HPS教育視角下中美高中地理教材對比研究

張清蘋 張勝前 龔玉葵

摘 要：本文以2019年湘教版《地理1》《選擇性必修1》與美國《科學發現者——地球科學》中的“大氣專題”為例，基于科學史、科學哲學與科學社會學的視角，從HPS的內容數量、構成以及呈現方式等方面進行統計與分析，客觀地反映兩國高中地理教材融入HPS教育的現狀和特點，并提出建議：地理教材中增加HPS教育內容，轉變地理教材為地理學材;地理教學應重視HPS地理教學，注重地理學科HPS教學策略;地理教師應積極開發HPS地理資源，探索地理學科HPS教學模式等，以期為今后的HPS地理教育提供參考。

關鍵詞：HPS教育;中美高中地理教材;大氣專題

HPS（History of Science and Philosophy of Scionce）是指從“科學史”“科學哲學”和“科學社會學”的角度理解科學教育，并提倡從科學哲學、科學社會學、科學史學等多個視角來篩選、編排教育內容，以期使科學教育能真正地、有效地、全面地提高全民科學素養[1]。目前，我國的HPS教育多集中于物理、化學、生物等學科，地理學科的相關研究較少。美國的HPS教育研究走在國際前沿，在其高中主流理科教材《科學發現者——地球科學》（以下簡稱《地球科學》）中有明顯的HPS理念滲透和內容呈現，因此筆者將其與我國湘教版高中地理新教材進行對比，試圖尋找兩國地理教材中HPS內容選取和呈現方式的差異，為地理教材編寫和地理課堂教學提供參考。

一、HPS教育的內涵和特征

HPS教育的基本理念是在科學教育的過程中要從“科學史”“科學哲學”和“科學社會學”三個方面進行。HPS教育的主要內涵有以下三點，一是科學史：主要是將學生帶入科學發展史的情境中，讓學生沿著科學家的足跡進行再探索、再發現，這不僅能激發學生對科學探究的興致，還能幫助學生厘清某一領域發展的內部邏輯。二是科學哲學：主要是關注學生的世界觀和科學觀，即在學習過程中思考“科學是什么”“科學的本質是什么”等問題;借助對科學本質問題的不斷思辨，有助于學生對科學本質的理解，樹立正確的科學觀。三是科學社會學：主要在于揭示科學發展的社會背景及科學的社會功能;讓學生感受到科學并不遙遠，科學服務于社會，由此塑造學生對科學功能作用的認識。

我國學者張晶總結了HPS教育有五個主要特征：以科學的基本史料為基礎、重視對科學作哲學思考、以建構論為理論背景、從重視科學實證知識的傳播過渡到理解科學本質、從培養科學精英過渡到培養有科學素養的公眾[2]。

二、中美高中地理教材中HPS內容對比研究的設計

1.確定研究對象

湘教版高中地理教材《地理1》《選擇性必修1》是以我國2017年版高中地理課程標準為指導編寫的，于2019年正式出版。美國高中主流理科教材《地球科學》是在美國NGSS和21世紀核心素養要求下編寫的，于2018年由浙江教育出版社引進、翻譯并出版（第二版）。兩套教材都被廣泛使用，具有典型性。其中《地球科學》全書內容共8個單元（共30章），學科知識廣度大大超過國內教材，翻譯版的頁數達到了915頁。為了確保研究對象范圍的一致性，本文選擇兩套教材中的“大氣專題”作為研究對象。以下是兩套教材中關于“大氣專題”內容框架梳理（表1）。

2.選取HPS內容編碼

高中地理教材HPS內容分析的基礎是對三大類子類目的細分。本文在參考David.F.Robitaille（1993）進行TIMSS調查時，通過HPS內容的分類編碼以及在黃曉、嚴珍珠、黃沁昕等人的碩博論文基礎上，結合地理學科性質得到地理學科HPS內容分析類目操作的編碼表（表2）。

三、中美高中地理教材中HPS內容對比結果分析

1.HPS內容數量

本次教材的分析以“處”為統計單位，對兩套教材“大氣專題”中HPS內容按類目操作編碼進行編碼和數據統計。若教科書同一部分的內容出現在兩個子類目中，則兩個子類目各記錄一次，統計結果如表3所示。

