HPS教學模式與情境教學整合的高中生物學教學設計研究

黃晨葦 鐘小梅

摘 要：在高中生物學課堂上，HPS的教學模式和情境教學都是比較普遍的教學方法，HPS教學模式可以幫助學生更好地了解學科的實質，提升學生的科學素養。文章以“能量之源——光與光合作用”模塊為實例，對將HPS教學模式與情境教學相結合的高中生物教學，進行了深入的探討和分析，提出了在高中生物教學中如何將HPS教學模式與情境教學相結合，為未來在國內的生物教學中實現HPS教學模式與情境教學相結合的新型教學模式提供可供參考的建議。

關鍵詞：HPS教學；情境教學；高中生物

根據2016年出臺的《中國學生發展核心素養》，在開展生物學的課程教學時，應體現出學生的科學素養、科學精神、科學思維，以滿足學生的自主發展的學習能力、健康的生活理念。教師基于科學的方法開展教學活動，不僅可以引導學生對學科核心概念進行深刻的理解，還可以培養學生科學論證的能力，使學生在科學探索的過程中，不斷地發展自己的科學思維，掌握生物學發展的規律。通過“少而精”的課堂教學，更好地對學生的創新能力進行培養，為學生的持續全面發展提供強大的支持。從20世紀90年代至今，隨著技術的不斷進步，知識的不斷更新，以科學史、科學哲學、科學社會學為主的HPS教學，已成了當今國際科教界研究的主流方向。在中國的科學課程中，一般采用化學史、HPS教學、生物科學史、翻轉課堂、情境教學等方式，對學生的科學本質觀展開實際研究[1]。“能量之源——光與光合作用”是人教版高中生物教材必修1第五章第四節第二課時的內容，在新課程標準下，把HPS教學模式與情境教學結合起來，可從兩個角度促進高中生物課程教學的實施。筆者以“光和光合作用”為實例，在HPS教學模式與情境教學相結合的基礎上，探討高中生物學的教學設計。

一、HPS與情境教學模式的研究概述

（一）HPS教學

HPS教學一詞源自德國學者馬赫，他從科學史、科學哲學和科學社會學這三個新角度出發進行科學的教學[2]。在對科學史敘述的過程中，可以將各個學科間相關的事件與科學發現、成果聯系在一起，歸納和總結使其成為一種系統化的知識。HPS教學策略是指在進行教學的時候，應該把HPS當作是教學的指導思想，在教學模式上采取HPS的一般模式，將HPS融入課程實施的每個環節[3]。

（二）情境教學

“情境”是指個人采取某些動作時所處的社會性環境，亦可解釋成個人采取這種行為時的具體條件[4]。從認知觀點來說，情境就是開展認知活動的行為，構建情緒的氛圍。從教學的視角來說，“情境”是一種由教師營造出來，對課堂的教學有重要影響的氛圍條件[5]。情境教學是在課堂中創造出知識生成和發展的具體氛圍，有意識激發學生內在情感、態度和動機，幫助學生獲得知識、培養能力的教學方法[6]。

二、基于HPS教學模式與情境教學整合的教學設計——“能量之源——光與光合作用”

（一）關注學生思維

伴隨著HPS教學模式與情境教學整合模式的開展，學生思維活動處于動態的過程，他們的學習經歷、科學理念和實驗檢驗在持續變化，按照科學家的思維方式展開探索[7]。但學生與科學家的思維方式存在著巨大的差別。所以，在進行課堂教學的過程中，教師要關注學生的思維方式和思維活動，要進行主動指導，要多角度地為他們提供有利的環境，要將學生行為與他們所處的教學環境相結合，要突出學生在學習過程中的主體地位。在教師幫助下，學生有獨立探索和指導的機會，可以用自己的社會生活經歷，對生活現象進行剖析，增強學生發現和解決問題的意識和能力。

（二）利用多樣情境化教學

在傳統的高中生物學情境教學中，情境的呈現方式比較簡單，這會讓學生感到枯燥無味，難以引起他們的興趣，會影響他們的學習熱情和主動性。在HPS教學模式與情境教學整合模式的高中生物學課堂上，教師可以從生物學知識、生物學實驗、生活事例、信息技術、生物學史等角度，通過使用語言文字以及圖畫、視頻、模型等多種形式，快速高效地創設生物學教學情境，豐富課堂中的知識信息量，提升課堂的效率。除此之外，這些圖、文、聲并茂的教學情境，還能讓情境變得更加生動，降低學習難度，讓學生從暫時的學習興趣轉變為持久的探究熱情。

