HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)整合的高中生物學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)研究

黃晨葦 鐘小梅

摘 要：在高中生物學(xué)課堂上，HPS的教學(xué)模式和情境教學(xué)都是比較普遍的教學(xué)方法，HPS教學(xué)模式可以幫助學(xué)生更好地了解學(xué)科的實(shí)質(zhì)，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。文章以“能量之源——光與光合作用”模塊為實(shí)例，對(duì)將HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)相結(jié)合的高中生物教學(xué)，進(jìn)行了深入的探討和分析，提出了在高中生物教學(xué)中如何將HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)相結(jié)合，為未來(lái)在國(guó)內(nèi)的生物教學(xué)中實(shí)現(xiàn)HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)相結(jié)合的新型教學(xué)模式提供可供參考的建議。

關(guān)鍵詞：HPS教學(xué)；情境教學(xué)；高中生物

根據(jù)2016年出臺(tái)的《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》，在開展生物學(xué)的課程教學(xué)時(shí)，應(yīng)體現(xiàn)出學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)精神、科學(xué)思維，以滿足學(xué)生的自主發(fā)展的學(xué)習(xí)能力、健康的生活理念。教師基于科學(xué)的方法開展教學(xué)活動(dòng)，不僅可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)學(xué)科核心概念進(jìn)行深刻的理解，還可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證的能力，使學(xué)生在科學(xué)探索的過(guò)程中，不斷地發(fā)展自己的科學(xué)思維，掌握生物學(xué)發(fā)展的規(guī)律。通過(guò)“少而精”的課堂教學(xué)，更好地對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力進(jìn)行培養(yǎng)，為學(xué)生的持續(xù)全面發(fā)展提供強(qiáng)大的支持。從20世紀(jì)90年代至今，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，知識(shí)的不斷更新，以科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)為主的HPS教學(xué)，已成了當(dāng)今國(guó)際科教界研究的主流方向。在中國(guó)的科學(xué)課程中，一般采用化學(xué)史、HPS教學(xué)、生物科學(xué)史、翻轉(zhuǎn)課堂、情境教學(xué)等方式，對(duì)學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀展開實(shí)際研究[1]?！澳芰恐础馀c光合作用”是人教版高中生物教材必修1第五章第四節(jié)第二課時(shí)的內(nèi)容，在新課程標(biāo)準(zhǔn)下，把HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)結(jié)合起來(lái)，可從兩個(gè)角度促進(jìn)高中生物課程教學(xué)的實(shí)施。筆者以“光和光合作用”為實(shí)例，在HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，探討高中生物學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

一、HPS與情境教學(xué)模式的研究概述

（一）HPS教學(xué)

HPS教學(xué)一詞源自德國(guó)學(xué)者馬赫，他從科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)這三個(gè)新角度出發(fā)進(jìn)行科學(xué)的教學(xué)[2]。在對(duì)科學(xué)史敘述的過(guò)程中，可以將各個(gè)學(xué)科間相關(guān)的事件與科學(xué)發(fā)現(xiàn)、成果聯(lián)系在一起，歸納和總結(jié)使其成為一種系統(tǒng)化的知識(shí)。HPS教學(xué)策略是指在進(jìn)行教學(xué)的時(shí)候，應(yīng)該把HPS當(dāng)作是教學(xué)的指導(dǎo)思想，在教學(xué)模式上采取HPS的一般模式，將HPS融入課程實(shí)施的每個(gè)環(huán)節(jié)[3]。

（二）情境教學(xué)

“情境”是指?jìng)€(gè)人采取某些動(dòng)作時(shí)所處的社會(huì)性環(huán)境，亦可解釋成個(gè)人采取這種行為時(shí)的具體條件[4]。從認(rèn)知觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，情境就是開展認(rèn)知活動(dòng)的行為，構(gòu)建情緒的氛圍。從教學(xué)的視角來(lái)說(shuō)，“情境”是一種由教師營(yíng)造出來(lái)，對(duì)課堂的教學(xué)有重要影響的氛圍條件[5]。情境教學(xué)是在課堂中創(chuàng)造出知識(shí)生成和發(fā)展的具體氛圍，有意識(shí)激發(fā)學(xué)生內(nèi)在情感、態(tài)度和動(dòng)機(jī)，幫助學(xué)生獲得知識(shí)、培養(yǎng)能力的教學(xué)方法[6]。

二、基于HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)整合的教學(xué)設(shè)計(jì)——“能量之源——光與光合作用”

