高中化学HPS教学模式实验设计

周 青,刘 洋 ,魏 俊 超

(1 陕西师范大学 化学化工学院，陕西 西安 710062；2 西安市东元路学校，陕西 西安 710062)

2009年5月，陕西师范大学开始启动、实施国家985“教师教育优势学科创新平台建设项目”。陕西师范大学教育学院郝文武教授主持的“教师教育理论创新与研究中心建设”项目以教师教育理论和制度创新为终极目标追求，以坚持教师教育理论研究的前沿性与西部教师教育实践紧密结合为原则，紧密结合西部基础教育课程改革的实践，开展理论研究和实践、实验研究。教师教育的理论来源于基础教育实践中所产生的问题。高中化学课程作为我国基础教育课程结构中的重要组成部分，在培养和提高学生的科学素养方面有着不可替代的作用。如何促进高中化学教师专业发展，改进高中化学教学模式，提高高中化学教学质量，促进学生素质的全面发展对于理论与实践两个层面的教师教育研究均有重要意义。

一、HPS教学模式应用于高中化学 教学的意义

HPS(History, Philosophy and Sociology of Science)教学模式是将科学史、科学哲学和科学社会学的有关内容融入中小学理科课程，以期促进学生对科学本质的理解的一种新的教学模式。英美等发达国家对该模式的运用体现在课程与教学计划中。美国在1989年颁布的《2061计划》中的科学素养的标准指出，历史是学生理解“科学工作是怎样进行” 的一种有效途径，科学教科书中应加入科学史的内容。[1]在1996年颁布《国家科学教育标准》中建议教师必需利用科学史事例帮助学生理解科学探究、科学知识的本质和科学与社会之间的相互影响；英国在1988年颁布国家科学课程标准的基础上，先后颁布了5个不同版本的科学标准，其中均强调教师采用的科学探究活动模式应融入科学史、科学哲学和科学社会学的深远影响；[2]澳大利亚、挪威和丹麦等国的课程中，都对HPS的课程与教学有着明确的要求。[3]

已有的研究表明采用HPS教学模式可以促进学生在以下三方面的发展：

1.提升学生的科学本质观。通过HPS教学模式进行教学可以使学生认识到：科学理论的建构过程是一个提出假说，加以验证，最后得出结论的过程；科学知识具有可验证性，科学知识必须建立在证据上，而且可以一再重复地验证；科学具有发展性，即科学知识并非绝对真理，可以被修改甚至被推翻；科学知识与社会和文化有关。[4]因此在教学过程中采用HPS教学模式可以促进学生对科学的理解，激发学生的探究欲望、培养学生的探究精神。

2.提升学生学业成绩。HPS教学模式中所使用的素材有：科学史、科学哲学与科学社会学。这些素材不但能展现概念形成过程，也能为学生提供一个真实的学习情境。情境教学是为了达到既定的教学目标需设计与教学内容相关的场景，激发学生的学习兴趣让学生积极主动地参与学习活动，从而达到最佳教学效果的教学方法。[5]情境教学将结构化后的、以符号为主要载体的书本知识重新“激活”，实现三方面的沟通：书本知识与人类生活世界沟通，与学生经验世界、成长需要沟通，与发现、发展知识的人和历史沟通。[6]因此采用HPS教学模式，也能够帮助学生获取知识，降低学习难度。

3.提高学生的批判性思维。批判性思维是人们对所学知识的真实性、精确性、过程、理论、方法、背景、论据和评价等进行个人的判断，从而对做什么和相信什么做出合理决策的思维认知过程。[7]批判性思维是思维的基本技能，是学习过程的不可分割的组成部分。有研究指出在教学中使用化学史可以培养学生的批判性思维，[8]由此我们不难看出使用HPS教学模式在一定程度上能够提升学生的批判性思维。

