基于科學(xué)本質(zhì)的HPS教學(xué)實踐

傅秋月+紹興海+鄭美婷+楊華

【摘 要】在中小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)中融入科學(xué)本質(zhì)教育是當(dāng)今世界研究的熱點問題。本文收集了與“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”相關(guān)的科學(xué)史料，挖掘這些史實蘊含的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵，有效地將HPS教育融入教學(xué)過程中，旨在幫助學(xué)生理解科學(xué)探究的過程與方法，構(gòu)建科學(xué)知識，提高科學(xué)素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】HPS教學(xué) 酶的本質(zhì)

【中圖分類號】G 【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）04B-0108-02

HPS教育（科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)的縮寫）是近年來國際上的全新教育理念，HPS教學(xué)模式是提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的有效教學(xué)模式之一。“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”這節(jié)課的核心是掌握酶的本質(zhì)和概念，教師可以采用HPS教學(xué)，讓學(xué)生沿著科學(xué)家探索酶的足跡，體驗科學(xué)的方法與過程，培養(yǎng)其正確的科學(xué)情感。

一、“酶的探究史”的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵

劉健智從科學(xué)本質(zhì)的“科學(xué)知識”“科學(xué)探究”和“科學(xué)事業(yè)”三個維度把科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵歸納為認(rèn)識性、相對性、累積性、重復(fù)性、公開性等17點。酶的發(fā)現(xiàn)歷程前后經(jīng)歷了200多年，在長達兩個多世紀(jì)的時間里，每一個發(fā)現(xiàn)都體現(xiàn)了科學(xué)本質(zhì)的不同內(nèi)涵（見表1）。

二、教學(xué)過程

（一）演示實驗，導(dǎo)入新知

[師]多媒體演示斯帕蘭扎尼的“鷹吞金屬籠”實驗，設(shè)疑：（1）這個實驗需要解決的問題是什么？（2）肉塊為什么要放在籠子里？（3）肉塊為什么消失了？如何證明你的推測？

[生]展開激烈討論，紛紛說出自己的想法。

1.胃能否進行化學(xué)性消化。

2.排除胃對肉的物理性消化作用。

3.胃里有某種物質(zhì)消化了肉塊。證明方法：體外檢驗胃液是否能把肉塊分解。

（設(shè)計意圖：趣味導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生對酶本質(zhì)的探究熱情。由于當(dāng)時年代人們相信胃只有物理消化，沒有化學(xué)消化，斯帕蘭扎尼大膽地提出質(zhì)疑，設(shè)計巧妙的實驗驗證，滲透科學(xué)本質(zhì)的預(yù)見性）

（二）走入歷史，感悟科學(xué)

[師]那胃里的這種物質(zhì)到底是什么呢？當(dāng)時的人怎么去探究它呢？

[生]閱讀資料“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”，體會科學(xué)家的邏輯思想，思考每一位科學(xué)家的觀點的積極性和局限性。

[師]啟發(fā)思考：19世紀(jì)，什么引發(fā)了人們對發(fā)酵機制的研究？

[生]酒變酸。

[師]追問：從這個現(xiàn)象，說明了科學(xué)研究與社會有什么關(guān)系呢？

[生]科學(xué)界對“酒變酸”問題的關(guān)注引發(fā)了對酶本質(zhì)的探索。由此可見，科學(xué)與社會是息息相關(guān)的。

（設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生的自主閱讀能力和問題分析能力，滲透科學(xué)研究來源于社會，又促進了社會的發(fā)展，啟發(fā)學(xué)生多關(guān)注社會，善于觀察和發(fā)現(xiàn)問題）

[師]他們?yōu)槭裁磿霈F(xiàn)爭論？分歧點在哪里？

[生]巴斯德認(rèn)為酒精發(fā)酵是由于活酵母代謝活動的結(jié)果，而同時代的李比希則認(rèn)為酒精發(fā)酵僅僅是一種化學(xué)反應(yīng)，與酵母菌的活動無關(guān)，最多只是酵母菌中的某種物質(zhì)參與反應(yīng)。巴斯德作為微生物學(xué)家，更傾向于以生物學(xué)的角度分析，認(rèn)為酒精發(fā)酵是一個生理過程，強調(diào)了活細胞的整體作用，而李比希是化學(xué)家，也是以自己專業(yè)的眼光分析，得出這是一個純化學(xué)過程。

[師]科學(xué)研究中出現(xiàn)爭論是難以避免的，如果你也是當(dāng)時的一位科學(xué)家，根據(jù)他們的觀點，你會怎么設(shè)計實驗來證明到底誰對誰錯？教師引導(dǎo)學(xué)生分組討論，寫出實驗設(shè)計思路。