（一）關(guān)注學(xué)生思維

伴隨著HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)整合模式的開展，學(xué)生思維活動(dòng)處于動(dòng)態(tài)的過(guò)程，他們的學(xué)習(xí)經(jīng)歷、科學(xué)理念和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)在持續(xù)變化，按照科學(xué)家的思維方式展開探索[7]。但學(xué)生與科學(xué)家的思維方式存在著巨大的差別。所以，在進(jìn)行課堂教學(xué)的過(guò)程中，教師要關(guān)注學(xué)生的思維方式和思維活動(dòng)，要進(jìn)行主動(dòng)指導(dǎo)，要多角度地為他們提供有利的環(huán)境，要將學(xué)生行為與他們所處的教學(xué)環(huán)境相結(jié)合，要突出學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體地位。在教師幫助下，學(xué)生有獨(dú)立探索和指導(dǎo)的機(jī)會(huì)，可以用自己的社會(huì)生活經(jīng)歷，對(duì)生活現(xiàn)象進(jìn)行剖析，增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題的意識(shí)和能力。

（二）利用多樣情境化教學(xué)

在傳統(tǒng)的高中生物學(xué)情境教學(xué)中，情境的呈現(xiàn)方式比較簡(jiǎn)單，這會(huì)讓學(xué)生感到枯燥無(wú)味，難以引起他們的興趣，會(huì)影響他們的學(xué)習(xí)熱情和主動(dòng)性。在HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)整合模式的高中生物學(xué)課堂上，教師可以從生物學(xué)知識(shí)、生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、生活事例、信息技術(shù)、生物學(xué)史等角度，通過(guò)使用語(yǔ)言文字以及圖畫、視頻、模型等多種形式，快速高效地創(chuàng)設(shè)生物學(xué)教學(xué)情境，豐富課堂中的知識(shí)信息量，提升課堂的效率。除此之外，這些圖、文、聲并茂的教學(xué)情境，還能讓情境變得更加生動(dòng)，降低學(xué)習(xí)難度，讓學(xué)生從暫時(shí)的學(xué)習(xí)興趣轉(zhuǎn)變?yōu)槌志玫奶骄繜崆椤?/p>

（三）采取多元化活動(dòng)形式

可以采取各種不同的有效活動(dòng)方式，使用頭腦風(fēng)暴、師生問(wèn)答、思維導(dǎo)圖、概念圖、聯(lián)想等方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)造力，激勵(lì)學(xué)生勇敢地說(shuō)出自己的想法，提出更多的想法。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，主張以小組為單元，通過(guò)討論交流和分組實(shí)驗(yàn)等方式，來(lái)提高學(xué)生的交流與協(xié)作能力。在“回顧與總結(jié)”的最后一階段，學(xué)生可以通過(guò)小組匯報(bào)的方式展開回顧和評(píng)估，全面概括科學(xué)家的科學(xué)方法、思維方式和科學(xué)精神等，讓學(xué)生對(duì)科學(xué)探索的過(guò)程和科學(xué)理念發(fā)展有更深入的了解。

三、設(shè)計(jì)教學(xué)案例：光合作用的探索歷程

（一）教材分析

光合作用的探究過(guò)程，是在人教版高中生物必修一第五章第四節(jié)《能量之源——光與光合作用》中進(jìn)行的，主要的學(xué)習(xí)過(guò)程包含了“捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)”和“光合作用的原理及應(yīng)用”兩個(gè)部分。這一部分內(nèi)容從七年級(jí)上學(xué)期第五章第一節(jié)就開始了初步學(xué)習(xí)，高中階段更深入地探索光合作用的發(fā)展的一系列經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。

（二）學(xué)情分析

在高中階段，學(xué)生對(duì)基本的光合作用理論知識(shí)都有初步的認(rèn)識(shí)，但對(duì)光合作用概念的理解并不完整。在高中階段，剛開始學(xué)習(xí)“探究酵母菌的呼吸的方式”，學(xué)生對(duì)探究性實(shí)驗(yàn)有了基本的認(rèn)知，但是還不能完整地理解探究性實(shí)驗(yàn)的原理、步驟及方法。在第三章第一節(jié)還學(xué)習(xí)了光合作用的重要場(chǎng)所——細(xì)胞器，還對(duì)葉綠體的基本結(jié)構(gòu)有一定的了解，但是學(xué)生的注意力會(huì)有所降低。所以，要把HPS教學(xué)模式和情境教學(xué)結(jié)合起來(lái)，這樣才能將學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情調(diào)動(dòng)起來(lái)。

（三）教學(xué)目標(biāo)

第一，以HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)為基礎(chǔ)，通過(guò)研究與光合作用有關(guān)的實(shí)驗(yàn)史，提高信息提取能力，培養(yǎng)比較、抽象和概括的能力；以文字、圖示、模型的形式呈現(xiàn)光合作用的內(nèi)涵，發(fā)現(xiàn)了光合作用科學(xué)實(shí)質(zhì)的規(guī)律。

