基于生物學科核心素養的HPS教學模式探索
——以“孟德爾豌豆雜交實驗”為例

安凌燕

（新疆喀什大學附屬中學，新疆 喀什 844000）

HPS教學模式具有很強的靈活性和包容性，能將科學史、科學哲學與科學社會學有機融合，既能有效地達成“三維”教學目標，又能強化學科思想方法教育[1]。當前，高中生物學科核心素養對學生的理性思維、科學探究能力和社會責任感等方面都提出了明確的培養要求，教師在傳授生物學知識的同時，還應該注重培養學生的理性思維，提升學生歸納和概括知識以及進行科學探究的能力，使其掌握演繹與推理的邏輯思路、辨別迷信與偽科學。

1 HPS教學模式

HPS教學模式是指科學史（history of science）、科學哲學（philosophy of science）和科學社會學（sociology of science）相結合的一種教學模式，于二十世紀八九十年代由英國科學教育學者孟克和奧斯本提出，以建構主義理論為基礎，提倡在中小學的理科課程中滲透科學史、科學哲學、科學社會學的相關內容，核心內涵是關于科學本質的認識[2]。生物科學史是生物科學家探究生物學問題及知識產生和發展的歷史，具體包括科學家的生平簡介及時代背景、科學實驗的探究過程、科學知識及科學思想的變革、科學技術的改進等，完整記載了科學家探究自然和生命的過程，在生物教材中占有較大篇幅。

目前，由于高中生物課時緊張、理論知識復雜等，高中教師往往將教材中出現的科學史、科學社會學等內容可有可無地向學生介紹一番，就算給學生講授，也往往將重點放在與理論知識相關的部分，介紹科學家科學研究艱辛歷程，科學家思維模式形成、發展、變化等過程包含的人文價值被忽略；學生對待這類知識總是走馬觀花式地閱讀，甚至忽略不計；高考試卷中也幾乎不出現科學史內容，導致學生不重視這部分知識。在這種背景下，如果教師不能很好地利用科學史、科學社會學教育，在教學中穿插相關內容，充分利用其人文價值開展育人工作，就浪費了提升學生生物學科核心素養的機會。正所謂“重要的不是獲得知識，而是發展思維能力和科學素養，是從科學家身上體味和學習寶貴的品質和精神”[3]，科學家的姓名、開展的實驗等內容都會被慢慢遺忘，但科學家的思維、邏輯、方法、技能、優秀品質、精神、價值觀等會給學生產生或多或少的影響，并在學生的學習、生活中發揮潛移默化的作用，最終還會內化成學生自身的能力、技能和內涵，伴隨學生一生，這也是培養生物學科核心素養的作用，更是教育的最終目的。

2 HPS教學模式實踐

2.1 課前預習，熟悉概念

將由20個概念（自花傳粉、相對性狀、性狀分離、等位基因、基因型、測交等）組成的預習提綱和作業單提前發給學生，讓學生進行預習，找到這些概念在書上的位置，再利用早自習的時間給學生觀看講解這些概念的微課，幫助學生熟悉和理解。

2.2 發現問題，創設情境

讓學生觀看有關孟德爾生平簡介的短片，可以幫助學生拉近與遺傳規律發現過程的距離，引起學生的學習興趣，使其帶著“為什么自己身上有些地方長得很像父母，但又不是完全一樣的”“遺傳的本質到底是什么”等疑問與老師一起扮演孟德爾，重走孟德爾“十年一系列實驗，一篇論文開創新學科”的科學研究路。

2.3 合理假設，科學推演

帶領學生一起穿越回19世紀中期奧地利修道院的后院，與孟德爾一起通過豌豆雜交實驗探尋生物遺傳的規律。以時間為序，讓學生跟隨孟德爾逐年開展實驗，詳細介紹孟德爾需要完成的每一項工作，推演孟德爾的思路，分析各階段遇到的困難，并思考解決問題的辦法。學生分小組討論了孟德爾關于一對相對性狀的雜交實驗實施過程中每一年需要完成的具體操作和記錄的數據，各小組收集數據后進行整理，通過思考、討論總結出自己的結論，過程如表1所示。

