基于HPS理念培养高中生科学思维的分析

胡冠华 李咏兰

【摘 要】近年来，有关HPS教育理念的研究越来越多，得到了越来越多的重视。《普通高中生物学课程标准》提出科学思维是生物学学科核心素养之一。本文从HPS教育理念的角度，以科学史为载体，科学哲学为观点，科学社会学为背景，“细胞学说”“自然选择与适应的形成”“胰岛素的发现”为例，探讨如何利用HPS教育来培养学生的科学思维。

【关键词】科学史;科学哲学;科学思维

1.HPS理念和科学思维简介

HPS（history、philosophy & sociology of science）教育是指基于科学史、科学哲学、科学社会学的教学模式[1]。科学史即科学家探索科学的历史;科学哲学指用哲学的观点探讨科学本质;科学社会学是科学产生的社会背景，并将科学应用于实践，同社会联系起来。一开始有学者提出将科学史融入教学，后来逐步加入了哲学思想和社会学观点，形成了HPS。我国在《普通高中生物学课程标准（2017年版，2020年修订）》中，明确提出了要注重科学史的学习。

科学思维是生物学学科核心素养之一，它是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力[2]。科学思维的形成不是一蹴而就的，需要教师在日常的教学中利用好教学资源，引导学生养成科学看待问题的习惯，将归纳概括、批判性思维等融入到课堂中去。

2.基于HPS理念培养科学思维的必要性分析

在实际教学工作中，教师注重学生对知识点的掌握，这对培养学生的科学思维和学生对于科学本质的认识是有限的。近年来考试的题目不再是简单的知识点记忆，而是需要学生运用能力解决问题，这要求学生形成一定的科学思维能力，将学到的知识迁移、应用，这也要求广大教师要深刻理解科学本质、把科学本质渗透到教学中去[3]。教学中融入HPS理念，利用科学史作为材料，科学哲学帮助学生认识科学本质，形成正确的科学观，能够运用批判性思维识别生活中的伪科学，有创新意识，把学到的知识应用于实践，从而和科学社会学相联系。当学生获得了科学思维能力，学生就拥有了科学思考的方法，在做综合题目尤其是探究类的题目时，即便有些知识在课本中没有涉及，但是学生根据科学的思考方法和题目中所给出的信息，就能将题目答对。最重要的是，学生形成的科学思维，会对其以后的生活和工作产生积极影响。

3.基于HPS理念培养科学思维的案例分析

3.1细胞学说

细胞学说的建立是高中生物教材正文中的第一个HPS材料。以细胞学说的研究史为主线，归纳概括的方法为哲学思想，以当时的科学技术为社会背景来介绍。在显微镜发明之前，教材以宏观到微观的视角阐述了解剖学家从器官到组织的探究历程，在显微镜发明之后人们才有了发现细胞的技术手段。此时教师要向学生点明这一阶段主要受到了技术手段的影响，这是其中蕴含的科学社会学。此后虽然有了显微镜，观察到了植物细胞等，但是由于没有及时的归纳推理，导致细胞学说的建立延误了一百多年。这时教师向同学们展示植物的各种细胞图片，引导学生从现象的多样性归纳出结论的统一性，尝试提出施莱登的植物细胞学说。由此引申动物细胞是否符合这一学说，二者有何共性？继而导出施旺的结论。在这一过程中将归纳的思维方法融入到了教学中，学生经历科学家的探究过程，感受到了从具体的事实得出一般结论的思维过程，从而明白科学研究不仅仅是通过观察发现问题、解决问题的过程，还要求我们对很多的现象、结论进行归纳推理，要合理运用科学研究方法，否则我们可能就错过了重大的发现，这就融入了科学哲学。在细胞是如何产生的这个问题上，从施莱登认为新细胞是从老细胞上面长出来的最后到魏尔肖总结得出结论，再一次证明了归纳法对科学学说的重要影响。纵观整个细胞学说的建立过程，批判性思维的运用也是必不可少的，科学结论的得出不是居功于一人，在前人的探索的基础上，后面的科学家经过不断的思考、修正得出了结论，渗透科学是不断发展的哲学思想。

3.2自然选择与适应的形成

高中生物必修二第六章第二节自然选择与适应的形成的正文部分，详细介绍了拉马克的用进废退学说和达尔文的自然选择学说。教师可以让学生提前预习这部分内容，搜集资料，分成两大组，一组代表支持拉马克，一组代表支持达尔文，两组展开辩论，说出支持的理由和反驳对方的理由，在这个过程中培养学生的批判性思维。最后由教师带领学生一起总结拉马克学说的进步意义以及局限性，明确达尔文的自然选择学说是正确的，并介绍当时的社会背景和技术条件，其学说存在局限性，后来形成了完备的现代生物进化理论，引导学生从科学哲学的角度明白科学成果不是永恒的。教师在引导学生学习达尔文学说的过程中，利用好教材给出的模型，不要直接给学生，要从事实到推论一步一步建立模型，教师给出第一步，学生合作讨论完成第二步，逐步在脑海里建立模型，对达尔文的自然选择学说逐渐内化并能对进化现象做出解释，形成一定的建模思维。

3.3胰岛素的发现

“胰岛素的发现”是人教版选择性必修1第三章第一节激素与内分泌系统思考讨论的内容。针对这一部分内容的教学，可以让学生代入科学家的角色，沿着科学家的研究路线发现问题、解决问题。结合布鲁纳的认知发现学说，先给学生创设情境：你在胰腺组织附近发现了一群岛状细胞，给它们起名为胰岛，发现如果把胰腺摘除后狗会得糖尿病，这是为什么呢？此时教师引导学生做出猜想并提出假说，由此将假说演绎的科学思维融入教学过程中。该怎么验证假说呢？教师以学生提出的假说为例，引导学生设计方案进行验证，对于结果产生的原因可以让学生以小组合作的方式讨论并给出适当提示。最后总结该实验所运用到的科学研究方法，该方法的思路是什么。如果没有得到预期效果时，教师要融入科学哲学的方法，告知学生重复实验或反思实验步骤找出问题，培养批判性思维，不能弄虚作假，形成正确的科学观。启发学生思考如何大量生产胰岛素治疗糖尿病，培养创新性思维，从而将科学和社会结合起来。

4.小结

综上所述，生物教材中有很多的HPS材料，有些材料在正文中，有些材料位于思考討论等栏目中。结合教学重难点、有取舍地灵活运用这些材料，把科学史作为载体、渗透哲学思想、同社会实践联系起来进行探索、分析，学生掌握一定的科学研究方法，形成一定的科学思维，用这种方法和思维解决实际中的问题，对以后的工作和生活都是大有裨益的。

参考文献：

[1]吴航枫.HPS教学模式应用于生物学科学史的教学策略初探——以“促胰液素的发现”为例 [J].生物学教学，2020，45（1）：13-15.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）[M].北京：人民教育出版社，2020：5.

[3]刘悦栋.科学哲学对科学教育的影响 [J].教育观察，2013，2（4）：42-43.

作者简介：

胡冠华（1997.9—），女，汉族，内蒙古乌海人，内蒙古师范大学生命科学与技术学院，20级在读研究生，硕士学位，专业：学科教学（生物），研究方向：学科教学（生物）。

（作者单位：内蒙古师范大学）