“四史線”教學法：指向生物學學科核心素養的HPS教育變式

黎瀟陽 任小文 王林玲

(1 重慶師范大學生命科學學院 重慶 401331；2 江蘇省梁豐高級中學 蘇州 215600)

1 HPS教育與生物學學科核心素養

HPS是科學史、科學哲學和科學社會學(History、 Philosophy & Sociology of science)的簡稱。其中，科學史是指人類認識科學、發展科學的歷史，是對人類科學探究過程的記錄與整理，為面向未來提供了必要的史學記錄與人文情懷；科學哲學是指以科學作為研究對象的哲學，是對人類科學發現的歸納與梳理，為真理的發現提供了方法論的支撐；科學社會學是指用社會學觀點研究科學與社會的相互關系及其影響的學科，是對人類科學應用的轉化與遷移，為科學之推廣應用提供了實踐途徑與落地力量。HPS教育即通過三者在科學教育的相輔相成、相互交融，強化學生對科學本質的理解。正因其在科學教育中的意義深遠、效果甚佳，從而成為了國際科學教育界中的熱門課題。

生物學是自然科學中的一門基礎學科，但也是在教學實踐中極易丟失理科屬性與科學本質的課程。生物學學科的理科屬性與科學本質決定了其精髓并不是展示學科的基本內容，而是應當反映生命科學的本質與規律，體現其應用與發展。著眼于學生適應未來個人發展與社會生活的必備品格與關鍵能力，從生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個方面培育生成學生的核心素養已經成為了新時代下高中生物學學科課程標準的理念宗旨[1]。因而，生物學學科核心素養的制定和落實既是順應世界科學教育改革的發展趨勢，也是提升我國科學教育國際競爭力的迫切需要。核心素養自引入大陸及其本土化標準制定以來，就引發中小學基礎教育界的密切關注與行動研究。如何在生物學中真正落實核心素養、彰顯育人價值已經成為近期生物學教育研究中的熱點。如何運用本土或外來的教育理念建構核心素養實踐路徑并指導核心素養培育的具體教學活動，實乃一線生物學教學研究當務之急。

HPS教育與生物學學科核心素養培育具有理論意義上的高度契合。因為HPS教育強調的不僅僅是將科學知識傳授給學生，更重要的是讓學生通過科學史來學習知識的來龍去脈、構建知識體系并培育科學觀念；通過科學哲學的學習來理解唯物主義辯證思想、掌握科學探究的方法并形成科學思維；通過科學方法的學習來體會科學發展日新月異、增加探究的欲望并提升科學探究能力；通過科學社會學的學習來體會“科學—技術—社會”三大領域的交融、重視科學的人文意義并踐行社會責任。教學中如果運用變式，將HPS教育理念應用于生物學教學應當可以充分體現培育核心素養的有效性與科學性。于是，研究者基于一線實踐教學、以HPS教育理念為基礎設計出“四史線”教學法，以期為培育核心素養多一條實踐選擇。下文就該教學法如何應用至“現代生物進化理論”復習課教學做詳細的課例分析。

2 “四史線”教學法——HPS教育變式

進化理論是生物學學科形成與確立的重要基石，更是對人們形成科學的世界觀具有重要影響的理論。在新課學習的基礎上，學生對生物進化理論具備了輪廓性、具象化的了解，但對于生物學學科核心素養的培育仍是遠遠不夠的。結合相關文獻[2—4]和教學實踐，開發出“四史線”教學法應用于“現代生物進化理論”全章復習課教學，不僅可以加深學生對科學本質理解，還可進一步培養其形成進化與適應的生命觀念、發展辯證批判的科學思維、提高解決問題與創新的科學探究能力以及增強關注社會議題、嘗試解決生活問題的社會責任意識。

2.1 建構科學歷史主線，深化生命觀念 復習課應達成化零為整、逐級聚類內化知識的目標，以幫助學生將碎片化的知識建構成完整的知識體系，進而生成解釋生物學事件和理解生物學現象的意識、觀念與思想方法。基于科學進程歸納出科學歷史教學主線，能夠帶領學生理解那些承前啟后、轉折躍遷的科學事件，并在理解生物學事件的基礎上深化“適應與進化”的生命觀念，幫助解決“知識從何而來”的問題。

