融合HPS理念的5E教學模式在高中生物課堂的應用

徐思麒 任山章

摘要：培養學科核心素養是目前教育理論研究和課堂教學實踐的大方向，對教學模式的創新和運用提出了新的標準和期待。通過對HPS和5E教學模式的教育理念、教育特點和教育形式進行分析，嘗試構建以5E教學模式為主體，融合HPS念的新型教學模式，并以“光合作用的碳反應”一節的內容為例進行教學設計，有效地將HPS和5E結合，有望以此促進學生的生物學學科核心素養的形成和發展。

關鍵詞：HPS教育;5E教學模式;生物學學科核心素養

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

為了更好培養出具有良好創新能力、思辨能力、適應能力和終身學習能力的人才，以適應社會的快速發展，教育越來越強調培養學生的核心素養。《高中生物學課程標準（2017年版）》中將生物學學科核心素養概括為生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。HPS教育和5E教育模式均為目前教育界研究的熱點，眾多研究表明這兩種教育模式對于學生的核心素養落地具有較大的作用。當前，國內的研究主要集中在HPS教學和5E教學模式的理論價值、實踐有效性及教學案例的開發等方面，但就兩者的融合性研究少之又少。因此，基于以上問題，嘗試建構融合HPS理念的5E教學模式在生物課堂的教學設計，以期對學生生物學核心素養的培養有所助力。

1融合HPS理念的5E教學模式構建

1.1HPS教育

HPS教育是科學史（History ofScience），科學哲學（Philosophy of Science）科學社會學（Sociology of Sci.ence）三者的簡稱。其中，科學史（H）就是關于科學的歷史，通過科學史的學習，學生可以站在科學家的角度，深入體會科學探究是如何進行的;也可以遵循科學發展的脈絡，了解多種因素對于科學發展的影響。因此，HPS教育強調的科學史不僅要求關注具體的科學史實，更是著眼于其背后反應出的科學本質觀，包括對于科學知識，科學探究和科學事業的理解等。科學哲學（P）是回答“科學是什么？”的問題，從思辨的角度來分析科學知識的背景、起源和內在聯系，展示出科學發展的因果和連續性，讓學生認識到科學是不斷發展的。科學社會學（s）是從社會學的角度來考察科學知識的發展脈絡，表明科學的發展離不開社會環境的依托，社會對于科學發展具有重要的反作用，使學生理解科學的社會功能，積極利用科學知識作用于社會實踐。

1.25E教學模式

5E教學模式是由美國生物學課程研究（BSCS）提出的一種教學模式，是基于建構主義理論發展起來的一種教學模式，符合學生知識建構的協同方式和組織順序，通過科學探究使學生更加深入的理解知識。5E教學模式包括了五個階段，即引入（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elabora.tion）和評價（Evaluation）。每個階段都有特定的作用和功能，教師依據5E模式來進行教學設計，可以將教學流程連貫起來，使學生能夠對知識、技能和價值觀念有更深層次的理解。

1.3基于HPS理念的5E教學模式構建

以HPS理念進行的教學設計，是在以科學史進程為主要教學線索的基礎上，用科學哲學觀點進行邏輯推理與思維深化，以科學社會學應用進行創造性延展，著眼于學生的生物學學科核心素養，有助于培養學生的科學本質觀。近些年眾多學者通過研究發現，運用5E教學模式培養中國學生核心素養是課堂實踐層面的有效策略。從這個角度來說，HPS和5E教學模式具有異曲同工之妙，將兩者融合具有可能性。以建構主義學習理論的指導，為了更好地將HPS和5E教學模式融合，擬以5E教學模式為主體，貫穿HPS理念來進行教學設計，充分發揮HPS和5E教學的優點，整合出新的教學模式，見表1。

2教學設計案例

以浙科版高中生物學（2019年版）教材必修一第五節“光合作用將光能轉化為化學能”中的“碳反應”為例，進行融合HPS理念與5E教學模式的教學設計。

2.1吸引

教師展示資料，創設情境：1648年，比利時科學家海爾蒙特發現植物生產所需要的養料主要來自于水，而不是土壤。1771年，英國科學家普利斯特利發現了植物的光合作用，他提出植物生長不僅需要土壤中的水，而且需要從空氣中吸收CO2，同時釋放出O2，隨后英根豪斯通過實驗發現了植物需要陽光才能制造出O2。1864年，德國科學家薩克斯證明了綠色植物在陽光下可以產生淀粉，光是光合作用的必要條件。在此之后，恩吉爾曼證實了葉綠體是光合作用的場所。至此，可以初步確定光合作用的原料和產物。在上一節課中，我們已經學習了在類囊體薄膜中發生的光反應過程。那么，光合作用的碳反應是如何進行的呢？

