基于HPS理念培養(yǎng)高中生科學(xué)思維的分析

胡冠華 李詠蘭

【摘?要】近年來(lái)，有關(guān)HPS教育理念的研究越來(lái)越多，得到了越來(lái)越多的重視。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出科學(xué)思維是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一。本文從HPS教育理念的角度，以科學(xué)史為載體，科學(xué)哲學(xué)為觀點(diǎn)，科學(xué)社會(huì)學(xué)為背景，“細(xì)胞學(xué)說(shuō)”“自然選擇與適應(yīng)的形成”“胰島素的發(fā)現(xiàn)”為例，探討如何利用HPS教育來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)史;科學(xué)哲學(xué);科學(xué)思維

1.HPS理念和科學(xué)思維簡(jiǎn)介

HPS（history、philosophy & sociology of science）教育是指基于科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)的教學(xué)模式[1]。科學(xué)史即科學(xué)家探索科學(xué)的歷史;科學(xué)哲學(xué)指用哲學(xué)的觀點(diǎn)探討科學(xué)本質(zhì);科學(xué)社會(huì)學(xué)是科學(xué)產(chǎn)生的社會(huì)背景，并將科學(xué)應(yīng)用于實(shí)踐，同社會(huì)聯(lián)系起來(lái)。一開(kāi)始有學(xué)者提出將科學(xué)史融入教學(xué)，后來(lái)逐步加入了哲學(xué)思想和社會(huì)學(xué)觀點(diǎn)，形成了HPS。我國(guó)在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版，2020年修訂）》中，明確提出了要注重科學(xué)史的學(xué)習(xí)。

科學(xué)思維是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，它是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問(wèn)題的思維習(xí)慣和能力[2]。科學(xué)思維的形成不是一蹴而就的，需要教師在日常的教學(xué)中利用好教學(xué)資源，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)看待問(wèn)題的習(xí)慣，將歸納概括、批判性思維等融入到課堂中去。

2.基于HPS理念培養(yǎng)科學(xué)思維的必要性分析

在實(shí)際教學(xué)工作中，教師注重學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和學(xué)生對(duì)于科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)是有限的。近年來(lái)考試的題目不再是簡(jiǎn)單的知識(shí)點(diǎn)記憶，而是需要學(xué)生運(yùn)用能力解決問(wèn)題，這要求學(xué)生形成一定的科學(xué)思維能力，將學(xué)到的知識(shí)遷移、應(yīng)用，這也要求廣大教師要深刻理解科學(xué)本質(zhì)、把科學(xué)本質(zhì)滲透到教學(xué)中去[3]。教學(xué)中融入HPS理念，利用科學(xué)史作為材料，科學(xué)哲學(xué)幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)，形成正確的科學(xué)觀，能夠運(yùn)用批判性思維識(shí)別生活中的偽科學(xué)，有創(chuàng)新意識(shí)，把學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，從而和科學(xué)社會(huì)學(xué)相聯(lián)系。當(dāng)學(xué)生獲得了科學(xué)思維能力，學(xué)生就擁有了科學(xué)思考的方法，在做綜合題目尤其是探究類的題目時(shí)，即便有些知識(shí)在課本中沒(méi)有涉及，但是學(xué)生根據(jù)科學(xué)的思考方法和題目中所給出的信息，就能將題目答對(duì)。最重要的是，學(xué)生形成的科學(xué)思維，會(huì)對(duì)其以后的生活和工作產(chǎn)生積極影響。

3.基于HPS理念培養(yǎng)科學(xué)思維的案例分析

3.1細(xì)胞學(xué)說(shuō)

細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立是高中生物教材正文中的第一個(gè)HPS材料。以細(xì)胞學(xué)說(shuō)的研究史為主線，歸納概括的方法為哲學(xué)思想，以當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)為社會(huì)背景來(lái)介紹。在顯微鏡發(fā)明之前，教材以宏觀到微觀的視角闡述了解剖學(xué)家從器官到組織的探究歷程，在顯微鏡發(fā)明之后人們才有了發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的技術(shù)手段。此時(shí)教師要向?qū)W生點(diǎn)明這一階段主要受到了技術(shù)手段的影響，這是其中蘊(yùn)含的科學(xué)社會(huì)學(xué)。此后雖然有了顯微鏡，觀察到了植物細(xì)胞等，但是由于沒(méi)有及時(shí)的歸納推理，導(dǎo)致細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立延誤了一百多年。這時(shí)教師向同學(xué)們展示植物的各種細(xì)胞圖片，引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)象的多樣性歸納出結(jié)論的統(tǒng)一性，嘗試提出施萊登的植物細(xì)胞學(xué)說(shuō)。由此引申動(dòng)物細(xì)胞是否符合這一學(xué)說(shuō)，二者有何共性？繼而導(dǎo)出施旺的結(jié)論。在這一過(guò)程中將歸納的思維方法融入到了教學(xué)中，學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)家的探究過(guò)程，感受到了從具體的事實(shí)得出一般結(jié)論的思維過(guò)程，從而明白科學(xué)研究不僅僅是通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程，還要求我們對(duì)很多的現(xiàn)象、結(jié)論進(jìn)行歸納推理，要合理運(yùn)用科學(xué)研究方法，否則我們可能就錯(cuò)過(guò)了重大的發(fā)現(xiàn)，這就融入了科學(xué)哲學(xué)。在細(xì)胞是如何產(chǎn)生的這個(gè)問(wèn)題上，從施萊登認(rèn)為新細(xì)胞是從老細(xì)胞上面長(zhǎng)出來(lái)的最后到魏爾肖總結(jié)得出結(jié)論，再一次證明了歸納法對(duì)科學(xué)學(xué)說(shuō)的重要影響。縱觀整個(gè)細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立過(guò)程，批判性思維的運(yùn)用也是必不可少的，科學(xué)結(jié)論的得出不是居功于一人，在前人的探索的基礎(chǔ)上，后面的科學(xué)家經(jīng)過(guò)不斷的思考、修正得出了結(jié)論，滲透科學(xué)是不斷發(fā)展的哲學(xué)思想。