（三）采取多元化活動形式

可以采取各種不同的有效活動方式，使用頭腦風暴、師生問答、思維導圖、概念圖、聯想等方式，調動學生的創造力，激勵學生勇敢地說出自己的想法，提出更多的想法。在整個教學過程中，主張以小組為單元，通過討論交流和分組實驗等方式，來提高學生的交流與協作能力。在“回顧與總結”的最后一階段，學生可以通過小組匯報的方式展開回顧和評估，全面概括科學家的科學方法、思維方式和科學精神等，讓學生對科學探索的過程和科學理念發展有更深入的了解。

三、設計教學案例：光合作用的探索歷程

（一）教材分析

光合作用的探究過程，是在人教版高中生物必修一第五章第四節《能量之源——光與光合作用》中進行的，主要的學習過程包含了“捕獲光能的色素和結構”和“光合作用的原理及應用”兩個部分。這一部分內容從七年級上學期第五章第一節就開始了初步學習，高中階段更深入地探索光合作用的發展的一系列經典實驗。

（二）學情分析

在高中階段，學生對基本的光合作用理論知識都有初步的認識，但對光合作用概念的理解并不完整。在高中階段，剛開始學習“探究酵母菌的呼吸的方式”，學生對探究性實驗有了基本的認知，但是還不能完整地理解探究性實驗的原理、步驟及方法。在第三章第一節還學習了光合作用的重要場所——細胞器，還對葉綠體的基本結構有一定的了解，但是學生的注意力會有所降低。所以，要把HPS教學模式和情境教學結合起來，這樣才能將學生的學習熱情調動起來。

（三）教學目標

第一，以HPS教學模式與情境教學為基礎，通過研究與光合作用有關的實驗史，提高信息提取能力，培養比較、抽象和概括的能力；以文字、圖示、模型的形式呈現光合作用的內涵，發現了光合作用科學實質的規律。

第二，在HPS教學模式與情境教學結合的基礎上，在探索有關光合作用的科學史資料之后，讓學生了解科學家的思維方式和方法，可以根據自己所學到的實驗原理進行實驗設計和實驗探究。

（四）教學過程

1.借助多媒體演示現象導入新課播放植物大戰僵尸游戲的視頻。

提問：在玩植物大戰僵尸游戲的開始為什么要種向日葵呢？

生：向日葵能夠產生能量。

提問：向日葵為什么能夠產生能量呢？

生：向日葵能夠進行光合作用。

師：大家在初中都學了光合作用，對光合作用有了初步的認識。向日葵的成長所需的能量和物質從何而來？讓我們跟著科學家的足跡，一同探尋光合作用的研究之路！

設計意圖：用學生現有的生活經驗、原有的生物學知識、生活中熟悉或關注的生物學實例，來作為課堂教學的引入，用教師充滿感染力的敘述和一系列直觀的游戲動畫展現出來，激發學生的回憶、期待和聯想到其中的奧妙，激發學生的好奇心，讓學生充滿了好奇，去探索未知。

2.根據光合作用發展的科學史，通過時間軸的順序學習歷史實驗

（1）亞里士多德是公元前三世紀的哲學家、思想家、科學家，曾提出假說，土壤的減輕重量與植株重量的增長是等同的。

師：探究實驗的科學原理就是要通過實驗來證實，亞里士多德因為受歷史條件的制約，沒有經過實驗來證實，所以他的看法未必就是對的，所以他提出的結論只是一個假說。

（2）為了證明亞里士多德的假說，海爾蒙特在1640年做了關于柳樹增重的實驗，教師通過講述關于柳樹增重的實驗，通過對實驗前和實驗后的柳樹與土壤的重量進行比較，得出結論，那就是光合作用必須要有水和土壤中的養分才能進行，不過海爾蒙特沒有考慮到空氣、光照等因素。

師：只要有水，有土壤，就可以進行光合作用了嗎？植物的生長與空氣有什么聯系嗎？

（3）英國科學家普里斯特利在1771年，設計了關于小白鼠的實驗，他把一只老鼠和一支剛剛被點亮的蠟燭，放在封閉的玻璃容器中，很快，燭火熄滅，白鼠死去。再把一株植物和一支蠟燭放進密封的玻璃容器中，植物能存活很長時間，而且燭火不會熄滅。其次，把一株花草與一只小白鼠置于相同密封的玻璃容器中，花草和小白鼠都能活得很好。實驗結果表明，植物更新空氣。

師：這個實驗有時成功，有時失敗，它忽略了什么呢？

生：光照。

（4）1779年，英格豪斯對普里斯特利的實驗反復進行了500次，所有實驗都是：在太陽底下進行的成功了，而在黑暗處進行的則是以失敗告終。因此認為，只要有太陽照射，植物可以更新空氣。

