HPS教學(xué)模式融入《變色花》的實(shí)踐思考

◇王雅瑜（福建：廈門市集美區(qū)英村小學(xué)）

一、什么是HPS

HPS是科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)三者內(nèi)容的融合，即在教育教學(xué)中融入有關(guān)科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)以及科學(xué)社會(huì)學(xué)的內(nèi)容，以期提高科學(xué)教育的質(zhì)量。

二、HPS教育現(xiàn)狀

馬赫是國外最早提出HPS 教育理念的科學(xué)家，他認(rèn)為：“沒有任何科學(xué)教育可以不重視科學(xué)的歷史與哲學(xué)。”哈佛大學(xué)的科學(xué)史教授霍爾頓在《改革物理學(xué)教程》一書中大量引用科學(xué)史內(nèi)容，為HPS 教育融入中等教育塑造了典范。20世紀(jì)80年代以來，英國的《國家科學(xué)課程》、美國的《2061 計(jì)劃》及《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》等都有一個(gè)共同的趨勢(shì)：將HPS 教育融入科學(xué)教育，提高學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

我國科學(xué)教育起步較晚，也沒有龐大、完善的理論作為支撐。同時(shí)，對(duì)科學(xué)史教育作用的理解較為狹隘，停留在激發(fā)學(xué)生科學(xué)興趣以及愛國教育方面，還未涉及科學(xué)史對(duì)提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面的積極作用。1999年，廣州大學(xué)科學(xué)教育研究所魏冰博士在《比較教育研究》第3 期上發(fā)表了《科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)教學(xué)》一文。他認(rèn)為，HPS 教育的基本意圖，不但要讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)內(nèi)容，還要讓他們了解科學(xué)的本質(zhì)，而HPS 在科學(xué)教學(xué)中的作用主要體現(xiàn)在：1.使科學(xué)密切聯(lián)系個(gè)人、倫理、文化和政治因素，從而使科學(xué)人文化；2.使課堂教學(xué)更富有挑戰(zhàn)性和思考性，從而加強(qiáng)學(xué)生的批判性思維技能；3.有助于更全面、準(zhǔn)確地理解學(xué)科內(nèi)容。

科學(xué)課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)，主要是指學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)課程的過程中，逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展所需要的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力，是科學(xué)課程育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任等方面。新蘇教版小學(xué)科學(xué)教材中有大量的科學(xué)史，作為一種重要的課程資源，對(duì)于科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)具有重要作用。新教材中以時(shí)間軸為單位，呈現(xiàn)科技發(fā)展歷程，但教參對(duì)教法及教學(xué)目標(biāo)沒有具體呈現(xiàn)，也很少將科學(xué)史教學(xué)與理解科學(xué)本質(zhì)、提升科學(xué)素養(yǎng)直接關(guān)聯(lián)，致使科學(xué)史教學(xué)成為教學(xué)的“備選項(xiàng)”。

綜上所述，我們發(fā)現(xiàn)，HPS 教育現(xiàn)狀是：1.國外HPS 教育應(yīng)用較為成熟，國內(nèi)起步晚，無現(xiàn)成的教學(xué)模式可參考；2.HPS 教育應(yīng)用于課堂教學(xué)實(shí)踐，多見于中學(xué)課程，用于學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)方法的研究，而應(yīng)用于小學(xué)科學(xué)課程的較少，且多是理論上的研究，較少應(yīng)用于課堂教學(xué)實(shí)踐中；3.以蘇教版小學(xué)科學(xué)教材為例，編者對(duì)科學(xué)史的重視上了一個(gè)新的高度，但對(duì)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方法無明確要求，廣大教師難以將科學(xué)史教育與助力科學(xué)素養(yǎng)提升相聯(lián)系。

三、HPS教學(xué)模式在小學(xué)科學(xué)課堂的實(shí)踐案例

如何開展科學(xué)史教育？英國科學(xué)教育學(xué)者孟克和奧斯本提出了把HPS 融入科學(xué)教育的新科學(xué)模式，即HPS 教學(xué)模式，其程序包括六個(gè)環(huán)節(jié)。下面以《變色花》的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，談?wù)凥PS教學(xué)模式在小學(xué)科學(xué)課堂中的運(yùn)用。

（一）演示現(xiàn)象

小學(xué)階段，故事對(duì)學(xué)生具有非常大的吸引力，以科學(xué)家波義耳在實(shí)驗(yàn)室不小心把酸性液體濺到紫羅蘭花的故事導(dǎo)入。教師課件出示紫羅蘭花被染色前后，引發(fā)學(xué)生思考：紫羅蘭花為什么變色？

（二）引出觀點(diǎn)

