HPS模式下的“植物的生長變化”教學

〔摘" "要〕" 文章首先對HPS模式的概念、特點和教學模式進行分析，并以教科版科學四年級下冊“植物的生長變化”單元為例，對HPS模式在該課程教學中的應用方法加以闡述，主要包括現象演示、引出概念、歷史回顧、設計實驗、實驗檢驗以及總結評價等方式；對植物生長中的光合作用現象進行分析，力求通過對案例的實踐和探討，讓學生更好地了解科學真諦。

〔關鍵詞〕" 小學科學；HPS模式；實踐探索

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " "〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）" 07" " 079-081

小學科學新課程標準的提出對小學科學教育及課程實施提供了具體導向。小學科學教師可以在新課程標準的指引下，提高學生的科學素養，幫助學生更好地學習科學、理解科學、探究科學。而HPS教學模式的提出和應用，與新課程標準在培養學生核心素養方面的要求不謀而合。HPS教學模式很大程度上順應了我國課程與教學改革的新趨勢，極大地提高了學生的核心素養。通過將HPS模式引入小學科學課程教學中，師生共同探索科學奧秘，提高了學生的探索與動手能力。

一、HPS模式概述

（一）概念

HPS教育是英國學者奧斯本提出的，將科學史、科學哲學、科學社會學三大領域融合起來，小學生在HPS教學模式下能夠更好地理解科學本質。將HPS教學模式與小學科學教學相結合，可在科學課堂教學中提高學生的探索精神、創新精神，充分發揮學生的想象力。HPS模式是在建構主義的基礎上產生的，學生在HPS模式下擁有充足的時空構建自己獨特的認知結構，在構建過程中發展自己的創造力。科學史內容涉及科學結論產生、發展背景、歷程等多個方面，以學生主動建構知識為中心，其在小學科學教學中得到廣泛應用，有助于學生實現知識、情感、態度與價值觀的協調統一。

（二）主要特點

HPS教育模式的特點較多，具體可以歸納為：當前科學理論與科學史能夠相互融合統一；在科學教學中引導學生發現問題、提出問題、分析問題、解決問題，幫助學生具備遇到問題自主探究的能力，發展學生解決問題和創新思維的能力；學生是學習的主體，充分發揮學生的主觀能動性，鼓勵其主動學習和構建知識；拉近學生與科學家的距離，引導學生正確認識科學家，明白科學家也是通過不斷實驗、糾錯從而得到正確的結論；學生通過開展探究活動，實現觀念轉變，形成正確的科學觀念。

（三）教學模式

該模式作為特色教學的重要內容，在使用時應滿足前提條件，即所選課題必須是科學史上某一科學家研究過的自然現象。在該模式下的教學程序包括如下。

現象演示：上課一開始，教師便為學生演示某種自然現象，學生通過對自然現象的觀察，形成疑問，例如，為何植物的莖具有向光性？值得注意的是，起初為學生展示的這一自然現象必須是以往某一學者研究過的現象，這樣不但能夠激發學生的求知欲，還能夠促使學生在原有科學研究的基礎上，充分利用科學史資源進行深入探究。

引出概念：在現象演示之后，由教師針對這一自然現象對學生進行啟發，并鼓勵學生說說自己的看法。為了鼓勵學生大膽地提出想法與觀點，可采用頭腦風暴的方式，也就是讓學生充分發揮發散思維的作用，暢所欲言，提出更多新穎獨特的想法。

歷史回顧：在這一環節中，教師對以往專家開展的實驗進行闡述，說出當時其他學者對此持有的不同觀點；啟發學生對上述觀念的形成背景、條件進行探索，使其充分認識到歷史的重要性。通過回顧歷史，使學生對科學史有一定的了解，并且能夠身臨其境般地對科學家的觀點進行深入思考。

設計實驗：教師將班級學生劃分為多個學習小組，每個學習小組選擇一種觀念進行實驗，開展真正的實驗探究加以檢驗。學生通過探究過程，可培養自己的探究能力和創造能力。學生通過自身實驗，逐漸理解同一自然現象可以產生多個觀念及解釋，加深理解與記憶。

實驗檢驗：教師根據課本內容，對當前的科學觀念進行檢驗，也就是根據書本知識對探究的自然現象進行解釋，幫助學生轉變觀念。在這一環節中，需要學生對自己的觀念進行實驗檢驗，最終得出結論，形成科學的觀念，糾正錯誤認識。

總結評價：通過最后的總結與評價，使學生深入了解科學奧秘，拉近學生與科學間的距離，從而真正地喜愛這一學科。

二、HPS模式在小學科學教學實踐中的應用

光合作用是生命世界最為關鍵的生理活動，其實質在于物質與能量的交換，對光合作物的發現過程便是對物質與能量變化的探究過程。教科版科學四年級下冊“植物的生長變化”單元，主要講述了植物在光合作用下生根、發芽、長莖、開花結果的過程。本文將在HPS模式下對這一章節的教學實踐內容與方法進行分析和探究。

（一）現象演示

教師將植物光合作用的示意圖展示給學生，并向學生提問：“何為光合作用？”“其本質是什么？”要求他們觀看圖片與視頻后回答問題。在回答之后，教師再次提問：“植物生長所需的養分來自哪里？”“光合作用中的氧氣是如何產生的？”等等，通過設置一系列問題，激發學生的好奇心和探究欲望。

（二）引出概念

當學生對光合作用有了一定了解后，教師可引導學生談一談自己的看法。例如，一些學生認為植物白天在光合作用下吸收CO2，釋放O2，到了晚上進行呼吸，吸入O2，釋放CO2，因此植物在白天不會吸收O2。一些學生認為植物氣孔白天處于閉合狀態，晚上才開啟，因為植物白天需要吸收CO2，而晚上則不需要。還有一些學生認為，由于土壤中的養分不足，所以植物需要光合作用；在光合作用下，植物不但對太陽光進行吸收，還會吸收太陽的熱；用塑料袋將植物套住，袋內出現霧氣，這便是CO2。