師：植物吸收和釋放的氣體究竟是什么？

（5）1864年，德國科學家薩克斯進行過一次重要的實驗，那就是將天竺葵花放在了黑暗處，這樣可以讓葉子上積累的有機物消耗，避免對后面的實驗造成影響。然后將樹葉的一端暴露在陽光下，一端用錫箔蓋住，然后將樹葉放在酒精中脫色，最后將天竺葵的樹葉放在碘伏蒸汽中進行溶液處理。結果，曝光的部位會呈現出深藍顏色，而被遮擋的部位就不顯示。實驗中證實了淀粉是由光合作用產生的物質之一。

師：植物光合作用的原料是什么？

（6）1948年，美國的卡爾文就利用C14做了同位素標記，將二氧化碳在生物體內的運動進行了跟蹤，最終形成了“卡爾文循環”。這是一種很復雜的化學反應，就像我們現在所知道的光合作用那樣。

師：卡爾文循環還會繼續發展嗎？

生：會，因為科學是不斷被更新、被細化的過程。

（五）教學評價

通過對本節案例的分析，得出了一些結論，指出不足之處。第一，這一節課程中，科學史的實驗比較復雜，而且很難進行分析，如果采用歸納和講解的方式，就會對一些基礎較差的學生顧及不到；第二，這節課程的知識點很多，所以在最后知識講解沒有詳細說明，需要重新規劃課程教學的時間；第三，在實驗的設計方面，還存在著一定的不足，需要對學生進行深入的分析、表述、推理等方面的訓練。

四、結論及建議

（一）結論

本文通過對有關資料的分析，探討了HPS教學模式與情境教學的結合原則，對兩者的整合進行分析。以“光合作用”模塊為例，建立和更新教學素材，在此基礎上結合HPS教學模式與情境教學的方法，開展具體的教學實踐。最后總結認為：在HPS教學模式與情境教學整合的基礎上，進行高中生物的教學設計，不僅可以充分提升學生科學素養，還可以激發教師進行教學設計的創新意識。通過不斷地探索、研究、實踐、反思，不斷地完善HPS教學模式與情境教學模式，以HPS教學模式與情境教學整合為基礎的教學設計，必將會逐步地在自然科學的領域中顯現出優越性，充分地將HPS教學模式與情境教學設計的價值展現出來，為科學教學的發展開辟出全新的發展之路。

（二）建議

一是要強化對高中生物教學的師資培養，將HPS教學模式與情境教學相結合，對高中生物教學的實施成效進行評價。生物是一門自然科學學科，它要求教師對課程內容準確把握，形成系統完整的生物學科知識體系和邏輯結構[8]。要想把生物學的教學落實下去，就必須要有教師對HPS教學模式與情境教學的相關原理進行深入學習和創新運用，在持續的教學改革過程中，也要加強自己的業務素質和利用信息技術，把教育技術和情境素材相結合，從教學的現實需求出發，選擇合適的情境素材，利用智能的技術手段，為學生創建容易理解知識和調動情緒的高中生物學課堂情境。

二是關注學生的多樣化發展。《普通高中生物學課程標準》指出，要以學生的需要為中心，注重學生的主體意識和多樣化發展。為了將高中生物學課程標準中的教育內容貫徹到底，提高學生的生物學習效率，教師必須要對教育理念和教育方法展開變革，將重點放在對學生進行多元化培養上。以歷史作為主線，將科研的方法作為輔線，對相關專題進行恰當教學目標的設置。教師可以對學生的批判性思維和科學實質觀的培養進行全面的規劃，但是因為受到了教育條件和時間等影響，所以在一次課程中并不需要太多地涉獵與之有關的知識，可以以學生的特征為依據，著重對他們在其中一個或幾個方面的素質進行重點培養。

參考文獻

[1]王本艷，姚寶駿.應用HPS教學模式促進學生自主構建科學本質觀的教學設計例談[J].中學生物教學，2016（10）：4-6.

[2]胡有紅.HPS教學模式在高中生物教學中的應用[J].中學生物學，2012（5）：18-20.

[3]任曉虹.情境教學在高中生物學中培養學生社會責任的實踐研究[D].廣州：廣州大學，2019.

[4]張忠國，周明科.創設情境促進學生創新素養的發展[J].中學生物教學，2020（30）：13-15.

[5]汶紫葉.HPS教學策略在高中生物學教學設計中的應用研究[D].延安：延安大學，2019.

[6]朱旺.初中思想品德課情境教學實效性研

究[D].長沙：湖南師范大學，2014.

[7]任正盼.基于HPS教學模式與情境教學整合的高中化學教學設計研究[D].新鄉：河南師范大學，2018.

[8]李洋.新課標背景下高中生物學課堂活動教學的應用研究[D].哈爾濱：哈爾濱師范學，2019.