運用HPS教學模式開展高中生物教學的實踐研究

張凌霞 漳州一中 福建漳州 363000

1 HPS教學模式的界定

HPS是科學史和科學哲學（History of Science and Philosophy of Science)的英文縮寫，隨著社會的發展，又將科學社會學納入HPS教育中，這樣HPS就包含科學史、科學哲學、科學社會學。HPS教學模式是由孟克和奧斯本提出的，學習的課題包含科學史上某一科學家曾經研究的自然現象。該教學模式包括6個基本環節：演示現象、引出觀念、學習歷史、設計實驗、呈現科學觀念和實驗檢驗、總結和評價。

2 在高中生物教學中運用HPS教學模式

高中生物教材在呈現知識時，通常以歷史上中經典的科學實驗為線索，通過陳述經典的科學實驗，構建知識的發生發展歷史過程。這其中蘊含科學思維方法、科學精神。如若在教學過程中教師能很好地利用科學史，不僅能活躍課堂氣氛，讓更多的學生參與進來，體驗科學研究帶來的樂趣，也能更好地掌握科學的本質。筆者以“孟德爾的豌豆雜交實驗（一）”教學為例，開展HPS教學模式的實踐。幫助學生理解本節課的核心概念，也是本節的難點：雜交實驗中子二代性狀分離比為3:1，基因型比例為1:2:1，以及出現這樣分離比的條件。

2.1 演示現象

展示資料：紫茉莉純合紅花與純合白花的雜交后代全部開粉紅花。提問：紫茉莉的花色是怎么遺傳的？

學生可能會回答：后代紫茉莉開粉色的花是因為雙親的遺傳物質在子代體內發生混合，使子代表現出介于雙親之間的性狀。像牛奶加咖啡，屬于融合遺傳。也有可能回答：雖然后代紫茉莉開粉色的花，但雙親的遺傳物質（基因）在子代基因獨立遺傳（初中學習過相關的遺傳學知識），基因表達的結果導致后代紫茉莉開粉色的花。

學生對該現象的解釋能很好地暴露與遺傳相關的前概念。

2.2 引出觀念

本環節筆者旗幟鮮明地提出本節課的核心觀念（分離定律）：在生物的體細胞中，控制同一性狀的遺傳因子成對存在，不相融合；在形成配子時，成對的遺傳因子發生分離，分離后的遺傳因子分別進入不同的配子中，隨配子遺傳給后代。

2.3 學習歷史

本環節是HPS教學模式的核心環節，學生在教師的引領下，通過資料分析，回答教師提出的問題串，沿著科學家的腳步探尋科學的本質。

在本環節的教學過程中，筆者呈現給學生以下資料：資料1孟德爾用于雜交實驗的材料（豌豆、山柳菊）豌豆花的大，既有雌蕊又有雄蕊，閉花傳粉；有容易觀察的相對性狀。山柳菊花小，沒有容易區分、可以連續觀察的相對性狀，能有性生殖和無性生殖。設置問題串：用豌豆作雜交實驗的材料有哪些優點？實驗材料的選擇在科學研究中起怎樣的作用？

資料2 豌豆的人工異花傳粉過程。問題串：豌豆人工異花傳粉時母本要在什么時候去雄？豌豆人工異花傳粉時為什么要套袋？什么時候套袋？自然界中的豌豆為什么一般是純種的？

資料3高莖豌豆和矮莖豌豆的雜交實驗過程。問題串:為什么子一代都是高莖？為什么子二代中矮莖性狀又出現了呢？對相對性狀的豌豆遺傳實驗是否符合當時的“融合遺傳”觀點?為什么?如果后代數量很少，子二代的性狀分離比還會接近3:1嗎？

引導學生回答問題，質疑融合遺傳理論，嘗試著沿著孟德爾的腳步，構建新主張（孟德爾的假說）：遺傳因子是獨立存在的，互不融合，也不會在傳遞過程中消失。但學生對于孟德爾假說的其他內容（體細胞中遺傳因子成對存在；在形成配子時，成對的遺傳因子彼此分裂，分別進入不同的配子中；受精時，雌雄配子隨機結合）的提出有一定的困難，筆者通過講授法告知學生。

在本環節的教學過程中，筆者通過一些數據強調孟德爾研究過程的艱辛、態度的嚴謹：獨自做了8年的豌豆雜交實驗、1萬多株豌豆、一朵花一朵花地去進行雜交操作，準確記錄大量數據等等。學生很容易感受到其中的信息：科學研究過程必須具備嚴謹的科學態度(比如準確記錄實驗結果)，還要有毅力、有頑強的科學精神，只有具備這些科學家養，科學研究才有可能取得成功。

教師通過提問及資料呈現引入對假說內容進行驗證的學習：孟德爾的對分離現象的解釋的核心是什么？這個解釋是否正確呢？孟德爾又做了哪些工作試圖讓人信服這個觀點呢？

資料4：孟德爾巧妙地設計了測交實驗，讓F1與隱性純合子雜交。問題：假設孟德爾的假說是正確的，請你預測測交實驗的結果。筆者通過引導學生回答問題，體驗孟德爾在提出分離定律時嚴謹的邏輯推理過程，體會假說演繹法與歸納法的不同。

2.4 設計實驗

孟德爾的假說是本節內容的核心，筆者通過引導學生設計性狀分離比模擬實驗，體驗孟德爾的假說中雌雄配子隨機結合，F2中才會出現3∶1的性狀分離比。實驗中用A、B兩個盒子分別代表雌、雄生殖器官，盒子內的黑色、白色玻璃珠代表雌、雄配子，通過黑、白玻璃珠的隨機組合，模擬雌雄配子的隨機結合。筆者提出問題串引導學生思考：模擬次數太少是否會出現3:1的分離比？如果沒有在下次摸球之前把拿出的玻璃球放進盒子，對實驗結果有什么影響？如果將玻璃球換成不同大小的紅豆和綠豆（紅豆代表雌配子，綠豆代表雄配子）結果可能會如何？

2.5 呈現科學觀念和實驗檢驗

本環節要求學生能用語言表述出分離定律，在表述中可以使用術語，但要求學生解釋術語，以明確學生是否真的掌握科學概念（觀念）。

要求學生設計實驗，檢驗分離定律。筆者提出問題：如何驗證紫茉莉的花色遺傳是通過遵循分離定律。學生能設計實驗：方案1紫茉莉純合紅花與純合白花的雜交，獲得開粉色花的子一代，子一代自交，觀察子二代紫茉莉的花色及比例。方案2紫茉莉純合紅花與純合白花的雜交，獲得開粉色花的子一代，子一代與白色個體雜交，觀察后代的花色及比例。

3 HPS教學模式實踐的反思和總結

HPS教學模式在運用過程中要結合講授法，論證式教學；需要教師設置多個資料，設計了一系列問題引導學生思考、討論，并在學生討論、表述觀點時用心傾聽，了解學生觀點，了解學生的困難；需要給學生提供充分的思考空間，深入到科學史的探究過程，真正的把課堂還給學生。