HPS教学模式在培养中学生批判性思维中的应用

黄艺婷 张 锋

(1 福建师范大学生命科学学院 福州 350108； 2 福建省普通教育教学研究室 福州 350003)

1 HPS教学模式有助于培养学生的批判性思维

英国学者孟克和奥斯本在总结科学教育改革的历史经验和教训的基础上，结合建构主义教学观等新观念，提出了把科学史和科学哲学融入科学教学的新模式，即“历史—探究”教学模式(HPS)，该教学模式共包括6个阶段[1]。

1.1 第1阶段： 呈现现象并确定问题 开始上课后，教师首先向学生呈现一个历史上科学家真实发现的自然现象(如植物的向光性、激素的发现等)，以此激发学生的探究兴趣。在呈现现象后，教师引导学生确定现象背后的问题，生成一个值得探究的问题，为后面的探究做好铺垫。

1.2 第2阶段： 引出学生的观念 教师启发学生尽可能地针对第一阶段所提的问题发表自己的观点。这个时候要让学生畅所欲言，鼓励学生大胆地提出自己的观点以及支持自己观点的证据。有研究者发现，新想法的数量和质量是存在一定关系的。因此，在利用批判性思维对不同观点加以判断之前，首先要提出尽可能多的方案，在这阶段教师先不要对学生的观点作任何评价。

1.3 第3阶段： 学习历史 通过多媒体课件、视频和教师口头讲述等形式，向学生介绍历史上的科学家针对此问题提出的不同观点以及支撑其观点的证据，在学生已有观点的基础上再增加不同的“声音”，让学生知道针对同一个问题，不同的人会有不同的观点是正常的现象。通过对历史的学习，让学生走近科学家，真切地体验科学家的科学思维和探究。

1.4 第4阶段： 设计实验 此时课堂上已经存在包括学生的以及科学家的多种观点，教师让学生按照自己支持的观点，选择分组，设计实验证明此观点的正确性。

1.5 第5阶段： 呈现科学观念与证据 在这阶段，教师呈现这一问题的现代科学观念，并提供证实这一观念的实验证据，通过实验获得的证据有助于学生接受科学的观念，支持科学的解释。这时还需要引导学生站在批判性的角度，去看待现代的科学观念与科学知识，即科学知识具有暂定性，现在为大家所认可的科学观念，可能会在未来由于技术的进一步发展和发现而受到挑战与更改。此外，还应鼓励学生在知道自己所支持的观点并非正确的时候，要勇于扬弃，接受科学的观点。

1.6 第6阶段： 总结与评价 教师和学生共同对历史上科学家所做的探究以及科学知识的产生过程进行总结与评价，帮助学生更加深刻地意识到合理运用批判性思维在科学探究中的重要性。

2 HPS教学的应用——以“促胰液素的发现”一节为例

2.1 呈现现象，确定问题 教师先向学生呈现法国著名的实验生理学家克劳德·伯尔纳在1850年发现的现象，即酸性食糜进入小肠后会引起胰腺分泌胰液。接着教师提出疑问： 酸性食糜并没有直接接触胰腺，既然如此，刺激胰腺分泌胰液的信息又是如何从小肠传递到胰腺的呢？

2.2 引出学生的观念 针对上一环节提出的问题，教师给学生足够的时间让他们自由地发表自己的看法。在此之前学生已经学习了神经调节，因此较多的学生会根据已有知识认为胰腺分泌胰液是神经调节的结果，部分学生认为除了神经调节还可能存在着其他的调节方式。此时，教师暂时不要对学生的观点进行点评。教师可先引导学生思考： 如果胰腺分泌胰液是神经调节的结果，那么这一神经调节的反射路径是怎样的？让学生思考后写下反射路径，为后续分析沃泰默的实验做好铺垫。在这一环节教师应让学生明白，对于同一个问题，不同的人会有不同的观点是正常的，而对于观点正确与否的判定不应以个人的主观经验为标准，而应以科学实验所提供的数据作为支撑观点的证据。

