高中化學HPS教學模式實驗設計

周 青,劉 洋 ,魏 俊 超

(1 陜西師范大學 化學化工學院，陜西 西安 710062；2 西安市東元路學校，陜西 西安 710062)

2009年5月，陜西師范大學開始啟動、實施國家985“教師教育優勢學科創新平臺建設項目”。陜西師范大學教育學院郝文武教授主持的“教師教育理論創新與研究中心建設”項目以教師教育理論和制度創新為終極目標追求，以堅持教師教育理論研究的前沿性與西部教師教育實踐緊密結合為原則，緊密結合西部基礎教育課程改革的實踐，開展理論研究和實踐、實驗研究。教師教育的理論來源于基礎教育實踐中所產生的問題。高中化學課程作為我國基礎教育課程結構中的重要組成部分，在培養和提高學生的科學素養方面有著不可替代的作用。如何促進高中化學教師專業發展，改進高中化學教學模式，提高高中化學教學質量，促進學生素質的全面發展對于理論與實踐兩個層面的教師教育研究均有重要意義。

一、HPS教學模式應用于高中化學 教學的意義

HPS(History, Philosophy and Sociology of Science)教學模式是將科學史、科學哲學和科學社會學的有關內容融入中小學理科課程，以期促進學生對科學本質的理解的一種新的教學模式。英美等發達國家對該模式的運用體現在課程與教學計劃中。美國在1989年頒布的《2061計劃》中的科學素養的標準指出，歷史是學生理解“科學工作是怎樣進行” 的一種有效途徑，科學教科書中應加入科學史的內容。[1]在1996年頒布《國家科學教育標準》中建議教師必需利用科學史事例幫助學生理解科學探究、科學知識的本質和科學與社會之間的相互影響；英國在1988年頒布國家科學課程標準的基礎上，先后頒布了5個不同版本的科學標準，其中均強調教師采用的科學探究活動模式應融入科學史、科學哲學和科學社會學的深遠影響；[2]澳大利亞、挪威和丹麥等國的課程中，都對HPS的課程與教學有著明確的要求。[3]

已有的研究表明采用HPS教學模式可以促進學生在以下三方面的發展：

1.提升學生的科學本質觀。通過HPS教學模式進行教學可以使學生認識到：科學理論的建構過程是一個提出假說，加以驗證，最后得出結論的過程；科學知識具有可驗證性，科學知識必須建立在證據上，而且可以一再重復地驗證；科學具有發展性，即科學知識并非絕對真理，可以被修改甚至被推翻；科學知識與社會和文化有關。[4]因此在教學過程中采用HPS教學模式可以促進學生對科學的理解，激發學生的探究欲望、培養學生的探究精神。

2.提升學生學業成績。HPS教學模式中所使用的素材有：科學史、科學哲學與科學社會學。這些素材不但能展現概念形成過程，也能為學生提供一個真實的學習情境。情境教學是為了達到既定的教學目標需設計與教學內容相關的場景，激發學生的學習興趣讓學生積極主動地參與學習活動，從而達到最佳教學效果的教學方法。[5]情境教學將結構化后的、以符號為主要載體的書本知識重新“激活”，實現三方面的溝通：書本知識與人類生活世界溝通，與學生經驗世界、成長需要溝通，與發現、發展知識的人和歷史溝通。[6]因此采用HPS教學模式，也能夠幫助學生獲取知識，降低學習難度。

3.提高學生的批判性思維。批判性思維是人們對所學知識的真實性、精確性、過程、理論、方法、背景、論據和評價等進行個人的判斷，從而對做什么和相信什么做出合理決策的思維認知過程。[7]批判性思維是思維的基本技能，是學習過程的不可分割的組成部分。有研究指出在教學中使用化學史可以培養學生的批判性思維，[8]由此我們不難看出使用HPS教學模式在一定程度上能夠提升學生的批判性思維。

《普通高中化學課程標準》要求通過高中化學課程的學習，學生應當對科學的本質有所認識；形成科學的自然觀，深刻認識科學、技術和社會之間的關系；形成實事求是、嚴謹細致的科學態度，具有批判性精神；同時在知識與技能、過程與方法、情感態度價值觀三個維度得到發展。HPS教學模式中同時包含了科學史、科學哲學與科學社會學三部分內容，科學史、科學哲學對學生深刻認識科學，形成批判性思維起著至關重要的作用；科學社會學的內容將科學、技術、社會三者有機地聯系起來使學生在三維目標上得以全面發展。

基于上述對HPS教學模式應用于高中化學教學中優點的分析，我們認為在高中化學教學中采用HPS教學模式是達成《普通高中化學課程標準》要求，促進學生全面發展的有效途徑之一。

目前國內對于該主題研究多在理論層面，研究主要集中在對HPS課程內涵與價值的研究，在實踐層面的研究相對薄弱，該層面的研究主要集中生物與物理學科，也有研究對化學學科教學內容做出了相應的教學設計，但是這些教學設計都是個案研究，并未對HPS教學模式在教學中的運用進行系統的研究，并且缺少相應的理論支撐，所以我們無法從現有的教學案例中得出HPS教學模式應用于高中化學教學中的適用性與有效性，以及如何系統地在高中化學教學中運用該模式。

我們的研究旨在基于HPS教學模式對高中化學教學內容做出全面、系統地設計；通過教育實驗，分析將HPS教學模式運用于高中化學課堂教學中的適用性與有效性；嘗試將HPS模式作為提高高中生科學素養的突破口；通過一線教師采用HPS模式，研究教師的認知結果與教學觀是否有所變化。