3.2自然選擇與適應(yīng)的形成

高中生物必修二第六章第二節(jié)自然選擇與適應(yīng)的形成的正文部分，詳細(xì)介紹了拉馬克的用進(jìn)廢退學(xué)說(shuō)和達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)。教師可以讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)這部分內(nèi)容，搜集資料，分成兩大組，一組代表支持拉馬克，一組代表支持達(dá)爾文，兩組展開(kāi)辯論，說(shuō)出支持的理由和反駁對(duì)方的理由，在這個(gè)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。最后由教師帶領(lǐng)學(xué)生一起總結(jié)拉馬克學(xué)說(shuō)的進(jìn)步意義以及局限性，明確達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)是正確的，并介紹當(dāng)時(shí)的社會(huì)背景和技術(shù)條件，其學(xué)說(shuō)存在局限性，后來(lái)形成了完備的現(xiàn)代生物進(jìn)化理論，引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)哲學(xué)的角度明白科學(xué)成果不是永恒的。教師在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)達(dá)爾文學(xué)說(shuō)的過(guò)程中，利用好教材給出的模型，不要直接給學(xué)生，要從事實(shí)到推論一步一步建立模型，教師給出第一步，學(xué)生合作討論完成第二步，逐步在腦海里建立模型，對(duì)達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)逐漸內(nèi)化并能對(duì)進(jìn)化現(xiàn)象做出解釋，形成一定的建模思維。

3.3胰島素的發(fā)現(xiàn)

“胰島素的發(fā)現(xiàn)”是人教版選擇性必修1第三章第一節(jié)激素與內(nèi)分泌系統(tǒng)思考討論的內(nèi)容。針對(duì)這一部分內(nèi)容的教學(xué)，可以讓學(xué)生代入科學(xué)家的角色，沿著科學(xué)家的研究路線發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。結(jié)合布魯納的認(rèn)知發(fā)現(xiàn)學(xué)說(shuō)，先給學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境：你在胰腺組織附近發(fā)現(xiàn)了一群島狀細(xì)胞，給它們起名為胰島，發(fā)現(xiàn)如果把胰腺摘除后狗會(huì)得糖尿病，這是為什么呢？此時(shí)教師引導(dǎo)學(xué)生做出猜想并提出假說(shuō)，由此將假說(shuō)演繹的科學(xué)思維融入教學(xué)過(guò)程中。該怎么驗(yàn)證假說(shuō)呢？教師以學(xué)生提出的假說(shuō)為例，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)于結(jié)果產(chǎn)生的原因可以讓學(xué)生以小組合作的方式討論并給出適當(dāng)提示。最后總結(jié)該實(shí)驗(yàn)所運(yùn)用到的科學(xué)研究方法，該方法的思路是什么。如果沒(méi)有得到預(yù)期效果時(shí)，教師要融入科學(xué)哲學(xué)的方法，告知學(xué)生重復(fù)實(shí)驗(yàn)或反思實(shí)驗(yàn)步驟找出問(wèn)題，培養(yǎng)批判性思維，不能弄虛作假，形成正確的科學(xué)觀。啟發(fā)學(xué)生思考如何大量生產(chǎn)胰島素治療糖尿病，培養(yǎng)創(chuàng)新性思維，從而將科學(xué)和社會(huì)結(jié)合起來(lái)。

4.小結(jié)

綜上所述，生物教材中有很多的HPS材料，有些材料在正文中，有些材料位于思考討論等欄目中。結(jié)合教學(xué)重難點(diǎn)、有取舍地靈活運(yùn)用這些材料，把科學(xué)史作為載體、滲透哲學(xué)思想、同社會(huì)實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行探索、分析，學(xué)生掌握一定的科學(xué)研究方法，形成一定的科學(xué)思維，用這種方法和思維解決實(shí)際中的問(wèn)題，對(duì)以后的工作和生活都是大有裨益的。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳航楓.HPS教學(xué)模式應(yīng)用于生物學(xué)科學(xué)史的教學(xué)策略初探——以“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”為例 [J].生物學(xué)教學(xué)，2020，45（1）：13-15.

[2]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020：5.

[3]劉悅棟.科學(xué)哲學(xué)對(duì)科學(xué)教育的影響 [J].教育觀察，2013，2（4）：42-43.

作者簡(jiǎn)介：

胡冠華（1997.9—），女，漢族，內(nèi)蒙古烏海人，內(nèi)蒙古師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，20級(jí)在讀研究生，碩士學(xué)位，專業(yè)：學(xué)科教學(xué)（生物），研究方向：學(xué)科教學(xué)（生物）。

（作者單位：內(nèi)蒙古師范大學(xué)）