《普通高中化学课程标准》要求通过高中化学课程的学习，学生应当对科学的本质有所认识；形成科学的自然观，深刻认识科学、技术和社会之间的关系；形成实事求是、严谨细致的科学态度，具有批判性精神；同时在知识与技能、过程与方法、情感态度价值观三个维度得到发展。HPS教学模式中同时包含了科学史、科学哲学与科学社会学三部分内容，科学史、科学哲学对学生深刻认识科学，形成批判性思维起着至关重要的作用；科学社会学的内容将科学、技术、社会三者有机地联系起来使学生在三维目标上得以全面发展。

基于上述对HPS教学模式应用于高中化学教学中优点的分析，我们认为在高中化学教学中采用HPS教学模式是达成《普通高中化学课程标准》要求，促进学生全面发展的有效途径之一。

目前国内对于该主题研究多在理论层面，研究主要集中在对HPS课程内涵与价值的研究，在实践层面的研究相对薄弱，该层面的研究主要集中生物与物理学科，也有研究对化学学科教学内容做出了相应的教学设计，但是这些教学设计都是个案研究，并未对HPS教学模式在教学中的运用进行系统的研究，并且缺少相应的理论支撑，所以我们无法从现有的教学案例中得出HPS教学模式应用于高中化学教学中的适用性与有效性，以及如何系统地在高中化学教学中运用该模式。

我们的研究旨在基于HPS教学模式对高中化学教学内容做出全面、系统地设计；通过教育实验，分析将HPS教学模式运用于高中化学课堂教学中的适用性与有效性；尝试将HPS模式作为提高高中生科学素养的突破口；通过一线教师采用HPS模式，研究教师的认知结果与教学观是否有所变化。

二、HPS教学模式实验目标

教育理论来源于教育实践和服务、指导教育实践。教育实验是试验性教育实践，既要以教育理论为依据，又是证明、修正和推广教育理论的重要途径。将HPS运用于高中化学的教学实验中有以下具体目标：

1. 形成系列化的、系统的基于HPS教学模式的高中化学教学设计方案，形成HPS教学模式的高中化学教学资源，包括情境素材与PPT；

2. 测查出HPS教学模式与高中化学教学内容的适用性与有效性；

3. 与合作学校(西安市东元路学校)共同开发从初中到高中系列的化学学科HPS教学模式，优化后推广。

4.研究运用HPS教学模式对化学教师专业发展的影响。

三、HPS教学模式实验方案

(一)基于HPS教学模式的教学设计

HPS教学模式有以下几个特点：1.科学史与科学哲学不是仅仅作为一个附加条件而是整合到科学课程和教学活动之中；2.强调学生对科学本质的理解，努力培养学生的科学精神与科学态度；3.促进学生掌握具体的科学知识内容，学生不是处于单纯的接受者的地位，而应通过积极的思考或探究达到对于相关知识的较好理解，包括实现必要的观念转变。[3]

1.实验内容选择

化学学科是与生活、社会联系非常紧密的学科，因此化学学科所涉及的所有内容都是与科学史、科学社会学相关的；HPS教学模式中要使用到科学史、科学哲学和科学社会学的相关素材，也就是说HPS教学模式能适用于高中化学教学的各部分内容。

实验分三阶段：根据实验学校的教学进度，第一阶段选择高中必修一教学内容，第二阶段选择高中必修二及选修四的教学内容，第三阶段为初中化学的教学内容。第一阶段使用的教材为人民教育出版社高中化学必修一，选取两部分内容： 基本概念、基本理论部分和元素化合物部分，共涉及两个主题： 化学物质及其变化、金属及其化合物。

在基本概念与基本理论教学内容部分，我们选择物质的量、气体摩尔体积、离子反应和氧化还原反应四部分内容为HPS教学实践内容，它们分别分布在教材中的第一章第二节《化学计量在实验中的应用》、第二章第二节《离子反应》和第二章第三节《氧化还原反应》。

