運(yùn)用HPS教學(xué)模式開展高中生物教學(xué)的實(shí)踐研究

張凌霞 漳州一中 福建漳州 363000

1 HPS教學(xué)模式的界定

HPS是科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)（History of Science and Philosophy of Science)的英文縮寫，隨著社會(huì)的發(fā)展，又將科學(xué)社會(huì)學(xué)納入HPS教育中，這樣HPS就包含科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)。HPS教學(xué)模式是由孟克和奧斯本提出的，學(xué)習(xí)的課題包含科學(xué)史上某一科學(xué)家曾經(jīng)研究的自然現(xiàn)象。該教學(xué)模式包括6個(gè)基本環(huán)節(jié)：演示現(xiàn)象、引出觀念、學(xué)習(xí)歷史、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、呈現(xiàn)科學(xué)觀念和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)、總結(jié)和評(píng)價(jià)。

2 在高中生物教學(xué)中運(yùn)用HPS教學(xué)模式

高中生物教材在呈現(xiàn)知識(shí)時(shí)，通常以歷史上中經(jīng)典的科學(xué)實(shí)驗(yàn)為線索，通過陳述經(jīng)典的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建知識(shí)的發(fā)生發(fā)展歷史過程。這其中蘊(yùn)含科學(xué)思維方法、科學(xué)精神。如若在教學(xué)過程中教師能很好地利用科學(xué)史，不僅能活躍課堂氣氛，讓更多的學(xué)生參與進(jìn)來，體驗(yàn)科學(xué)研究帶來的樂趣，也能更好地掌握科學(xué)的本質(zhì)。筆者以“孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（一）”教學(xué)為例，開展HPS教學(xué)模式的實(shí)踐。幫助學(xué)生理解本節(jié)課的核心概念，也是本節(jié)的難點(diǎn)：雜交實(shí)驗(yàn)中子二代性狀分離比為3:1，基因型比例為1:2:1，以及出現(xiàn)這樣分離比的條件。

2.1 演示現(xiàn)象

展示資料：紫茉莉純合紅花與純合白花的雜交后代全部開粉紅花。提問：紫茉莉的花色是怎么遺傳的？

學(xué)生可能會(huì)回答：后代紫茉莉開粉色的花是因?yàn)殡p親的遺傳物質(zhì)在子代體內(nèi)發(fā)生混合，使子代表現(xiàn)出介于雙親之間的性狀。像牛奶加咖啡，屬于融合遺傳。也有可能回答：雖然后代紫茉莉開粉色的花，但雙親的遺傳物質(zhì)（基因）在子代基因獨(dú)立遺傳（初中學(xué)習(xí)過相關(guān)的遺傳學(xué)知識(shí)），基因表達(dá)的結(jié)果導(dǎo)致后代紫茉莉開粉色的花。

學(xué)生對(duì)該現(xiàn)象的解釋能很好地暴露與遺傳相關(guān)的前概念。

2.2 引出觀念

本環(huán)節(jié)筆者旗幟鮮明地提出本節(jié)課的核心觀念（分離定律）：在生物的體細(xì)胞中，控制同一性狀的遺傳因子成對(duì)存在，不相融合；在形成配子時(shí)，成對(duì)的遺傳因子發(fā)生分離，分離后的遺傳因子分別進(jìn)入不同的配子中，隨配子遺傳給后代。

2.3 學(xué)習(xí)歷史

本環(huán)節(jié)是HPS教學(xué)模式的核心環(huán)節(jié)，學(xué)生在教師的引領(lǐng)下，通過資料分析，回答教師提出的問題串，沿著科學(xué)家的腳步探尋科學(xué)的本質(zhì)。

在本環(huán)節(jié)的教學(xué)過程中，筆者呈現(xiàn)給學(xué)生以下資料：資料1孟德爾用于雜交實(shí)驗(yàn)的材料（豌豆、山柳菊）豌豆花的大，既有雌蕊又有雄蕊，閉花傳粉；有容易觀察的相對(duì)性狀。山柳菊花小，沒有容易區(qū)分、可以連續(xù)觀察的相對(duì)性狀，能有性生殖和無性生殖。設(shè)置問題串：用豌豆作雜交實(shí)驗(yàn)的材料有哪些優(yōu)點(diǎn)？實(shí)驗(yàn)材料的選擇在科學(xué)研究中起怎樣的作用？

資料2 豌豆的人工異花傳粉過程。問題串：豌豆人工異花傳粉時(shí)母本要在什么時(shí)候去雄？豌豆人工異花傳粉時(shí)為什么要套袋？什么時(shí)候套袋？自然界中的豌豆為什么一般是純種的？

