HPS教學模式融入《變色花》的實踐思考

◇王雅瑜（福建：廈門市集美區英村小學）

一、什么是HPS

HPS是科學史、科學哲學和科學社會學三者內容的融合，即在教育教學中融入有關科學史、科學哲學以及科學社會學的內容，以期提高科學教育的質量。

二、HPS教育現狀

馬赫是國外最早提出HPS 教育理念的科學家，他認為：“沒有任何科學教育可以不重視科學的歷史與哲學。”哈佛大學的科學史教授霍爾頓在《改革物理學教程》一書中大量引用科學史內容，為HPS 教育融入中等教育塑造了典范。20世紀80年代以來，英國的《國家科學課程》、美國的《2061 計劃》及《國家科學教育標準》等都有一個共同的趨勢：將HPS 教育融入科學教育，提高學生對科學本質的認識，提高學生的科學素養。

我國科學教育起步較晚，也沒有龐大、完善的理論作為支撐。同時，對科學史教育作用的理解較為狹隘，停留在激發學生科學興趣以及愛國教育方面，還未涉及科學史對提升學生科學素養方面的積極作用。1999年，廣州大學科學教育研究所魏冰博士在《比較教育研究》第3 期上發表了《科學史、科學哲學和科學教學》一文。他認為，HPS 教育的基本意圖，不但要讓學生學習科學內容，還要讓他們了解科學的本質，而HPS 在科學教學中的作用主要體現在：1.使科學密切聯系個人、倫理、文化和政治因素，從而使科學人文化；2.使課堂教學更富有挑戰性和思考性，從而加強學生的批判性思維技能；3.有助于更全面、準確地理解學科內容。

科學課程要培養的核心素養，主要是指學生在學習科學課程的過程中，逐步形成的適應個人終身發展和社會發展所需要的正確價值觀、必備品格和關鍵能力，是科學課程育人價值的集中體現，包括科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任等方面。新蘇教版小學科學教材中有大量的科學史，作為一種重要的課程資源，對于科學素養培養具有重要作用。新教材中以時間軸為單位，呈現科技發展歷程，但教參對教法及教學目標沒有具體呈現，也很少將科學史教學與理解科學本質、提升科學素養直接關聯，致使科學史教學成為教學的“備選項”。

綜上所述，我們發現，HPS 教育現狀是：1.國外HPS 教育應用較為成熟，國內起步晚，無現成的教學模式可參考；2.HPS 教育應用于課堂教學實踐，多見于中學課程，用于學生對科學本質、科學方法的研究，而應用于小學科學課程的較少，且多是理論上的研究，較少應用于課堂教學實踐中；3.以蘇教版小學科學教材為例，編者對科學史的重視上了一個新的高度，但對教學目標和教學方法無明確要求，廣大教師難以將科學史教育與助力科學素養提升相聯系。

三、HPS教學模式在小學科學課堂的實踐案例

如何開展科學史教育？英國科學教育學者孟克和奧斯本提出了把HPS 融入科學教育的新科學模式，即HPS 教學模式，其程序包括六個環節。下面以《變色花》的教學設計為例，談談HPS教學模式在小學科學課堂中的運用。

（一）演示現象

小學階段，故事對學生具有非常大的吸引力，以科學家波義耳在實驗室不小心把酸性液體濺到紫羅蘭花的故事導入。教師課件出示紫羅蘭花被染色前后，引發學生思考：紫羅蘭花為什么變色？

（二）引出觀點

教師引導學生就看到的現象進行討論，提出自己的觀點。

生甲：可能是花中的某種物質與液體發生了反應。

師：如果你是波義耳，你打算怎么做呢？

生甲：我打算再做一次試試看。

生乙：其他液體也會使花變色嗎？

生丙：試試其他液體是不是也會使花變色。

（三）學習歷史

學生對紫羅蘭花變紅的現象進行思考后，教師繼續回到歷史故事中：波義耳看到紫羅花變色了，她讓助手準備各種酸，把紫羅蘭花分成幾束放進液體中，發現酸性液體都使紫羅蘭花變成紅色了。在這個環節中，教師及時肯定學生甲嚴謹的科學態度，肯定學生乙和學生丙的善于思考。科學史的介紹使學生設身處地體驗了科學家探究與思考的過程。學生甲在這個過程中獲得一種巨大的成就感：原來他的想法和科學家如此相似；學生乙和學生丙在這個過程中思維得到了很好鍛煉。

（四）設計實驗

“我也給大家準備了各種液體，如果你是波義耳，打算怎么來研究這些液體的酸堿性？”讓學生以小組為單位，展開討論與交流，進而引導他們怎樣進行公平實驗：液體一樣多；浸泡時間一樣長。（在具體操作中，紫羅蘭花瓣厚，反應時間長，本節課中的花用牽牛花來替代。）