設計意圖：教師介紹光合作用科學史，創設課堂所需的具體情境，吸引學生的注意力，引發學生對于光合作用碳反應的好奇心，潛移默化中幫助學生形成生命觀念。

2.2探究

教師要求學生以小組為單位，討論分析學案（表2）中卡爾文等科學家運用實驗的方法發現碳反應的科學歷程的資料，綜合這些信息，大膽推理CO2轉變為三碳糖的過程，并在紙上畫出所構建的碳反應模型。

設計意圖：通過對于實驗現象的分析，學生可以真正站在科學家的角度來審視不同的實驗現象之間的邏輯關系，體驗科學家的思考方式。運用科學哲學所體現的思辨能力進行邏輯推理，找到變量之間的關系，培養學生的科學探究能力，在自主探究和小組合作中發展高階思維。

2.3解釋

各小組派代表分享小組討論的結果，在黑板上畫出構建的碳反應模型。在小組分享時，教師不做判斷性評價，而是誘導提問，讓學生分析：“自己小組的模型與別的小組有何不同？為什么會產生這種不同？支撐你的模型構建的依據是什么？”所有小組分享結束后，師生共同選出最佳模型，教師對于碳反應模型中的重點內容進行強調和補充講解，針對學生回答中的不足進行點撥。

設計意圖：在學生構建模型的過程中教師不予評價，體現了以學生為中心。通過提問，教師逐漸引導學生運用科學思維方式分析不同模型之間的差異，找尋支撐自己觀點的依據，在師生討論中使模型的構建更加清晰和正確。這一過程中，知識并不是從教師的口里說出來的，而是學生通過分析推理得出來，既鍛煉了學生的語言表達能力，也加強了學生的科學思維能力。

2.4遷移

教師提供材料：2019年9月，袁隆平先生被授予了“共和國勛章”，他一生致力于研究雜交水稻，并不斷獲得突破性進展。他所研究的雜交水稻在高產方面相比普通水稻具有絕對優勢，被外國媒體譽為“東方魔稻”。超級雜交稻在光反應過程中的光合量子傳遞速率高，能吸收更多的光能，飽和光合速率高;其葉片中葉綠素a/b比值比普通水稻高22.90%和36.78%，并且其對光能吸收、傳遞及轉化的效率較高，將光能轉化為活躍的化學能的能力強。雜交水稻中Rubisco酶活性較強，能夠固定更多的CO2;葉片光合作用的效率強，凈光合作用速率高，同時其光合功能期長，物質積累量大;除此之外，超級雜交稻還具有生育后期光合面積大、葉綠素含量下降慢、可溶性糖含量高、光合速率高等特點。

教師引導學生分析資料中的相關信息，思考問題：哪些是雜交水稻通過增強碳反應來提高產量的手段？除了這些手段，你還有哪些方法可以提高雜交水稻的碳反應過程？

設計意圖：從資料的分析中，學生可以進一步復習碳反應過程，加深對于碳反應模型的理解。以雜交水稻這個切入點進行拓展和延伸，契合生活實際和社會熱點，符合現代課程設計理念。從科學社會學的角度來看，這一設計可以讓學生把書本上的知識積極應用于生活實踐，關注科學發展對于社會的作用力，培養社會責任。

2.5評價

教師引導學生回憶并敘述本節課的學習收獲，學生歸納總結。教師提煉講解本節課重點內容，可以通過提問檢測評價等方式，如讓學生復述碳反應模型等。另外，布置課后思考題：“除了今天課堂上提到過的方法，請同學們進行頭腦風暴，思考還有哪些可以提高雜交水稻產量的方法？”

設計意圖：評價過程實際貫穿課堂教學的所有環節，包括了學生互評和教師點評，如在各小組匯報碳反應模型時，也對其他小組的模型進行了評價。在課堂最后環節的評價，更加側重于引導學生對于本節課所學的總結和拔高，通過形成性評價來反饋教學效果。

3評價與反思

在建構主義學習理論的指導下，將HPS的教育理念與5E教學模式進行融合，發揮兩者所長，構建新的教學模式，并設計了相關教學案例。構建后的模式在引導學生深入學習科學概念，培養科學探究和邏輯思維能力，提高學生的生物學核心素養具有一定的創新性和可行性。以科學史來創設情境從而達到吸引的目的，不僅使學生的學習興趣大大增強，也能讓學生沉浸于學科本身，了解學科的發展脈絡。教師通過設置具體的問題，提供相關的科學史材料，引導學生以科學家的角度進行推理分析，提出合理的假設，并通過自主探究或合作研討等方式進行論證，最后在具體的社會問題情境中將知識遷移和深化。構建后的模式在引導學生深入學習科學概念，培養科學探究和邏輯思維能力，提高學生的生物學核心素養具有一定的創新性和可行性。