資料3高莖豌豆和矮莖豌豆的雜交實(shí)驗(yàn)過程。問題串:為什么子一代都是高莖？為什么子二代中矮莖性狀又出現(xiàn)了呢？對(duì)相對(duì)性狀的豌豆遺傳實(shí)驗(yàn)是否符合當(dāng)時(shí)的“融合遺傳”觀點(diǎn)?為什么?如果后代數(shù)量很少，子二代的性狀分離比還會(huì)接近3:1嗎？

引導(dǎo)學(xué)生回答問題，質(zhì)疑融合遺傳理論，嘗試著沿著孟德爾的腳步，構(gòu)建新主張（孟德爾的假說）：遺傳因子是獨(dú)立存在的，互不融合，也不會(huì)在傳遞過程中消失。但學(xué)生對(duì)于孟德爾假說的其他內(nèi)容（體細(xì)胞中遺傳因子成對(duì)存在；在形成配子時(shí)，成對(duì)的遺傳因子彼此分裂，分別進(jìn)入不同的配子中；受精時(shí)，雌雄配子隨機(jī)結(jié)合）的提出有一定的困難，筆者通過講授法告知學(xué)生。

在本環(huán)節(jié)的教學(xué)過程中，筆者通過一些數(shù)據(jù)強(qiáng)調(diào)孟德爾研究過程的艱辛、態(tài)度的嚴(yán)謹(jǐn)：獨(dú)自做了8年的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)、1萬多株豌豆、一朵花一朵花地去進(jìn)行雜交操作，準(zhǔn)確記錄大量數(shù)據(jù)等等。學(xué)生很容易感受到其中的信息：科學(xué)研究過程必須具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度(比如準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果)，還要有毅力、有頑強(qiáng)的科學(xué)精神，只有具備這些科學(xué)家養(yǎng)，科學(xué)研究才有可能取得成功。

教師通過提問及資料呈現(xiàn)引入對(duì)假說內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證的學(xué)習(xí)：孟德爾的對(duì)分離現(xiàn)象的解釋的核心是什么？這個(gè)解釋是否正確呢？孟德爾又做了哪些工作試圖讓人信服這個(gè)觀點(diǎn)呢？

資料4：孟德爾巧妙地設(shè)計(jì)了測(cè)交實(shí)驗(yàn)，讓F1與隱性純合子雜交。問題：假設(shè)孟德爾的假說是正確的，請(qǐng)你預(yù)測(cè)測(cè)交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。筆者通過引導(dǎo)學(xué)生回答問題，體驗(yàn)孟德爾在提出分離定律時(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评磉^程，體會(huì)假說演繹法與歸納法的不同。

2.4 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

孟德爾的假說是本節(jié)內(nèi)容的核心，筆者通過引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)性狀分離比模擬實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)孟德爾的假說中雌雄配子隨機(jī)結(jié)合，F(xiàn)2中才會(huì)出現(xiàn)3∶1的性狀分離比。實(shí)驗(yàn)中用A、B兩個(gè)盒子分別代表雌、雄生殖器官，盒子內(nèi)的黑色、白色玻璃珠代表雌、雄配子，通過黑、白玻璃珠的隨機(jī)組合，模擬雌雄配子的隨機(jī)結(jié)合。筆者提出問題串引導(dǎo)學(xué)生思考：模擬次數(shù)太少是否會(huì)出現(xiàn)3:1的分離比？如果沒有在下次摸球之前把拿出的玻璃球放進(jìn)盒子，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有什么影響？如果將玻璃球換成不同大小的紅豆和綠豆（紅豆代表雌配子，綠豆代表雄配子）結(jié)果可能會(huì)如何？

2.5 呈現(xiàn)科學(xué)觀念和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)

本環(huán)節(jié)要求學(xué)生能用語言表述出分離定律，在表述中可以使用術(shù)語，但要求學(xué)生解釋術(shù)語，以明確學(xué)生是否真的掌握科學(xué)概念（觀念）。

要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)分離定律。筆者提出問題：如何驗(yàn)證紫茉莉的花色遺傳是通過遵循分離定律。學(xué)生能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：方案1紫茉莉純合紅花與純合白花的雜交，獲得開粉色花的子一代，子一代自交，觀察子二代紫茉莉的花色及比例。方案2紫茉莉純合紅花與純合白花的雜交，獲得開粉色花的子一代，子一代與白色個(gè)體雜交，觀察后代的花色及比例。

3 HPS教學(xué)模式實(shí)踐的反思和總結(jié)

HPS教學(xué)模式在運(yùn)用過程中要結(jié)合講授法，論證式教學(xué)；需要教師設(shè)置多個(gè)資料，設(shè)計(jì)了一系列問題引導(dǎo)學(xué)生思考、討論，并在學(xué)生討論、表述觀點(diǎn)時(shí)用心傾聽，了解學(xué)生觀點(diǎn)，了解學(xué)生的困難；需要給學(xué)生提供充分的思考空間，深入到科學(xué)史的探究過程，真正的把課堂還給學(xué)生。