（五）呈現科學觀念和實驗檢驗

在教學中，我為學生提供了五種液體：白醋、食用堿液體、洗衣粉水、檸檬酸、白開水。學生通過公平實驗，找出液體中能使花變紅色的檸檬酸和白醋，并再次質疑：那么使花變成藍綠色的這些物質呢？沒有變色的物質呢？教師順勢給出堿性物質和中性物質，并讓學生根據液體種類及感官找出這些液體分別是什么。學生在知道食用堿液體和洗衣粉水屬于堿性液體的基礎上，可以根據看、聞以及生活經驗，找出洗衣粉水，以此推斷出另一種不認識的液體是食用堿液體。充滿挑戰的活動讓學生的思維一直處于活躍狀態。

（六）總結與評價

本節課的知識目標順利完成，學生對酸性液體、堿性液體和中性液體有了大致了解。教師引導學生再回到歷史故事中，新問題又來了：你覺得用花來檢測物質的酸堿性可能會遇到哪些新問題？學生甲：不是花開的季節怎么辦？學生乙：每次檢測前都要先去摘花，特別麻煩。學生考慮得確實都是波義耳考慮的問題，所以后來就有了石蕊試紙、pH 試紙的誕生。課程進行到此環節，學生發現：“人類的需求是一項科學技術發展的關鍵，人類總是對產品不斷改進以適應自己不斷增加的需求。”而這正是我們課標需要去落實的。在談本節課的收獲及學生課后訪談時，我們發現，借助科學史，學生對物質的三種分類還是非常精準到位的。學生課后還想探究還有哪些花可以指示物質的酸堿性，有的學生還想探究人體的糞便是酸性還是堿性。課間，調皮的男生帶著PH 試紙去實驗了。在這個過程中，不論是目標達成還是課堂生成，學生收獲和經歷的科學探究精神，遠比教師預設的豐富，本課的四維目標已經融為一體了。教師在反復備課、磨課中，也有所領悟：雖然《變色花》一課在課標中屬于物質科學領域的內容，但其實涉及科學技術領域的內容，課標中各領域的內容也是可以相輔相成、融會貫通的。

四、HPS教學模式在小學科學課堂的實踐思考

HPS 教學模式將科學史整合成適合學生探究的主題，引導學生沿著科學家的探索思路，領會科學研究的一般方法，領悟科學家的思維發展過程。這對當前小學科學課堂存在的“情境不真”“目的不明”“活動有余、思維不足”等現象是一個很好的彌補。但如何將科學史資料的收集和整合成適合學生開展探究的活動材料，對教師來說有一定的難度，而且HPS 教學模式并非適合所有的小學科學課程教學。那么，HPS教育對于其他非課題成員有什么借鑒意義呢？我認為至少有以下兩點。

（一）科學閱讀是提升學生素養的有效途徑

國際上普遍將科學素養概括為三個組成部分：了解科學知識；了解科學的研究過程和方法；了解科學技術對社會和個人所產生的影響。科學閱讀是有效提高學生科學素養方法之一。當今閱讀存在以下幾種現象：首先，閱讀范圍存在“重文輕理”的現象，科普類書籍閱讀普遍偏少，在女生當中尤為明顯。無閱讀，不積累，更無從談思維的培養。其次，廣大一線科學教師并未能有效指導學生對課內閱讀資料進行圈點勾畫做批注等，質疑性閱讀、求解性閱讀、比較性閱讀等的落實更是無從談起。最后，教師雖然引導學生關注科學時事，但更多的只是開拓其眼界，并未將現今科學家的工作與認識科學本質、提升科學素養相關聯。因此，作為一線小學科學教師，在當前國測、省測的背景下，應該考慮將有效科學閱讀與提升學生素養更好地結合。

（二）科學教師的史哲素養是科學課程實施的關鍵因素

在當前的評定體制下，教師的教學方法和教學策略仍然側重于知識的傳授，學生難以感受科學發展的過程以及科學的態度和價值觀。教師“不同的科學觀必然反映在課程和教學中，直接影響著教育改革的成效和教學質量”。首先，教師要進行必要的科學史哲素養學習，樹立正確的科學教學觀。這種科學觀不再將科學和科學知識的“客觀性”完全否定。“它承認科學知識具有暫定性，并不斷變化；科學家的工作是尋找證據解決分歧”。教師基于以上認知，教學工作也會由知識的傳授轉向如何利用科學史幫助學生成長。其次，必要的科學史、哲學學習有助于預測學生的前概念，以協助教學的設計。如，“眼睛放出光線而看到物體”“白色是純的、無色的光”等理論，也是學生在學習過程中根深蒂固的觀念，教師可以抓住這些概念迷失，“對癥下藥”。通過有趣的歷史題材，還原科學家在當時環境下的探究過程，在一定程度上可以提高學生學習的興趣。學生會發現，原來自己的想法也是科學家曾經的想法，而科學家的思維方法和探究方法也會潛移默化地影響他們。在教學中運用這些歷史題材，引導學生自主建構知識，遠比單一重復記憶、背誦科學知識效果要好得多。