融合HPS教學模式 發展學生化學學科素養

陸曉紅

(浙江省平湖市當湖高級中學 314200)

隨著課程改革的不斷推進，新課標對高中化學教學提出了更高的要求.化學教師在教學過程中，應幫助學生培養化學思維，掌握化學學習方法，提高化學實驗探究能力，促進學科素養的養成.高中化學核心素養可概括為“宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學探究與創新意識、科學精神與社會責任”五個方面.學科核心素養是學科和育人的有機融合，學生在掌握知識的過程中獲得核心素養的發展與提高.那么如何才能夠更好地將學科和育人有機地融合在一起，以促進學生的化學學科素養的提升呢? HPS(History，Philosophy，Sociology of Science，簡稱HPS)作為一種創新型的國際科學教育改革的新理念，將科學史、科學哲學和科學社會學融入到科學教育中，同時被公認為是提高科學素養的有效途徑之一.通過探討如何在“煤的綜合利用苯”教學中合理地運用HPS教學模式，將研究聚焦于如何提升學生的化學學科核心素養之問題.

一、HPS教學模式內涵

英國著名的科學教育家孟克(Monk)和奧斯本(Osborne.J)在總結科學教育歷史經驗的基礎上，借鑒建構主義理論，提出了HPS 教學模型，即將科學史(History)、科學哲學(Philosophy)和科學社會學(Sociology)結合在一起的一種教學模式.該模式旨在開闊科學教育的視野、拓展科學教育的內容，倡導從科學史學、科學哲學和科學社會學等多個角度篩選、編排科學教育內容，以期使科學教育能夠真正、有效和全面地提高學生的科學素養.HPS 教學模式的特點：①科學史、科學哲學和科學社會學有機的融合在教學內容中，而不僅僅是課堂教學的附屬條件.②通過創設情境、分組討論、實驗探究等形式，激發學生興趣和參與熱情，突出學生在教學中的主體性.③學生通過自己認真思考或探索來轉變原有觀念，理解科學知識.④整個教學過程中，學生通過自我探究獲得知識，并習得科學家們的質疑精神、研究方法、科學態度.

二、HPS教學模式的應用對學生化學核心素養發展的作用

HPS教育以化學基本史料為背景，以理解化學本質為目標，以培養化學素養為宗旨.HPS教育的育人功能

是多方面的，HPS教育中的科學史內容中蘊含了科學知識的形成以及發展過程，蘊含了科學哲學以及科學社會學的內容，蘊含著靈活多樣的科學探究方法和創造性思維的方式，體現著科學態度、科學精神和科學方法.高中化學HPS教學模式的應用對學生化學學科核心素養的發展作用主要體現在以下幾點：1、有利于提高學生對化學學科本質的認識；2、有利于培養學生的科學態度和創新精神；3、有利于提高學生學以致用、解決問題的能力；4、有利于培養學生的愛國主義情懷.

三、HPS教學模式探究

1.HPS 教學模式6環節

將HPS模式融入課堂教學這一模式主要包括6個環節見表1.

表1

2.HPS 教學模式融入《煤的綜合利用 苯》的教學過程設計

(1)教學評價目標

通過化學史料的呈現，發展學生敢于質疑、勇于探究、實事求是的科學精神；通過設計實驗方案驗證苯分子的結構，發展并診斷學生的實驗探究能力與創新意識；通過苯化學性質的探究，診斷學生證據推理、觀察、分析、歸納能力.