（三）歷史回顧

在正式開展實驗之前，教師首先為學生介紹幾個科學史上的著名實驗。例如，恩吉爾曼開展的“葉綠體是光合作用場所”的實驗；范·海爾蒙開展的“植物生長養料從水中獲得”的實驗；薩克斯開展的“綠葉經過光合作用產生淀粉”的實驗；卡門開展的“光合作用釋放的氧氣全部來源于水”的實驗。在實際教學過程中，教師應采用提問的方式，讓學生掌握上述實驗的原理與目標，以及科學家實驗中的巧妙之處。例如，“在薩克斯開展的實驗中，他在實驗正式開展之前，先將綠葉放在暗處，其目的何在？”“在卡門的實驗中，采用同位素標記法的原理為何？恩吉爾曼在實驗中，為何會將臨時裝片放在黑暗環境下？”……其次，引導學生對科學家在光合作用方面的探究實驗加以分析，并對探究過程進行歸納。

（四）開展實驗

充分按照新課標的要求，引導學生自行設計實驗，對自己假設的觀點與科學家的觀點進行驗證。例如，假設CO2是光合作用的主要原料之一；光和葉綠體是光合作用的主要內容；光合作用的產物為淀粉；光合作用可釋放出氧氣；等等。

（五）實驗檢驗

在教師的引導下，學生將理論與實踐相結合，逐漸增加對本節課知識的了解。如若學生個人觀點與當前的科學概念發生沖突，則教師可把握時機，引導學生自行設計實驗，對自己的假設進行檢驗。例如，某學生認為植物白天在光合作用下吸收CO2，釋放O2，在晚上進行呼吸，吸收O2，呼出CO2，因此植物白天不會釋放CO2。對于這一想法，教師可引導學生親自動手實驗：把新鮮的植物綠葉放入錐形瓶中，將瓶內注水，利用彎管與帶有BTB試劑的試管連線。通過觀察可知，瓶內產生的氣體混入BTB試劑后，試劑的顏色發生改變，從原本的藍色變為紅黃色，這主要是綠葉呼吸產生CO2所致。由此可見，植物白天依然呼吸，該同學的假設是錯誤的。

（六）總結評價

在實驗結束后，引導學生對實驗結果進行歸納總結，主要包括：光合作用的要點是什么？在光合作用下還存在什么問題？尤其是要引導學生對科學家在此方面探究的內容、意義與局限性進行深入討論。例如，薩克斯的實驗是否存在不足？應該怎樣改進？等等。學生通過對上述問題的探究，有助于更好地了解植物生長的相關知識，更加深入地理解科學本質所在。

三、HPS教學模式在小學科學中的應用效果與要點

在小學科學教學中，將HPS教學模式引入其中，可將科學史學習與科學理論學習有機結合起來，幫助學生掌握創新思維、學習科學的方法，接受科學精神教育，為科學課程教學注入更多人文因素，為學生在其他知識領域的學習打下堅實基礎。在進行小學科學教學時，應引導學生自己發現問題、提出問題、分析問題、解決問題。學生通過解決問題，既學習了科學知識，還能培養自主探究的能力，加深對“科學是第一生產力”思想的認識。在小學科學教育中引入HPS教學模式，體現了學生在學習中的主體地位，促使學生發揮主觀能動性，在課堂學習中將構建知識、自主學習、合作學習有機融合在一起。科學家們巧妙的實驗讓學生大開眼界，但同樣會使他們認識到科學家也并非完人，在實驗探究中同樣會犯錯誤。教師將HPS模型引入小學科學教學中，可促進小學生在心理、情感、事實上更加貼近科學，能夠身臨其境地感受科學家的思維，從而激發自身的創造能力，有助于形成正確的科學觀念。

HPS教學模式在小學科學教學中應用時，教師應注意以下幾點：一是盡可能地采用與學生現實生活相關的現象，根據小學生的身心特點與日常積累，為其設置生活情境，激發其好奇心，引導學生進行探究，勇敢地探索世界。二是教師應對學生現有知識水平、能力、生活經驗等因素進行綜合分析，根據學生實際情況，由淺入深、由表及里、層層深入地設置情境，科學高效地開展教學。三是HPS教學模式對師生均提出了較高要求，不但要求教師在課前做好充分準備，在日常還應注重對學生學習觀念、學習方法、學習習慣進行培養，才可使課堂教學更具實效性。一旦出現各種理論爭論、思想碰撞時，教師應允許學生持有不同的見解，尊重學生的想法，鼓勵學生嘗試不同的實驗方式，在實踐中尋找真理。

四、結語

HPS教學模式的核心在于加深學生對科學本質的理解，同時培養學生的科學精神與人文氣質。科學的本質并非已經認識的真理，而是探尋真理。通過將HPS教育模式應用到小學科學教學中，學生能夠思考實驗的作用、科學家的認知，并從親身實踐中探索和學習新知識，從而感知科學對社會的影響，得到更多收獲。

參考文獻

[1]陸嵐.HPS教學模式在高中生物教學中的應用研究[D].天津：天津大學，2018.

[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，2017（5）：18-20.

[3]傅秋月，紹興海，鄭美婷，等.基于科學本質的HPS教學實踐：以“關于酶本質的探索”為例[J].廣西教育，2018（14）：108-109.

[4]張霄，丁邦平，吳晗清.HPS模式在化學教學中的實踐與探索：以“原電池”為例[J].化學教育，2017（19）