從總體上看，美國《地球科學》教材中HPS內容的數量比中國湘教版教材多近三倍，這體現了美國對HPS教育的重視。從局部看，不同內容維度的主類目在兩套教材中的占比情況均為：科學哲學>科學史>科學社會學。在具體的子目中，科學史中“科學人物”（A2）占比最大，科學哲學中“科學探索的本質”（B2）占比最大，科學社會學中“科學應用”（C2）占比最大。這反映了兩套教材都重視引導學生思考“什么是科學”，在一定程度上有利于提升學生的探究能力、思辨能力。但同時，這樣的結果也忽略了HPS教育“以科學的基本史料為基礎”的特征，不利于學生領悟知識理論的演變和吸引學生探索科學體驗的興趣。

2.HPS內容構成

經對比，兩套教材中“大氣專題”的HPS內容統計如表4所示。通過本表可發現兩國在該專題的HPS內容選擇上存在較大差異。

從“科學史”方面看：在“大氣專題”內容中，湘教版選取的科學史內容包含了我國古代“鄭和航行”“孔明發明熱氣球”“李時珍對梅雨的記載”等素材，體現了對中國傳統文化的弘揚;《地球科學》展示了不同國家的科學家在氣候分類、云的分類、颶風分類上做出的貢獻，能更全面展示全球地理科學家的科學研究史;同時，《地球科學》還注重“科學過程”的學習，在本主題中引入了“臭氧變化、天氣預報——在混沌中尋找精確”等內容，將科學發展的歷程活靈活現地展示在學生面前，讓學生能更系統地了解科學知識產生的過程。

從“科學哲學”方面看：這部分內容是兩個版本的教材在數量和內容上差異最大的一部分。《地球科學》注重多學科內容的融合，同時在每章都嵌入四類實驗：迷你實驗、地學實驗、探索實驗和技能實驗。而湘教版教材更重視基礎知識的傳達，旨在為學生呈現“是什么”“為什么”，而相對忽視了對“怎么做”的科學思維和探究方法的介紹。另外，我國教材的案例主要關注本地、本國的人地關系問題，視角有一定局限性。

從“科學社會學”方面看：湘教版的“科學影響”“科學事業”內容是缺失的，這體現出我國教材對地學社會功能的闡述不足。《地球科學》教材在該方面卻滲透得比較好，如在“地球科學相關職業”的欄目中介紹了科學家的職業、工作內容以及對社會的作用，利于激發更多的青少年在未來走向科學研究的道路。另外，《地球科學》教材包含了較多“科學應用”的內容。以“氣象學”一章為例，教材中加入了“采集氣象數據”和“解讀氣象圖”等內容，能更好地呈現科學家研究氣象的方法，使學生理解地理學習的實用性以及社會應用價值。

3.HPS內容呈現方式

研究HPS教育內容的呈現方式也是了解其在教材中滲透情況的途徑之一。因為內容的具體呈現方式會對學生閱讀、掌握知識的過程產生影響，進而影響學生的學習效果。本文將教材的呈現方式分為正文、圖表、欄目三種，對兩套教材中“大氣專題”的內容呈現方式進行統計后獲得的結果如表5所示。

通過表5，可以看出湘教版教材的HPS內容幾乎都呈現在“欄目”里，這樣的呈現方式比較單一。而《地球科學》教材中的HPS內容則在正文、圖表和欄目中都有分布，呈現形式多樣。此外，雖然兩套教材的HPS內容都主要以“欄目”形式呈現，但其欄目設置的內容、位置、數量都有較大差異。如表6所示，湘教版教材的“欄目”共6個，其中設置在“章節前”和“章節中”的欄目較少，且沒有“章節后”的欄目，這不利于學生學習的升華和鞏固。相較而言，《地球科學》教材欄目的設置更豐富一些，比較注重對學生的學法指導。

四、啟示與建議

1.地理教材方面：增加HPS教育內容，轉變地理教材為地理學材

通過對中美兩國地理教材的比對，可以看出我國地理教材對“科學史”和“科學哲學”的融入力度較小，教材的活動操作性、社會實踐性尚待提高，這也為我國的地理教材編寫帶來一定的啟示，主要有兩點：一是關注HPS內容的融入與革新。今后的地理教材應更注重對HPS內容的遴選和研究，可融入更多的地理科學發現史故事;融合更多生活中的知識和探索活動;呈現與地理科學相關的職業介紹;關注更大范圍的人地關系問題等，進一步凸顯教材HPS教育的育人價值。二是注重全過程學習材料的呈現。今后的地理教材應設置更豐富的欄目，提供足夠的“腳手架”材料，讓學生在“學前—學中—學后”均有相應指導，促使學生更充分地去討論、探究科學問題，進而實現從“地理教材”到“地理學材”的轉變。