第二，在HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)結(jié)合的基礎(chǔ)上，在探索有關(guān)光合作用的科學(xué)史資料之后，讓學(xué)生了解科學(xué)家的思維方式和方法，可以根據(jù)自己所學(xué)到的實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)探究。

（四）教學(xué)過(guò)程

1.借助多媒體演示現(xiàn)象導(dǎo)入新課播放植物大戰(zhàn)僵尸游戲的視頻。

提問(wèn)：在玩植物大戰(zhàn)僵尸游戲的開始為什么要種向日葵呢？

生：向日葵能夠產(chǎn)生能量。

提問(wèn)：向日葵為什么能夠產(chǎn)生能量呢？

生：向日葵能夠進(jìn)行光合作用。

師：大家在初中都學(xué)了光合作用，對(duì)光合作用有了初步的認(rèn)識(shí)。向日葵的成長(zhǎng)所需的能量和物質(zhì)從何而來(lái)？讓我們跟著科學(xué)家的足跡，一同探尋光合作用的研究之路！

設(shè)計(jì)意圖：用學(xué)生現(xiàn)有的生活經(jīng)驗(yàn)、原有的生物學(xué)知識(shí)、生活中熟悉或關(guān)注的生物學(xué)實(shí)例，來(lái)作為課堂教學(xué)的引入，用教師充滿感染力的敘述和一系列直觀的游戲動(dòng)畫展現(xiàn)出來(lái)，激發(fā)學(xué)生的回憶、期待和聯(lián)想到其中的奧妙，激發(fā)學(xué)生的好奇心，讓學(xué)生充滿了好奇，去探索未知。

2.根據(jù)光合作用發(fā)展的科學(xué)史，通過(guò)時(shí)間軸的順序?qū)W習(xí)歷史實(shí)驗(yàn)

（1）亞里士多德是公元前三世紀(jì)的哲學(xué)家、思想家、科學(xué)家，曾提出假說(shuō)，土壤的減輕重量與植株重量的增長(zhǎng)是等同的。

師：探究實(shí)驗(yàn)的科學(xué)原理就是要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)，亞里士多德因?yàn)槭軞v史條件的制約，沒有經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)，所以他的看法未必就是對(duì)的，所以他提出的結(jié)論只是一個(gè)假說(shuō)。

（2）為了證明亞里士多德的假說(shuō)，海爾蒙特在1640年做了關(guān)于柳樹增重的實(shí)驗(yàn)，教師通過(guò)講述關(guān)于柳樹增重的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)后的柳樹與土壤的重量進(jìn)行比較，得出結(jié)論，那就是光合作用必須要有水和土壤中的養(yǎng)分才能進(jìn)行，不過(guò)海爾蒙特沒有考慮到空氣、光照等因素。

師：只要有水，有土壤，就可以進(jìn)行光合作用了嗎？植物的生長(zhǎng)與空氣有什么聯(lián)系嗎？

（3）英國(guó)科學(xué)家普里斯特利在1771年，設(shè)計(jì)了關(guān)于小白鼠的實(shí)驗(yàn)，他把一只老鼠和一支剛剛被點(diǎn)亮的蠟燭，放在封閉的玻璃容器中，很快，燭火熄滅，白鼠死去。再把一株植物和一支蠟燭放進(jìn)密封的玻璃容器中，植物能存活很長(zhǎng)時(shí)間，而且燭火不會(huì)熄滅。其次，把一株花草與一只小白鼠置于相同密封的玻璃容器中，花草和小白鼠都能活得很好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，植物更新空氣。

師：這個(gè)實(shí)驗(yàn)有時(shí)成功，有時(shí)失敗，它忽略了什么呢？

生：光照。

（4）1779年，英格豪斯對(duì)普里斯特利的實(shí)驗(yàn)反復(fù)進(jìn)行了500次，所有實(shí)驗(yàn)都是：在太陽(yáng)底下進(jìn)行的成功了，而在黑暗處進(jìn)行的則是以失敗告終。因此認(rèn)為，只要有太陽(yáng)照射，植物可以更新空氣。

師：植物吸收和釋放的氣體究竟是什么？

（5）1864年，德國(guó)科學(xué)家薩克斯進(jìn)行過(guò)一次重要的實(shí)驗(yàn)，那就是將天竺葵花放在了黑暗處，這樣可以讓葉子上積累的有機(jī)物消耗，避免對(duì)后面的實(shí)驗(yàn)造成影響。然后將樹葉的一端暴露在陽(yáng)光下，一端用錫箔蓋住，然后將樹葉放在酒精中脫色，最后將天竺葵的樹葉放在碘伏蒸汽中進(jìn)行溶液處理。結(jié)果，曝光的部位會(huì)呈現(xiàn)出深藍(lán)顏色，而被遮擋的部位就不顯示。實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了淀粉是由光合作用產(chǎn)生的物質(zhì)之一。