表1 假設推演過程

2.4 驗證假設，得出結論

孟德爾的所有解釋都是個人假說，而生物作為自然學科離不開實驗的驗證，所以孟德爾又巧妙地設計了測交實驗來驗證自己的假說。他先用假說的思路推演出測交實驗可能出現的子代性狀類型和比例，再進行測交實驗來驗證自己的推演，若測交實驗的結果與推演的結果一致，證明假說正確，這就是科學研究的方法—假說演繹法，分離定律也由此誕生。孟德爾又遵循從簡單到復雜的規律，開展了兩對相對性狀的遺傳實驗研究，仍然使用假說演繹法，并使用棋盤法來分析F2的基因組成，最終總結出自由組合定律。

3 教學反思

3.1 培養學生的理性思維

分析學生與孟德爾的結論及解釋之間的差異和差距。首先，教師要表揚學生的推理過程思維縝密、邏輯合理，肯定學生的邏輯推理能力；但孟德爾把每個結論描述得更加清晰明朗，且科學研究方法環環相扣，構成完整的體系，讓學生向孟德爾學習，努力提升歸納和概括知識的能力；通過講解孟德爾的思路和操作，使學生獲得運用假說演繹法分析、解決實際問題的能力。其次，教師要通過講解孟德爾利用數學統計學發現F2的分離比接近3∶1，引導學生理解孟德爾的整個研究過程實質上是利用了頻率的穩定性，建立數學模型，揭示統計結果背后的遺傳規律[4]，讓學生明白數學函數可以預測現象、揭示規律，感受數學與生物學科相互融合、相

互促進的過程。最后，教師要讓學生明白科學研究的一般規律，了解從一對到多對、從簡單到復雜的過程。

3.2 提高學生的科學探究能力

孟德爾對分離現象的解釋雖然在邏輯上環環相扣、十分嚴謹，但最終還是要用科學實驗加以驗證才能得出正確結論，教師通過介紹這一探究過程，讓學生感受在實踐中尋求真理的科學探究精神。通過對實驗的講解和開展“性狀分離比的模擬”實驗，可以很好地提高學生的科學探究能力。

3.3 培養學生的社會責任感

教師可通過講解孟德爾潛心研究得出遺傳定律，直至去世都沒有得到世人認可的艱辛經歷，告誡學生人生不會事事如意，堅持初心、勇往直前才是人生常態；通過介紹孟德爾大膽假設、推陳出新的科學研究歷程，鼓勵學生永遠都要有大膽創新、勇于探索的精神。

3.4 培養學生的情感態度價值觀

教師可通過孟德爾多年的實驗經歷引導學生體味科學家“十年磨一劍”的恒心，教育學生堅持才能取得勝利；通過給學生講解實驗過程中各種大量而煩瑣的實驗操作，引導學生體會科學家為了探索未知不厭其煩、不辭辛勞的精神，教育學生學習也要不怕麻煩、吃苦耐勞；介紹孟德爾用豌豆做實驗材料前曾花多年時間研究山柳菊卻一無所獲，但他并未放棄，而是用鍥而不舍的精神、熱愛科學的態度、迎難而上的勇氣推陳出新，才推翻了神創論、融合遺傳等偽科學，最終揭示遺傳的奧秘，并創建遺傳學的過程。

新課標提出要培養學生終生學習和發展的能力，要培養學生的生物學科核心素養[5]。因此，教師應該改變教學模式，發揮好引導的作用，而應用HPS教學模式不僅能完成知識目標，還能讓學生在求知欲的催動下積極主動地思考和學習，最終激發出學生探索科學的熱情，并在此過程中向學生介紹生命觀念、社會責任和正確的價值觀，培養學生的理性思維、科學探究能力，使學生感受到科學知識背后永恒的人文關懷，進而培養學生生物學科核心素養，最終幫助學生實現深度學習。