳的時(shí)候，應(yīng)該更加深入地尋求真相。

在分析完沃泰默的實(shí)驗(yàn)后，教師向?qū)W生介紹斯他林和貝利斯在看完沃泰默的論文后所作出的另一種假設(shè)： 即小腸粘膜在鹽酸的刺激下產(chǎn)生了某種化學(xué)物質(zhì)，這種化學(xué)物質(zhì)隨著血液到達(dá)胰腺，促使胰腺分泌胰液。

2.4 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)材料和儀器，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證斯他林和貝利斯提出的假設(shè)。教師在幻燈片上呈現(xiàn)可供選擇的實(shí)驗(yàn)材料和儀器，包括發(fā)育狀況相似的若干條正常小狗、稀鹽酸、蒸餾水、砂子、研磨器皿、注射器、小刀、培養(yǎng)皿、試管、過(guò)濾工具等。

教師可設(shè)置幾個(gè)問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生的思維： ①如何排除神經(jīng)的干擾？②如何提取小腸粘膜產(chǎn)生的“化學(xué)物質(zhì)”？學(xué)生在教師的引導(dǎo)下可提出實(shí)驗(yàn)方案： 用小刀切取小狗的一段小腸，將小腸粘膜刮下放進(jìn)研磨器皿內(nèi)，與稀鹽酸和砂子混合后磨碎，過(guò)濾后制成提取液，再將提取液注射到同一條狗的靜脈中，觀察胰腺是否分泌胰液。

在學(xué)生提出這一方案后，教師再鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用批判性思維對(duì)這一實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，討論方案中是否有不足之處。學(xué)生根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，很快便能發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中缺少對(duì)照實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中制備的提取液中除了假設(shè)中的“化學(xué)物質(zhì)”外，還有稀鹽酸、細(xì)胞內(nèi)容物等。因此，無(wú)法有力地證明胰液的分泌是由于化學(xué)物質(zhì)的作用，還需要增加3組對(duì)照組(表2)。

表2 斯他林和貝利斯的補(bǔ)充3組對(duì)照實(shí)驗(yàn)

2.5 呈現(xiàn)證據(jù)和檢驗(yàn) 教師呈現(xiàn)當(dāng)時(shí)斯他林和貝利斯做的這一實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，即他們制取的提取液再注入小狗的靜脈后會(huì)引起胰液的分泌，后來(lái)其他研究者也做了對(duì)照實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)胰腺不分泌胰液，這證明斯他林和貝利斯的假設(shè)是正確的。教師再給出這一種化學(xué)物質(zhì)的名稱，也就是促胰液素。同時(shí)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到除了神經(jīng)調(diào)節(jié)外，還存在著一種調(diào)節(jié)方式，也就是激素調(diào)節(jié)。此外，教師還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用批判性思維去看待現(xiàn)代的科學(xué)知識(shí)與科學(xué)觀念，讓學(xué)生明白科學(xué)知識(shí)具有暫定性，現(xiàn)在廣為認(rèn)可的科學(xué)觀念在未來(lái)也可能會(huì)再次受到挑戰(zhàn)與更改。

2.6 總結(jié)與評(píng)價(jià) 在最后一階段，師生共同總結(jié)科學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生過(guò)程。首先，教師引導(dǎo)學(xué)生批判性地對(duì)沃泰默的研究進(jìn)行評(píng)價(jià)，讓學(xué)生明白科學(xué)家在研究過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤是正常的，這是科學(xué)發(fā)展的必經(jīng)階段，有時(shí)候一些錯(cuò)誤能夠?yàn)樽罱K的成功奠定基礎(chǔ)。就如沃泰默雖然錯(cuò)過(guò)了發(fā)現(xiàn)真理的機(jī)會(huì)，但是他的科學(xué)思路和研究方法是正確的，這為斯他林和貝利斯提供了研究思路，為他們發(fā)現(xiàn)促胰液素奠定了基礎(chǔ)。

接著，教師給學(xué)生機(jī)會(huì)談?wù)勊顾趾拓惱沟某晒o他們的啟示，通過(guò)分析斯他林和貝利斯成功的原因，讓學(xué)生意識(shí)到在科學(xué)研究中敢于挑戰(zhàn)權(quán)威、合理運(yùn)用批判性思維的重要性。

(*通信作者)