教師引導(dǎo)學(xué)生就看到的現(xiàn)象進(jìn)行討論，提出自己的觀點(diǎn)。

生甲：可能是花中的某種物質(zhì)與液體發(fā)生了反應(yīng)。

師：如果你是波義耳，你打算怎么做呢？

生甲：我打算再做一次試試看。

生乙：其他液體也會(huì)使花變色嗎？

生丙：試試其他液體是不是也會(huì)使花變色。

（三）學(xué)習(xí)歷史

學(xué)生對(duì)紫羅蘭花變紅的現(xiàn)象進(jìn)行思考后，教師繼續(xù)回到歷史故事中：波義耳看到紫羅花變色了，她讓助手準(zhǔn)備各種酸，把紫羅蘭花分成幾束放進(jìn)液體中，發(fā)現(xiàn)酸性液體都使紫羅蘭花變成紅色了。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，教師及時(shí)肯定學(xué)生甲嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，肯定學(xué)生乙和學(xué)生丙的善于思考。科學(xué)史的介紹使學(xué)生設(shè)身處地體驗(yàn)了科學(xué)家探究與思考的過程。學(xué)生甲在這個(gè)過程中獲得一種巨大的成就感：原來他的想法和科學(xué)家如此相似；學(xué)生乙和學(xué)生丙在這個(gè)過程中思維得到了很好鍛煉。

（四）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

“我也給大家準(zhǔn)備了各種液體，如果你是波義耳，打算怎么來研究這些液體的酸堿性？”讓學(xué)生以小組為單位，展開討論與交流，進(jìn)而引導(dǎo)他們?cè)鯓舆M(jìn)行公平實(shí)驗(yàn)：液體一樣多；浸泡時(shí)間一樣長(zhǎng)。（在具體操作中，紫羅蘭花瓣厚，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，本節(jié)課中的花用牽?；▉硖娲?。）

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

在教學(xué)中，我為學(xué)生提供了五種液體：白醋、食用堿液體、洗衣粉水、檸檬酸、白開水。學(xué)生通過公平實(shí)驗(yàn)，找出液體中能使花變紅色的檸檬酸和白醋，并再次質(zhì)疑：那么使花變成藍(lán)綠色的這些物質(zhì)呢？沒有變色的物質(zhì)呢？教師順勢(shì)給出堿性物質(zhì)和中性物質(zhì)，并讓學(xué)生根據(jù)液體種類及感官找出這些液體分別是什么。學(xué)生在知道食用堿液體和洗衣粉水屬于堿性液體的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)看、聞以及生活經(jīng)驗(yàn)，找出洗衣粉水，以此推斷出另一種不認(rèn)識(shí)的液體是食用堿液體。充滿挑戰(zhàn)的活動(dòng)讓學(xué)生的思維一直處于活躍狀態(tài)。

（六）總結(jié)與評(píng)價(jià)

本節(jié)課的知識(shí)目標(biāo)順利完成，學(xué)生對(duì)酸性液體、堿性液體和中性液體有了大致了解。教師引導(dǎo)學(xué)生再回到歷史故事中，新問題又來了：你覺得用花來檢測(cè)物質(zhì)的酸堿性可能會(huì)遇到哪些新問題？學(xué)生甲：不是花開的季節(jié)怎么辦？學(xué)生乙：每次檢測(cè)前都要先去摘花，特別麻煩。學(xué)生考慮得確實(shí)都是波義耳考慮的問題，所以后來就有了石蕊試紙、pH 試紙的誕生。課程進(jìn)行到此環(huán)節(jié)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)：“人類的需求是一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，人類總是對(duì)產(chǎn)品不斷改進(jìn)以適應(yīng)自己不斷增加的需求?！倍@正是我們課標(biāo)需要去落實(shí)的。在談本節(jié)課的收獲及學(xué)生課后訪談時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，借助科學(xué)史，學(xué)生對(duì)物質(zhì)的三種分類還是非常精準(zhǔn)到位的。學(xué)生課后還想探究還有哪些花可以指示物質(zhì)的酸堿性，有的學(xué)生還想探究人體的糞便是酸性還是堿性。課間，調(diào)皮的男生帶著PH 試紙去實(shí)驗(yàn)了。在這個(gè)過程中，不論是目標(biāo)達(dá)成還是課堂生成，學(xué)生收獲和經(jīng)歷的科學(xué)探究精神，遠(yuǎn)比教師預(yù)設(shè)的豐富，本課的四維目標(biāo)已經(jīng)融為一體了。教師在反復(fù)備課、磨課中，也有所領(lǐng)悟：雖然《變色花》一課在課標(biāo)中屬于物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)容，但其實(shí)涉及科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的內(nèi)容，課標(biāo)中各領(lǐng)域的內(nèi)容也是可以相輔相成、融會(huì)貫通的。