(2)教學過程

教師活動學生活動設計意圖 時空之旅第一站[幾億年前]:煤的形成[播放視頻]“煤的形成”[提問]煤被稱為“工業的糧食”,那么在工業中人們是用什么樣的方法來利用媒的? 煤的組成:煤的組成元素有碳、 氫、氧、氮、硫、磷、鐵、鋁、鈣、 硅;煤是由多種有機物和無機物所組成的復雜的混合物.煤的綜合利用方法:1.煤的干餾;2.煤的氣化;3.煤的液化.學生回到幾億年前,通過觀看視頻,了解煤的形成過程,接著順其自然地聯系到煤的綜合利用這一內容.認真閱讀書本材料,歸納煤的3種加工方法的原理和加工產品.創造教學情景,“媒的形成”這一內容的插入,豐富學生的知識,使得教學內容銜接自然,符合學生認識事物規律.閱讀材料,整理歸納,有利于學生培養學生的化學科學素養. 時空之旅第二站[十九世紀初]:苯的發現PPT展示歷史背景:材料:19世紀,歐洲許多國家都使用煤氣照明.煤氣通常是壓縮在桶里貯運的,人們發現這種桶里總有一種油狀液體,但長時間無人問津.英國科學家法拉第對這種液體產生濃厚的興趣,他花了整整五年時間提取這種液體,從中得到了苯:一種無色油狀液體.認真閱讀歷史材料,了解苯的發現過程.分析材料所給數據,計算得到苯的化學式C6H6.學生產生認知沖突,萌發探究的欲望,相對于烷烴,苯少8個氫原子,其中會有怎樣的結構,又會發生哪些化學反應? 學生學會觀察,學會發現.以史為鑒,滲透化學史教育,讓學生學會傾聽,對重大化學成就進行情緒體驗,對偉大的化學家杰出成就表示崇敬,激發學生崇尚科學的精神. 時空之旅第三站:苯的結構[十九世紀中期]PPT展示1:19世紀的科學家認為的苯的機構CH≡C-CH2-CH2-C≡CH CH2=C=CH-CH=C=CH2CH2=CH-CH=CH-C≡CH CH3-C≡C-C≡C-CH3PPT展示2名人故事:凱庫勒一直在想著怎樣在教材中寫入苯的結構這一難題,然而百思不得其解,不知不覺進入了夢鄉.朦朧之中,凱庫勒仿佛覺得有一些碳原子在自己的面前跳起舞來,它們排成蛇的形狀,突然,原子“蛇”的頭咬住了自己的尾巴,形成一個環狀.PPT展示3:凱庫勒在1866年發表的“關于芳香族化合物的研究”一文中,提出兩個假說:①苯的6個碳原子形成環狀閉鏈,即平面六邊形環.②各碳原子之間存在單雙鍵交替形式.學生4—6人為一個小組,合作探究:1.討論實驗方案驗證苯的結構.2.動手進行實驗,觀察實驗現象,積極思考,得出結論①試管中加入2mL苯,滴幾滴酸性高錳酸鉀溶液,振蕩后靜置.(不褪色)②試管中加入2mL苯,加入1mL碘水,振蕩后靜置.(碘水分兩層,上層紫紅色,下層無色,發生了萃取現象)3.分析2個假說的正確性學生通過實驗排除了C=C和C≡C的可能性,認識到凱庫勒第二個假說的缺陷性.通過這個環節讓學生了解化學家對于未知事物的探究過程,從而有利于培養學生對于未知事物的探究精神.學生認識到科研本身就是漫長而艱難的過程,必須付出辛勤和不懈的努力. 通過數據、模型和圖片引導、展示苯分子的獨特結構苯分子中的碳碳鍵是介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間的特殊的碳碳鍵,分子中6個碳原子和6個氫原子完全等價.苯的分子式:C6H6苯的結構簡式:觀察模型、傾聽、思考、內化苯的分子結構.教師解讀,學生反思,得出結論,形成概念.過渡:苯環的特殊結構導致了化學性質的特殊性.苯由C、H兩種元素組成,引導學生苯可以燃燒,視頻播放苯的燃燒實驗利用模型展示苯的溴代反應,分析苯的硝化反應、實驗條件、實驗裝置.動畫演示苯的加成反應.仔細觀察燃燒實驗現象;利用模型分組動手搭建苯的溴代反應;進一步學習苯的硝化反應,分組交流討論實驗裝置的要求,書寫化學方程式.在教師的指導下,歸納總結苯的化學性質:苯易燃、易取代、難加成、難被氧化.以結構決定性質為主線,采用問題探究、實驗探究、模型搭建的方法引導學生探究苯的化學性質,認識取代反應的原理.

(3)學生訪談調查記錄

[問]：著名化學家凱庫勒做夢聯想到了苯的環狀結構，提出了2個假說，經歷了被質疑的階段，后來經過許多科學家的一起努力，完善了苯環的結構.為此你有何感想？[答] 學生1：我們要學習其創新精神，熱愛科學，勇于探索，堅持不懈，幸運總是垂青有準備的人.學生2：日有所思，夜有所夢，只要認真去研究一件事，總會得到回報，發現新知.學生3：凱庫勒從夢中得到啟發，不僅是運氣，更是他不懈努力的結果.學生4：當別人質疑你的時候，不要只想著逃避或是氣餒，要用你的努力去完善，努力出成果.學生5：你的對手同時也是你的朋友，每一個反對你的理由都是你進步的方向.學生6：以夢為馬，不復韶華.

(4)教學反思

以時空之旅為教學情境，為學生創設一個參與交流、表達、親身經歷活動的機會，讓學生體驗煤的形成和苯的發現過程，使學生主動建構知識、全面認識科學本質.分小組合作實驗、模型搭建來探究苯分子的結構和苯的化學性質，一環扣一環，層層深入，從而激發學生學習化學的興趣.在教師的指導下，將探究過程作為主線，把實驗活動當作基礎，并以問題的解決作為形式，以培養學生的能力作為核心，精心設計實驗過程.通過學生自己思考設計方案，繼而進行實驗，使學生體驗到與化學家一樣的探究過程，學生感受到了探究帶來的樂趣.學生的觀察能力、邏輯思維能力和實驗能力都得到了較好的訓練.

高中化學學科素養包含“化學學科觀念、化學學科思維、科學探究實踐和化學學科價值追求”等方面，要求學生通過自主、探究和合作等多樣化的學習方式，形成和發展科學精神和價值觀.HPS教學模式將科學史、科學哲學和科學社會學等多種維度滲透到課堂和教學中，以化學史料為背景對學生進行科學教育與育人教育，使化學教育與育人有機的結合起來；培養學生能從不同的視角對紛繁復雜的物質變化進行分類研究，能用對立統一、量變質變、強弱轉化、聯系發展和動態平衡的觀點考察化學反應，用發展的眼光審視化學學科知識，提高學生的化學學科素養.