融合HPS理念的5E教學(xué)模式在高中生物課堂的應(yīng)用

徐思麒 任山章

摘要：培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)是目前教育理論研究和課堂教學(xué)實踐的大方向，對教學(xué)模式的創(chuàng)新和運用提出了新的標(biāo)準(zhǔn)和期待。通過對HPS和5E教學(xué)模式的教育理念、教育特點和教育形式進行分析，嘗試構(gòu)建以5E教學(xué)模式為主體，融合HPS念的新型教學(xué)模式，并以“光合作用的碳反應(yīng)”一節(jié)的內(nèi)容為例進行教學(xué)設(shè)計，有效地將HPS和5E結(jié)合，有望以此促進學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：HPS教育;5E教學(xué)模式;生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.91 文獻標(biāo)志碼：B

為了更好培養(yǎng)出具有良好創(chuàng)新能力、思辨能力、適應(yīng)能力和終身學(xué)習(xí)能力的人才，以適應(yīng)社會的快速發(fā)展，教育越來越強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)?！陡咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中將生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)概括為生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任。HPS教育和5E教育模式均為目前教育界研究的熱點，眾多研究表明這兩種教育模式對于學(xué)生的核心素養(yǎng)落地具有較大的作用。當(dāng)前，國內(nèi)的研究主要集中在HPS教學(xué)和5E教學(xué)模式的理論價值、實踐有效性及教學(xué)案例的開發(fā)等方面，但就兩者的融合性研究少之又少。因此，基于以上問題，嘗試建構(gòu)融合HPS理念的5E教學(xué)模式在生物課堂的教學(xué)設(shè)計，以期對學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有所助力。

1融合HPS理念的5E教學(xué)模式構(gòu)建

1.1HPS教育

HPS教育是科學(xué)史（History ofScience），科學(xué)哲學(xué)（Philosophy of Science）科學(xué)社會學(xué)（Sociology of Sci.ence）三者的簡稱。其中，科學(xué)史（H）就是關(guān)于科學(xué)的歷史，通過科學(xué)史的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以站在科學(xué)家的角度，深入體會科學(xué)探究是如何進行的;也可以遵循科學(xué)發(fā)展的脈絡(luò)，了解多種因素對于科學(xué)發(fā)展的影響。因此，HPS教育強調(diào)的科學(xué)史不僅要求關(guān)注具體的科學(xué)史實，更是著眼于其背后反應(yīng)出的科學(xué)本質(zhì)觀，包括對于科學(xué)知識，科學(xué)探究和科學(xué)事業(yè)的理解等?？茖W(xué)哲學(xué)（P）是回答“科學(xué)是什么？”的問題，從思辨的角度來分析科學(xué)知識的背景、起源和內(nèi)在聯(lián)系，展示出科學(xué)發(fā)展的因果和連續(xù)性，讓學(xué)生認識到科學(xué)是不斷發(fā)展的。科學(xué)社會學(xué)（s）是從社會學(xué)的角度來考察科學(xué)知識的發(fā)展脈絡(luò)，表明科學(xué)的發(fā)展離不開社會環(huán)境的依托，社會對于科學(xué)發(fā)展具有重要的反作用，使學(xué)生理解科學(xué)的社會功能，積極利用科學(xué)知識作用于社會實踐。

1.25E教學(xué)模式

5E教學(xué)模式是由美國生物學(xué)課程研究（BSCS）提出的一種教學(xué)模式，是基于建構(gòu)主義理論發(fā)展起來的一種教學(xué)模式，符合學(xué)生知識建構(gòu)的協(xié)同方式和組織順序，通過科學(xué)探究使學(xué)生更加深入的理解知識。5E教學(xué)模式包括了五個階段，即引入（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elabora.tion）和評價（Evaluation）。每個階段都有特定的作用和功能，教師依據(jù)5E模式來進行教學(xué)設(shè)計，可以將教學(xué)流程連貫起來，使學(xué)生能夠?qū)χR、技能和價值觀念有更深層次的理解。