教學過程：學生通過合作學習的形式，根據新課的學習和教材的內容梳理出相應“歷史主線”：①進化理論的發展史主線；②生物進化中某一物種形成史主線；③生物多樣性形成的進化史主線。然后分組展示，最后得到完整且正確的歷史主線：①進化理論的發展史主線：神創論—拉馬克的進化學說—達爾文的自然選擇學說—以自然選擇學說為核心的現代生物進化理論—中性突變說等新理論；②生物進化中某一物種形成史主線(圖1)；③生物多樣性形成的進化史主線(表1)。

圖1 生物進化中某一物種形成史主線概念圖

表1 生物多樣性形成的進化史主線表

設計意圖：立足本章基礎內容和重難點，通過小組合作學習策略和概念圖策略展開復習；以科學史為綱要，探究與教材編排內容緊密相關的三條史線，學生可以在互動交流中厘清各節之間和各節之中內容的關系，清晰地生成全章知識脈絡，強化“從地球環境的演化歷程來看，生命是地球環境發展到一定水平的產物，而生命在形成和繁盛之后，對環境的發展演化產生了極為重要的作用”。從而最終幫助學生形成“生命與環境是相互影響、相互作用、共同發展進化”的“進化與適應”的生命觀念，能夠用生命觀念認識生物的多樣性與統一性，形成科學的自然觀和世界觀，且學生在科學史學習中真切感受“生物學學科的科學本質”會成為其終身抹不掉的珍貴記憶。

2.2 梳理科學哲學史主線，培育科學思維 生命科學的進展離不開定量研究與實證分析，亦離不開哲學方法論的指導。例如，從描述現象到解釋現象、最終上升為生物科學一般意義上的普遍規律，生物科學哲學作為科學哲學的一大分支，其為生物科學的進步與發展提供了世界觀與方法論的指導。以科學哲學的發展作為主線展開探究，既可以讓學生體會到人類對科學認知的螺旋式上升樣態，以培養學生形成嚴謹務實、孜孜以求的科研態度；又能讓學生總結梳理知識發現的一般性規律，以培育學生辯證唯物的科學思維，幫助解決“知識如何獲取”的問題。

教學過程：讓學生依據高中歷史必修3第12課(破解生物起源之謎)與第13課(從蒸汽機到互聯網)的內容，以科學技術的不同發展水平對應于世界史上三大不同的技術革命時期，分析其對應時期的生物進化理論發展脈絡，讓學生明白科學技術與人類認知的相互影響。巧設“科學家思想發展線索、哲學方法發展線索”問題鏈，邀請學生組內討論，開展組際交流與互評。最后總結為兩條主線：①科學家思想發展線索：附魅精神(神創論)——批判精神(獲得性遺傳、自然選擇)；②哲學方法發展線索：形而上學(孤立靜止片面地看待物種)——唯物辯證法(聯系運動發展地看待進化)。

設計意圖：基于奧蘇泊爾的有意義學習理論，把高中歷史部分的內容作為先行組織者材料展現給學生，再給予目標定向的支架式探究教學，讓學生認識到較低的人類生產力水平衍生出了自然界一種讓人類無法消解的魅惑力。根究起來，正是人類科學技術水平的有限導致了神創論的發生及傳播，而隨著科技水平的不斷提高，生物進化理論才能不斷發展，由此體會到科技作為第一生產力影響社會文化的重要性。這樣的教學方式一方面使得學生了解生物進化所蘊含的哲學規律，培養學生務實的求知態度和嚴謹的科學思維；另一方面還可以促進生物學與其他學科的聯動發展，使學科間有統一的理論基礎并相互聯系，成為彼此印證的統一體系，有效促進課程一體化。

2.3 挈領科學方法史主線，強化科學探究 科學學科的“過程和方法”教學作為新課中培養學生技能的一大法寶不可缺失，在復習課中更應強化利用。在章節復習中梳理“科學方法應用史”線索可增強學生在實際情境中使用對應科學方法的準確率，亦可加強學生對學科發展的把握，培育學生合理使用技術、勇于開拓創新的科研精神，幫助解決“知識如何創新”的問題。