師：植物光合作用的原料是什么？

（6）1948年，美國(guó)的卡爾文就利用C14做了同位素標(biāo)記，將二氧化碳在生物體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了跟蹤，最終形成了“卡爾文循環(huán)”。這是一種很復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，就像我們現(xiàn)在所知道的光合作用那樣。

師：卡爾文循環(huán)還會(huì)繼續(xù)發(fā)展嗎？

生：會(huì)，因?yàn)榭茖W(xué)是不斷被更新、被細(xì)化的過(guò)程。

（五）教學(xué)評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)本節(jié)案例的分析，得出了一些結(jié)論，指出不足之處。第一，這一節(jié)課程中，科學(xué)史的實(shí)驗(yàn)比較復(fù)雜，而且很難進(jìn)行分析，如果采用歸納和講解的方式，就會(huì)對(duì)一些基礎(chǔ)較差的學(xué)生顧及不到；第二，這節(jié)課程的知識(shí)點(diǎn)很多，所以在最后知識(shí)講解沒有詳細(xì)說(shuō)明，需要重新規(guī)劃課程教學(xué)的時(shí)間；第三，在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方面，還存在著一定的不足，需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行深入的分析、表述、推理等方面的訓(xùn)練。

四、結(jié)論及建議

（一）結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)有關(guān)資料的分析，探討了HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)的結(jié)合原則，對(duì)兩者的整合進(jìn)行分析。以“光合作用”模塊為例，建立和更新教學(xué)素材，在此基礎(chǔ)上結(jié)合HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)的方法，開展具體的教學(xué)實(shí)踐。最后總結(jié)認(rèn)為：在HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)整合的基礎(chǔ)上，進(jìn)行高中生物的教學(xué)設(shè)計(jì)，不僅可以充分提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，還可以激發(fā)教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新意識(shí)。通過(guò)不斷地探索、研究、實(shí)踐、反思，不斷地完善HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)模式，以HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)整合為基礎(chǔ)的教學(xué)設(shè)計(jì)，必將會(huì)逐步地在自然科學(xué)的領(lǐng)域中顯現(xiàn)出優(yōu)越性，充分地將HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)設(shè)計(jì)的價(jià)值展現(xiàn)出來(lái)，為科學(xué)教學(xué)的發(fā)展開辟出全新的發(fā)展之路。

（二）建議

一是要強(qiáng)化對(duì)高中生物教學(xué)的師資培養(yǎng)，將HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)相結(jié)合，對(duì)高中生物教學(xué)的實(shí)施成效進(jìn)行評(píng)價(jià)。生物是一門自然科學(xué)學(xué)科，它要求教師對(duì)課程內(nèi)容準(zhǔn)確把握，形成系統(tǒng)完整的生物學(xué)科知識(shí)體系和邏輯結(jié)構(gòu)[8]。要想把生物學(xué)的教學(xué)落實(shí)下去，就必須要有教師對(duì)HPS教學(xué)模式與情境教學(xué)的相關(guān)原理進(jìn)行深入學(xué)習(xí)和創(chuàng)新運(yùn)用，在持續(xù)的教學(xué)改革過(guò)程中，也要加強(qiáng)自己的業(yè)務(wù)素質(zhì)和利用信息技術(shù)，把教育技術(shù)和情境素材相結(jié)合，從教學(xué)的現(xiàn)實(shí)需求出發(fā)，選擇合適的情境素材，利用智能的技術(shù)手段，為學(xué)生創(chuàng)建容易理解知識(shí)和調(diào)動(dòng)情緒的高中生物學(xué)課堂情境。

二是關(guān)注學(xué)生的多樣化發(fā)展?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，要以學(xué)生的需要為中心，注重學(xué)生的主體意識(shí)和多樣化發(fā)展。為了將高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的教育內(nèi)容貫徹到底，提高學(xué)生的生物學(xué)習(xí)效率，教師必須要對(duì)教育理念和教育方法展開變革，將重點(diǎn)放在對(duì)學(xué)生進(jìn)行多元化培養(yǎng)上。以歷史作為主線，將科研的方法作為輔線，對(duì)相關(guān)專題進(jìn)行恰當(dāng)教學(xué)目標(biāo)的設(shè)置。教師可以對(duì)學(xué)生的批判性思維和科學(xué)實(shí)質(zhì)觀的培養(yǎng)進(jìn)行全面的規(guī)劃，但是因?yàn)槭艿搅私逃龡l件和時(shí)間等影響，所以在一次課程中并不需要太多地涉獵與之有關(guān)的知識(shí)，可以以學(xué)生的特征為依據(jù)，著重對(duì)他們?cè)谄渲幸粋€(gè)或幾個(gè)方面的素質(zhì)進(jìn)行重點(diǎn)培養(yǎng)。

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