1.3基于HPS理念的5E教學(xué)模式構(gòu)建

以HPS理念進行的教學(xué)設(shè)計，是在以科學(xué)史進程為主要教學(xué)線索的基礎(chǔ)上，用科學(xué)哲學(xué)觀點進行邏輯推理與思維深化，以科學(xué)社會學(xué)應(yīng)用進行創(chuàng)造性延展，著眼于學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀。近些年眾多學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)，運用5E教學(xué)模式培養(yǎng)中國學(xué)生核心素養(yǎng)是課堂實踐層面的有效策略。從這個角度來說，HPS和5E教學(xué)模式具有異曲同工之妙，將兩者融合具有可能性。以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)，為了更好地將HPS和5E教學(xué)模式融合，擬以5E教學(xué)模式為主體，貫穿HPS理念來進行教學(xué)設(shè)計，充分發(fā)揮HPS和5E教學(xué)的優(yōu)點，整合出新的教學(xué)模式，見表1。

2教學(xué)設(shè)計案例

以浙科版高中生物學(xué)（2019年版）教材必修一第五節(jié)“光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能”中的“碳反應(yīng)”為例，進行融合HPS理念與5E教學(xué)模式的教學(xué)設(shè)計。

2.1吸引

教師展示資料，創(chuàng)設(shè)情境：1648年，比利時科學(xué)家海爾蒙特發(fā)現(xiàn)植物生產(chǎn)所需要的養(yǎng)料主要來自于水，而不是土壤。1771年，英國科學(xué)家普利斯特利發(fā)現(xiàn)了植物的光合作用，他提出植物生長不僅需要土壤中的水，而且需要從空氣中吸收CO2，同時釋放出O2，隨后英根豪斯通過實驗發(fā)現(xiàn)了植物需要陽光才能制造出O2。1864年，德國科學(xué)家薩克斯證明了綠色植物在陽光下可以產(chǎn)生淀粉，光是光合作用的必要條件。在此之后，恩吉爾曼證實了葉綠體是光合作用的場所。至此，可以初步確定光合作用的原料和產(chǎn)物。在上一節(jié)課中，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了在類囊體薄膜中發(fā)生的光反應(yīng)過程。那么，光合作用的碳反應(yīng)是如何進行的呢？

設(shè)計意圖：教師介紹光合作用科學(xué)史，創(chuàng)設(shè)課堂所需的具體情境，吸引學(xué)生的注意力，引發(fā)學(xué)生對于光合作用碳反應(yīng)的好奇心，潛移默化中幫助學(xué)生形成生命觀念。

2.2探究

教師要求學(xué)生以小組為單位，討論分析學(xué)案（表2）中卡爾文等科學(xué)家運用實驗的方法發(fā)現(xiàn)碳反應(yīng)的科學(xué)歷程的資料，綜合這些信息，大膽推理CO2轉(zhuǎn)變?yōu)槿继堑倪^程，并在紙上畫出所構(gòu)建的碳反應(yīng)模型。

設(shè)計意圖：通過對于實驗現(xiàn)象的分析，學(xué)生可以真正站在科學(xué)家的角度來審視不同的實驗現(xiàn)象之間的邏輯關(guān)系，體驗科學(xué)家的思考方式。運用科學(xué)哲學(xué)所體現(xiàn)的思辨能力進行邏輯推理，找到變量之間的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，在自主探究和小組合作中發(fā)展高階思維。

2.3解釋

各小組派代表分享小組討論的結(jié)果，在黑板上畫出構(gòu)建的碳反應(yīng)模型。在小組分享時，教師不做判斷性評價，而是誘導(dǎo)提問，讓學(xué)生分析：“自己小組的模型與別的小組有何不同？為什么會產(chǎn)生這種不同？支撐你的模型構(gòu)建的依據(jù)是什么？”所有小組分享結(jié)束后，師生共同選出最佳模型，教師對于碳反應(yīng)模型中的重點內(nèi)容進行強調(diào)和補充講解，針對學(xué)生回答中的不足進行點撥。

設(shè)計意圖：在學(xué)生構(gòu)建模型的過程中教師不予評價，體現(xiàn)了以學(xué)生為中心。通過提問，教師逐漸引導(dǎo)學(xué)生運用科學(xué)思維方式分析不同模型之間的差異，找尋支撐自己觀點的依據(jù)，在師生討論中使模型的構(gòu)建更加清晰和正確。這一過程中，知識并不是從教師的口里說出來的，而是學(xué)生通過分析推理得出來，既鍛煉了學(xué)生的語言表達能力，也加強了學(xué)生的科學(xué)思維能力。