2.3 学习历史 19世纪的学术界普遍认为胰液的分泌属于神经调节，小肠神经在胃酸的刺激下产生神经冲动，将兴奋传递给胰腺，促使胰腺分泌胰液[2]。教师可利用多媒体向学生展示历史上科学家对该问题所持的观点，法国学者沃泰默在1901—1902年间做了多次实验来论证这一观点(将沃泰默所做的3组实验呈现在多媒体上(表1)。

表1 沃泰默所做的3组实验

学生通过对这3组实验进行对比分析便可得出，胰液的分泌并不只是神经调节的结果，还存在着其他的调节方式促使胰腺分泌胰液。然而沃泰默却囿于定论，坚持认为胰液的分泌是一个顽固的神经反射，导致这一结果出现的原因是小肠上微小的神经难以完全剔除。此时，教师可让学生表达对于沃泰默作出这一解释的看法，让学生意识到： 当实验结果与自己坚持的观点背道而驰的时候，应该更加深入地寻求真相。

在分析完沃泰默的实验后，教师向学生介绍斯他林和贝利斯在看完沃泰默的论文后所作出的另一种假设： 即小肠粘膜在盐酸的刺激下产生了某种化学物质，这种化学物质随着血液到达胰腺，促使胰腺分泌胰液。

2.4 设计实验 在设计实验环节，学生根据给定的实验材料和仪器，设计实验验证斯他林和贝利斯提出的假设。教师在幻灯片上呈现可供选择的实验材料和仪器，包括发育状况相似的若干条正常小狗、稀盐酸、蒸馏水、砂子、研磨器皿、注射器、小刀、培养皿、试管、过滤工具等。

教师可设置几个问题启发学生的思维： ①如何排除神经的干扰？②如何提取小肠粘膜产生的“化学物质”？学生在教师的引导下可提出实验方案： 用小刀切取小狗的一段小肠，将小肠粘膜刮下放进研磨器皿内，与稀盐酸和砂子混合后磨碎，过滤后制成提取液，再将提取液注射到同一条狗的静脉中，观察胰腺是否分泌胰液。

在学生提出这一方案后，教师再鼓励学生运用批判性思维对这一实验方案进行评价，讨论方案中是否有不足之处。学生根据已有经验，很快便能发现实验中缺少对照实验，实验中制备的提取液中除了假设中的“化学物质”外，还有稀盐酸、细胞内容物等。因此，无法有力地证明胰液的分泌是由于化学物质的作用，还需要增加3组对照组(表2)。

表2 斯他林和贝利斯的补充3组对照实验

2.5 呈现证据和检验 教师呈现当时斯他林和贝利斯做的这一实验的结果，即他们制取的提取液再注入小狗的静脉后会引起胰液的分泌，后来其他研究者也做了对照实验，发现胰腺不分泌胰液，这证明斯他林和贝利斯的假设是正确的。教师再给出这一种化学物质的名称，也就是促胰液素。同时，让学生认识到除了神经调节外，还存在着一种调节方式，也就是激素调节。此外，教师还应引导学生运用批判性思维去看待现代的科学知识与科学观念，让学生明白科学知识具有暂定性，现在广为认可的科学观念在未来也可能会再次受到挑战与更改。

2.6 总结与评价 在最后一阶段，师生共同总结科学知识的产生过程。首先，教师引导学生批判性地对沃泰默的研究进行评价，让学生明白科学家在研究过程中会出现错误是正常的，这是科学发展的必经阶段，有时候一些错误能够为最终的成功奠定基础。就如沃泰默虽然错过了发现真理的机会，但是他的科学思路和研究方法是正确的，这为斯他林和贝利斯提供了研究思路，为他们发现促胰液素奠定了基础。

接着，教师给学生机会谈谈斯他林和贝利斯的成功给他们的启示，通过分析斯他林和贝利斯成功的原因，让学生意识到在科学研究中敢于挑战权威、合理运用批判性思维的重要性。

(*通信作者)