四、HPS教學(xué)模式在小學(xué)科學(xué)課堂的實(shí)踐思考

HPS 教學(xué)模式將科學(xué)史整合成適合學(xué)生探究的主題，引導(dǎo)學(xué)生沿著科學(xué)家的探索思路，領(lǐng)會(huì)科學(xué)研究的一般方法，領(lǐng)悟科學(xué)家的思維發(fā)展過程。這對(duì)當(dāng)前小學(xué)科學(xué)課堂存在的“情境不真”“目的不明”“活動(dòng)有余、思維不足”等現(xiàn)象是一個(gè)很好的彌補(bǔ)。但如何將科學(xué)史資料的收集和整合成適合學(xué)生開展探究的活動(dòng)材料，對(duì)教師來說有一定的難度，而且HPS 教學(xué)模式并非適合所有的小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)。那么，HPS教育對(duì)于其他非課題成員有什么借鑒意義呢？我認(rèn)為至少有以下兩點(diǎn)。

（一）科學(xué)閱讀是提升學(xué)生素養(yǎng)的有效途徑

國際上普遍將科學(xué)素養(yǎng)概括為三個(gè)組成部分：了解科學(xué)知識(shí)；了解科學(xué)的研究過程和方法；了解科學(xué)技術(shù)對(duì)社會(huì)和個(gè)人所產(chǎn)生的影響。科學(xué)閱讀是有效提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方法之一。當(dāng)今閱讀存在以下幾種現(xiàn)象：首先，閱讀范圍存在“重文輕理”的現(xiàn)象，科普類書籍閱讀普遍偏少，在女生當(dāng)中尤為明顯。無閱讀，不積累，更無從談思維的培養(yǎng)。其次，廣大一線科學(xué)教師并未能有效指導(dǎo)學(xué)生對(duì)課內(nèi)閱讀資料進(jìn)行圈點(diǎn)勾畫做批注等，質(zhì)疑性閱讀、求解性閱讀、比較性閱讀等的落實(shí)更是無從談起。最后，教師雖然引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科學(xué)時(shí)事，但更多的只是開拓其眼界，并未將現(xiàn)今科學(xué)家的工作與認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)、提升科學(xué)素養(yǎng)相關(guān)聯(lián)。因此，作為一線小學(xué)科學(xué)教師，在當(dāng)前國測(cè)、省測(cè)的背景下，應(yīng)該考慮將有效科學(xué)閱讀與提升學(xué)生素養(yǎng)更好地結(jié)合。

（二）科學(xué)教師的史哲素養(yǎng)是科學(xué)課程實(shí)施的關(guān)鍵因素

在當(dāng)前的評(píng)定體制下，教師的教學(xué)方法和教學(xué)策略仍然側(cè)重于知識(shí)的傳授，學(xué)生難以感受科學(xué)發(fā)展的過程以及科學(xué)的態(tài)度和價(jià)值觀。教師“不同的科學(xué)觀必然反映在課程和教學(xué)中，直接影響著教育改革的成效和教學(xué)質(zhì)量”。首先，教師要進(jìn)行必要的科學(xué)史哲素養(yǎng)學(xué)習(xí)，樹立正確的科學(xué)教學(xué)觀。這種科學(xué)觀不再將科學(xué)和科學(xué)知識(shí)的“客觀性”完全否定?！八姓J(rèn)科學(xué)知識(shí)具有暫定性，并不斷變化；科學(xué)家的工作是尋找證據(jù)解決分歧”。教師基于以上認(rèn)知，教學(xué)工作也會(huì)由知識(shí)的傳授轉(zhuǎn)向如何利用科學(xué)史幫助學(xué)生成長(zhǎng)。其次，必要的科學(xué)史、哲學(xué)學(xué)習(xí)有助于預(yù)測(cè)學(xué)生的前概念，以協(xié)助教學(xué)的設(shè)計(jì)。如，“眼睛放出光線而看到物體”“白色是純的、無色的光”等理論，也是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中根深蒂固的觀念，教師可以抓住這些概念迷失，“對(duì)癥下藥”。通過有趣的歷史題材，還原科學(xué)家在當(dāng)時(shí)環(huán)境下的探究過程，在一定程度上可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，原來自己的想法也是科學(xué)家曾經(jīng)的想法，而科學(xué)家的思維方法和探究方法也會(huì)潛移默化地影響他們。在教學(xué)中運(yùn)用這些歷史題材，引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)，遠(yuǎn)比單一重復(fù)記憶、背誦科學(xué)知識(shí)效果要好得多。