二、HPS教學模式實驗目標

教育理論來源于教育實踐和服務、指導教育實踐。教育實驗是試驗性教育實踐，既要以教育理論為依據，又是證明、修正和推廣教育理論的重要途徑。將HPS運用于高中化學的教學實驗中有以下具體目標：

1. 形成系列化的、系統的基于HPS教學模式的高中化學教學設計方案，形成HPS教學模式的高中化學教學資源，包括情境素材與PPT；

2. 測查出HPS教學模式與高中化學教學內容的適用性與有效性；

3. 與合作學校(西安市東元路學校)共同開發從初中到高中系列的化學學科HPS教學模式，優化后推廣。

4.研究運用HPS教學模式對化學教師專業發展的影響。

三、HPS教學模式實驗方案

(一)基于HPS教學模式的教學設計

HPS教學模式有以下幾個特點：1.科學史與科學哲學不是僅僅作為一個附加條件而是整合到科學課程和教學活動之中；2.強調學生對科學本質的理解，努力培養學生的科學精神與科學態度；3.促進學生掌握具體的科學知識內容，學生不是處于單純的接受者的地位，而應通過積極的思考或探究達到對于相關知識的較好理解，包括實現必要的觀念轉變。[3]

1.實驗內容選擇

化學學科是與生活、社會聯系非常緊密的學科，因此化學學科所涉及的所有內容都是與科學史、科學社會學相關的；HPS教學模式中要使用到科學史、科學哲學和科學社會學的相關素材，也就是說HPS教學模式能適用于高中化學教學的各部分內容。

實驗分三階段：根據實驗學校的教學進度，第一階段選擇高中必修一教學內容，第二階段選擇高中必修二及選修四的教學內容，第三階段為初中化學的教學內容。第一階段使用的教材為人民教育出版社高中化學必修一，選取兩部分內容： 基本概念、基本理論部分和元素化合物部分，共涉及兩個主題： 化學物質及其變化、金屬及其化合物。

在基本概念與基本理論教學內容部分，我們選擇物質的量、氣體摩爾體積、離子反應和氧化還原反應四部分內容為HPS教學實踐內容，它們分別分布在教材中的第一章第二節《化學計量在實驗中的應用》、第二章第二節《離子反應》和第二章第三節《氧化還原反應》。

在元素化合物教學內容部分，我們選擇金屬化合物部分內容，這部分內容在教材第三章第二節《幾種重要的金屬化合物》中(見表1)。

表1 人教版必修1各章節內容

2.教學模式

HPS教學模式的教學程序包括以下五個或六個環節：1.提出問題。教師上課開始，給學生演示某一自然現象，學生通過觀察現象，由此產生一個需要解決的問題。2.引出觀念。教師啟發學生就這一自然現象提出自己的觀點。可采用“頭腦風暴法”(即由發散性思想產生的各種方法)，促使學生各抒己見，提出各種不同的觀點。3.學習歷史。在這一環節，教師通常采用如下方法：(1)介紹早期科學家關于這一現象的思想與實例，作為學生研究的參照系；(2)列舉當時與其不同觀點；(3)引導學生討論或探索這些觀念產生的背景、條件，使學生認識到科學認識的時代制約性。4.設計實驗。教師將學生分組，要求學生從多種觀點(或觀念)中選擇某種觀點，設計實驗進行檢驗。這一環節的作用：(1)使學生意識到對同一自然現象可能有多種不同的解釋；(2)學生也可以通過實驗檢驗這些觀點(假設)。5.呈現科學觀念和實驗檢驗。教師講解教科書上對這一自然現象的解釋，從而為學生實現觀念轉變提供契機。這一環節還需要學生對自己的觀念和解釋進行實驗檢驗，由實驗現象的觀察、資料的收集與整理，最終得出結論，形成科學觀念，即實現由原有的錯誤觀念向科學觀念的轉變。6.總結與評價。通過總結與評價，幫助學生更深刻地理解科學探究的本質、歷史上科學家的探究過程和科學觀念。[9][10]具體教學流程如下圖所示：

圖1 HPS教學模式教學流程圖

(二)教學實施

在教學設計的基礎上，我們選取西安市東元路學校高一年級兩個平行班為研究對象，一個為實驗班，另一個為對照班。實驗班經過一學期HPS教學模式實踐，對照班采用傳統教學模式。

在與西安市東元路中學的合作計劃中，由我們采用HPS教學模式系統地對高中化學內容進行教學設計，在與合作教師討論后，由合作教師進行課堂干預。本研究總體目標是全面、系統地采用HPS教學模式對高中化學所涉及的基本概念與理論、元素化合物、有機化學、化學實驗四部分內容進行教學設計，從教師與學生兩方面檢驗HPS教學模式在高中化學教學中的適用性與有效性。

(三)實施效果評價

學生方面：分別從科學本質觀、批判性思維、學業水平三個維度對學生進行測查。研究工具：對學生科學本質觀的測查采用科學本質問卷；批判性思維的測查采用《加利福尼亞批判性思維傾向問卷》(簡稱CCTDI)和《加利福尼亞批判性思維技能測驗》(簡稱CCTST)中文修訂版；學業水平的測查采用西安市東元路學校四次考試試題對HPS教學模式運用于教學中的效果進行檢測。

教師方面：在合作教師采用HPS教學模式后，對合作教師的認知結構進行測查，研究工具為詞語聯想法問卷。

[參考文獻]

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[9] 李君玉. HPS教育融入中學科學教育[J]. 教學月刊：中學版, 2007(9)：8-10.

[10] 李富強, 馮爽. HPS教育視野中的“自由落體運動”課堂教學設計[J]. 物理教學探討, 2006(24)：15-16.