教學過程：教師帶領學生分析教材中的史實資料，并向學生提供先行組織者材料——分子鐘驗證法(近年科學家利用線粒體DNA和Y染色體來判斷生物起源與進化的方法)，帶領學生梳理生物進化論發展過程中所涉及到的科學方法的演替史，歸納出科學方法應用歷史主線。對于本課，達爾文對加拉帕克斯群島13種地雀的喙進行形態學觀察，然后通過數學統計對喙描述歸納，接下來達爾文通過自然選擇學說、其他科學家通過隔離和物種形成學說對此進行演繹解釋，最后科學家再通過分子鐘對進化的發生和發展進行驗證，遂整理歸納科學方法應用歷史主線如下：形態觀察法—描述歸納法—假說演繹法—分子鐘驗證法。

設計意圖：學習日漸繁多的科學探究方法，幫助學生提升科學探究理論的水平并提高依據具體情境成功解決具體問題的能力，而且史線歸納這一活動本就在師生互動中模擬了科學探究過程，以學促教；了解日新月異的學科發展，可以讓學生深切感受到提升自身探究能力的緊迫感，加強自我提高內驅力，以期達到強化科學探究核心素養的培育目標，使教育實現教學功能的同時，還實現了育人功能。

2.4 回顧科學社會史主線，宣揚社會責任 現今“科學—技術—社會”愈發緊密地結合在一起，科學技術的革新迭代不斷促進科學事業的蓬勃發展，科學事業的發展不斷地推進社會的進步繁榮，社會的進步又不斷催生科學技術的更新換代，三者互促互進、共存共榮。用科學事業史作為教學主線，讓學生深刻理解“科學—技術—社會”三者的關系，在生物科學的學習中，同時把握生物學學科的科技屬性和人文屬性，幫助解決“知識去往何處應用”的問題。

教學過程：教師讓學生回顧本冊第六章“從雜交育種到基因工程”有關內容，請學生采用頭腦風暴法，結合本章與第六章所學內容，歸納育種手段的變革史線以及人類與自然關系的發展史線，討論生物科研事業的發展對于人類生存和發展的益處。回顧育種對應的知識：人類在一萬年以前對具有優良性狀的野生動物和植株進行挑選和馴化，隨著時間的推移，人類發明了雜交育種、誘變育種以及基因工程等育種優化手段，但由于對基因的特性了解不深入，導致了超速開發現象，人類與自然界的關系由利用自然演變為過度開發；隨著國際上生物技術的規范化和標準化發展，人類與自然界的關系勢必走向和諧共生。故整理出育種手段的變革史線：選擇性育種—雜交育種—誘變育種—基因工程；同時發掘出人類與自然關系的發展史線：依附自然—利用自然—過度開發—和諧共處。

設計意圖：科學社會學方向的學習，使“科學—技術—社會”交融的STS教育真正落地生根，通過頭腦風暴法設計課堂討論，用史線的梳理幫助學生理解生物進化論的科技應用與社會影響，宣揚學以致用、保護環境的社會責任，發揮“深度—溫度”的雙度課堂教學效益，同時發揮科技知識應用的效益。

3 HPS教育變式實踐總結

“四史線”教學法，首先用科學歷史來溯源科學的本質，以探求知識從何而來；然后通過科學哲學的探究梳理知識發現的一般規律，以通曉知識如何獲取；再通過科學方法的探究體會知識是不斷更新和變革中的，從而得到知識創新之法；最后通過科學社會學的探究讓學生領會到科學與社會是如何緊密發展的，以明晰知識應用之意義。最后通過這四個層次的逐級遞進來達成融合目標——發現知識、創造科技、熔鑄文明以使人與自然和諧共生。其操作步驟和理論意涵具體如圖2所示。

圖2 HPS四史線教學法概念圖

本文中“四史線”教學法基于生物學學科核心素養的培育目標，展開“現代生物進化理論”的教學，從理論與實踐雙重層面上驗證了：只要經過一線教師的教法創新，就可依托HPS教育開發出其變式，成為指向核心素養落地的縱深路徑。整節課的教學中以脈絡建構、理哲交融彌補復習課知識固化、目標單一的漏洞；以產學交互、學研互融解決復習課囿于應試、單向發展的弊病。對于“四史線”教學法的實際操作，教師可依教學情境搭建相關的“史線”，采用小組討論、探究學習、模型推演、角色扮演、創造性寫作等多種教學策略。實踐中“四史線”教學法不但可以用于“現代生物進化理論”全章復習課，而且還可應用于“流動鑲嵌模型探究過程”“證明DNA是主要的遺傳物質”等其他章節的復習課。此外，其對物理、化學中附有科學史素材的課堂教學也具有可行性和實踐意義。