2.4遷移

教師提供材料：2019年9月，袁隆平先生被授予了“共和國勛章”，他一生致力于研究雜交水稻，并不斷獲得突破性進展。他所研究的雜交水稻在高產(chǎn)方面相比普通水稻具有絕對優(yōu)勢，被外國媒體譽為“東方魔稻”。超級雜交稻在光反應(yīng)過程中的光合量子傳遞速率高，能吸收更多的光能，飽和光合速率高;其葉片中葉綠素a/b比值比普通水稻高22.90%和36.78%，并且其對光能吸收、傳遞及轉(zhuǎn)化的效率較高，將光能轉(zhuǎn)化為活躍的化學(xué)能的能力強。雜交水稻中Rubisco酶活性較強，能夠固定更多的CO2;葉片光合作用的效率強，凈光合作用速率高，同時其光合功能期長，物質(zhì)積累量大;除此之外，超級雜交稻還具有生育后期光合面積大、葉綠素含量下降慢、可溶性糖含量高、光合速率高等特點。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析資料中的相關(guān)信息，思考問題：哪些是雜交水稻通過增強碳反應(yīng)來提高產(chǎn)量的手段？除了這些手段，你還有哪些方法可以提高雜交水稻的碳反應(yīng)過程？

設(shè)計意圖：從資料的分析中，學(xué)生可以進一步復(fù)習(xí)碳反應(yīng)過程，加深對于碳反應(yīng)模型的理解。以雜交水稻這個切入點進行拓展和延伸，契合生活實際和社會熱點，符合現(xiàn)代課程設(shè)計理念。從科學(xué)社會學(xué)的角度來看，這一設(shè)計可以讓學(xué)生把書本上的知識積極應(yīng)用于生活實踐，關(guān)注科學(xué)發(fā)展對于社會的作用力，培養(yǎng)社會責(zé)任。

2.5評價

教師引導(dǎo)學(xué)生回憶并敘述本節(jié)課的學(xué)習(xí)收獲，學(xué)生歸納總結(jié)。教師提煉講解本節(jié)課重點內(nèi)容，可以通過提問檢測評價等方式，如讓學(xué)生復(fù)述碳反應(yīng)模型等。另外，布置課后思考題：“除了今天課堂上提到過的方法，請同學(xué)們進行頭腦風(fēng)暴，思考還有哪些可以提高雜交水稻產(chǎn)量的方法？”

設(shè)計意圖：評價過程實際貫穿課堂教學(xué)的所有環(huán)節(jié)，包括了學(xué)生互評和教師點評，如在各小組匯報碳反應(yīng)模型時，也對其他小組的模型進行了評價。在課堂最后環(huán)節(jié)的評價，更加側(cè)重于引導(dǎo)學(xué)生對于本節(jié)課所學(xué)的總結(jié)和拔高，通過形成性評價來反饋教學(xué)效果。

3評價與反思

在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)下，將HPS的教育理念與5E教學(xué)模式進行融合，發(fā)揮兩者所長，構(gòu)建新的教學(xué)模式，并設(shè)計了相關(guān)教學(xué)案例。構(gòu)建后的模式在引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)科學(xué)概念，培養(yǎng)科學(xué)探究和邏輯思維能力，提高學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)具有一定的創(chuàng)新性和可行性。以科學(xué)史來創(chuàng)設(shè)情境從而達到吸引的目的，不僅使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大大增強，也能讓學(xué)生沉浸于學(xué)科本身，了解學(xué)科的發(fā)展脈絡(luò)。教師通過設(shè)置具體的問題，提供相關(guān)的科學(xué)史材料，引導(dǎo)學(xué)生以科學(xué)家的角度進行推理分析，提出合理的假設(shè)，并通過自主探究或合作研討等方式進行論證，最后在具體的社會問題情境中將知識遷移和深化。構(gòu)建后的模式在引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)科學(xué)概念，培養(yǎng)科學(xué)探究和邏輯思維能力，提高學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)具有一定的創(chuàng)新性和可行性。