在元素化合物教学内容部分，我们选择金属化合物部分内容，这部分内容在教材第三章第二节《几种重要的金属化合物》中(见表1)。

表1 人教版必修1各章节内容

2.教学模式

HPS教学模式的教学程序包括以下五个或六个环节：1.提出问题。教师上课开始，给学生演示某一自然现象，学生通过观察现象，由此产生一个需要解决的问题。2.引出观念。教师启发学生就这一自然现象提出自己的观点。可采用“头脑风暴法”(即由发散性思想产生的各种方法)，促使学生各抒己见，提出各种不同的观点。3.学习历史。在这一环节，教师通常采用如下方法：(1)介绍早期科学家关于这一现象的思想与实例，作为学生研究的参照系；(2)列举当时与其不同观点；(3)引导学生讨论或探索这些观念产生的背景、条件，使学生认识到科学认识的时代制约性。4.设计实验。教师将学生分组，要求学生从多种观点(或观念)中选择某种观点，设计实验进行检验。这一环节的作用：(1)使学生意识到对同一自然现象可能有多种不同的解释；(2)学生也可以通过实验检验这些观点(假设)。5.呈现科学观念和实验检验。教师讲解教科书上对这一自然现象的解释，从而为学生实现观念转变提供契机。这一环节还需要学生对自己的观念和解释进行实验检验，由实验现象的观察、资料的收集与整理，最终得出结论，形成科学观念，即实现由原有的错误观念向科学观念的转变。6.总结与评价。通过总结与评价，帮助学生更深刻地理解科学探究的本质、历史上科学家的探究过程和科学观念。[9][10]具体教学流程如下图所示：

图1 HPS教学模式教学流程图

(二)教学实施

在教学设计的基础上，我们选取西安市东元路学校高一年级两个平行班为研究对象，一个为实验班，另一个为对照班。实验班经过一学期HPS教学模式实践，对照班采用传统教学模式。

在与西安市东元路中学的合作计划中，由我们采用HPS教学模式系统地对高中化学内容进行教学设计，在与合作教师讨论后，由合作教师进行课堂干预。本研究总体目标是全面、系统地采用HPS教学模式对高中化学所涉及的基本概念与理论、元素化合物、有机化学、化学实验四部分内容进行教学设计，从教师与学生两方面检验HPS教学模式在高中化学教学中的适用性与有效性。

(三)实施效果评价

学生方面：分别从科学本质观、批判性思维、学业水平三个维度对学生进行测查。研究工具：对学生科学本质观的测查采用科学本质问卷；批判性思维的测查采用《加利福尼亚批判性思维倾向问卷》(简称CCTDI)和《加利福尼亚批判性思维技能测验》(简称CCTST)中文修订版；学业水平的测查采用西安市东元路学校四次考试试题对HPS教学模式运用于教学中的效果进行检测。

教师方面：在合作教师采用HPS教学模式后，对合作教师的认知结构进行测查，研究工具为词语联想法问卷。

[参考文献]

[1] 蔡铁权. 物理教学从论——基础教育课程改革视野下的中学物理教学[M]. 北京: 科学出版社, 2005.

[2] 陈彦芬, 高秀岭. 英国国家科学课程标准中的科学探究[J]. 上海教育科研, 2005(6)：33-36.

[3] 丁邦平. 科学元勘与科学教学改革的两种模式[J]. 全球教育展望, 2001(11)：49-54.

[4] 袁维新. 国外关于科学本质教学的研究[J]. 比较教育研究，2009(1)：7-12.

[5] 韦志成. 语文教学情境论[M]. 南宁: 广西教育出版社, 1996.

[6] 毕华林. 化学教学设计论[M]. 济南: 山东教育出版社, 2004.

[7] 王祖浩，等. 化学教育心理学[M].南宁：广西教育出版社, 2007.

[8] 相佃国. 中学化学教学中批判性思维研究[J]. 化学教育, 2005(7)：32-36.

[9] 李君玉. HPS教育融入中学科学教育[J]. 教学月刊：中学版, 2007(9)：8-10.

[10] 李富强, 冯爽. HPS教育视野中的“自由落体运动”课堂教学设计[J]. 物理教学探讨, 2006(24)：15-16.