[生]匯報實驗方案，其他組聆聽，指出該操作的優(yōu)缺點。

[師]（演示）多媒體播放畢希納的實驗過程，回顧巴斯特和李比希的觀點，試辯證他們的觀點，并讓學(xué)生與自己的實驗進行比較。

[生]他們的觀點都是片面的。李比希認(rèn)為引起發(fā)酵是酵母菌產(chǎn)生的某種物質(zhì)是正確的，但這些物質(zhì)要脫離活細胞才能發(fā)揮作用的觀點是片面的。巴斯德認(rèn)為發(fā)酵需要活細胞的參與是正確的，但發(fā)酵時活細胞本身參與這個觀點是片面的。

（設(shè)計意圖：讓學(xué)生體會科學(xué)的正確性取決于實驗的檢驗，科學(xué)理論形成過程中科學(xué)家產(chǎn)生的爭論、質(zhì)疑、檢驗片面概念，可以避免學(xué)生重蹈覆轍，并幫助其轉(zhuǎn)變錯誤觀念）

[師]畢希納獲得的酵母菌提取液含有多種物質(zhì)，由于技術(shù)上的難題，當(dāng)時還無法鑒定酵酶的化學(xué)性質(zhì)。你認(rèn)為科學(xué)的發(fā)展與實驗技術(shù)有關(guān)系嗎？

[生]實驗技術(shù)的發(fā)展制約著科學(xué)進步。

（設(shè)計意圖：深化科學(xué)發(fā)展與技術(shù)發(fā)展的關(guān)系）

[師]在今后的9年時間里，薩姆納爾嘗試了種種方法，經(jīng)歷了一次次的失敗，終于發(fā)現(xiàn)用丙酮可以從刀豆種子中提取較純的脲酶結(jié)晶，證明脲酶是蛋白質(zhì)。從這個過程中你有什么啟示呢？

[生]科學(xué)探究的過程不是一帆風(fēng)順的，要經(jīng)歷過不斷的嘗試，才能有結(jié)果，我們要學(xué)習(xí)科學(xué)家不畏艱苦、持之以恒的精神。

（設(shè)計意圖：從科學(xué)探究的艱辛歷程啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)要持之以恒，不畏勞苦）

[師]后來科學(xué)家又相繼發(fā)現(xiàn)了胃蛋白酶、胰蛋白酶等也是蛋白質(zhì)。奧特曼補充了少數(shù)的RNA也具有酶的特性。那么酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)還是RNA或者兩者都是？

[生]應(yīng)該兩者都是。

[師]所以說科學(xué)知識不是一成不變的，是隨著探究的進程不斷變化的。期待你們以后能夠?qū)茖W(xué)的發(fā)展做一點改變。

（設(shè)計意圖：滲透科學(xué)本質(zhì)的相對性，讓學(xué)生了解科學(xué)知識是在不斷發(fā)展的，只有不畏艱辛，才能獲得真理）

（三）總結(jié)評價，反思提升

讓學(xué)生用自己的話闡述酶本質(zhì)的探究歷程，結(jié)合發(fā)現(xiàn)史談?wù)剛€人的體會，幫助學(xué)生深刻理解科學(xué)探究本質(zhì)。最后總結(jié)科學(xué)探究不能一蹴而就，讓學(xué)生明白科學(xué)知識的獲得也是一個長期積累的過程，要腳踏實地、認(rèn)認(rèn)真真的學(xué)習(xí)。

將HPS教學(xué)模式系統(tǒng)地運用于高中生物教學(xué)，與以往的講授教學(xué)相比，HPS教學(xué)不僅使學(xué)生容易理解和掌握生物基礎(chǔ)知識，有利于培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑和創(chuàng)新精神，增強對科學(xué)本質(zhì)觀的了解，從整體上提高了科學(xué)素養(yǎng)；而且也改變了以往直接灌輸?shù)慕虒W(xué)模式，促進生物教學(xué)形式的多樣化，提高了學(xué)生的生物學(xué)習(xí)興趣。

【參考文獻】

[1]蔡其勇.科學(xué)哲學(xué)的文化轉(zhuǎn)向及其對科學(xué)教育的影響[J].教育研究，2008（6）

[2]黃曉.體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的科學(xué)教學(xué)：基于HPS的視野[M].北京：人民出版社，2014

[3]袁維新.科學(xué)教學(xué)通論[M].北京：人民出版社，2013

【基金項目】廣西研究生教育創(chuàng)新計劃項目（YCSZ2015103）

【作者簡介】傅秋月（1989— ），女，廣西師范大學(xué)碩士研究生；楊 華（1955— ），男，廣西師范大學(xué)教授。

（責(zé)編 盧建龍）