2.地理教學方面： 重視HPS地理教學，注重地理學科HPS教學策略

從長遠來說，HPS教育中蘊涵的思維方式和解決問題的科學方法將影響學生的終身學習。因此，在現實的地理教學中需要重視HPS教育，關注“科學史”“科學哲學”和“科學社會學”的地理教學策略，主要有三點：一是在“地理科學史”的教學中，應注重再現式教學。開展再現式教學，將地理知識產生的經過有選擇地再現在學生面前，促使學生認識地理學家的認知路線、思維方式及探索精神等，引導學生如地理學家那樣思考、探索，體驗地理知識產生、發展的過程[3]。比如，在“自然地理環境的差異性”一課中，可引入洪堡在欽博拉索峰考察并繪制出“自然之圖”的科學史故事，設置相關問題引導學生進行“山地垂直地帶性”內容的學習。二是在“地理科學哲學”的教學中，應注重科學探索過程。可在課堂教學中加入觀察、實驗等基礎科學研究方法，尤其是地理學特有技能（如看圖、繪圖等）的學習，在課后設置不同的地理考察、調查等活動。通過項目式的研究實踐活動來幫助學生深入理解“地理科學”教學中復雜的地理過程，提升地理學習的理性思維，落實地理核心素養。比如，在“自然界的水循環”一課中，可設計“一棵樹能產生多少水”的實驗，讓學生體驗地理問題探究的過程，達成“水循環”的課標要求。三是在“地理科學社會學”的教學中，應注重案例學習和角色體驗。通過典型案例的學習，幫助學生切身體會“地理科學的影響”和“地理科學的應用”;運用角色扮演等教學方法，讓學生體會“地理科學事業”的意義和價值。比如，在“地理信息技術在區域地理環境研究中的應用”一課中，可展示地理“3S”技術在防災減災中的應用案例，并設計學生扮演緊急救援中心工作人員利用“3S”技術參與救援的活動，加深學生對地理學科社會價值的認識。

3.地理教師方面：開發HPS地理資源，探索地理學科HPS教學模式

地理教師對本學科HPS教育內容的認識，一定程度上決定了地理學科開展HPS教育的質量。目前，HPS教育在我國整體上還不夠受重視，導致教師的HPS教育開發能力有限，今后各教育部門要加強教師HPS教育技能的培訓。同時，一線的地理教師還應主動加強自己學科領域HPS教育的探索，主要途徑有三種：一是豐富地理學科HPS教育知識。地理教師應系統學習HPS教育的理念、價值、特點等知識，并通過自學《地理學思想史》《當代地理學方法》《重新發現地理學：與科學和社會的新關聯》等教材，充實自身關于地理學科HPS教育的知識。二是開發地理學科HPS教育資源。針對現行地理教科書中HPS內容不足的現狀，教師應積極選擇具有科學性、代表性的地理科學史、地理科學哲學、地理科學與社會學的素材作為地理教學內容。三是探索地理學科HPS教學模式。袁維新[4]曾提出“提出問題—引出概念—學習歷史—設計實驗—展示科學觀念和實驗檢驗—總結與評價”的一般HPS教學模式。廣大地理教育工作者還應結合地理學科的特點，在“科學性、適學性、適量性”等原則下，靈活選擇不同的學習方式，探索基于HPS教育的地理課堂教學模式并加以實踐，讓學生在HPS地理教育的學習中走進更廣闊的地理殿堂。▲

參考文獻：

[1] 白旸，曾思敏.HPS教育視角下的地理教育普及調查研究[J].亞太教育，2015（20）：111-112.

[2] 張晶.HPS教育的五個主要特征及其對我國科學教育改革的啟示[J].科學技術哲學研究，2010（01）：92-96.

[3]張家輝，袁孝亭.基于地理素養培育的地理學史教育：價值與策略[J].教育理論與實踐，2015（26）：6-8.

[4] 袁維新.HPS教育：一種新的科學教育范式[J].教育科學研究，2010（07）：48-51（55）.