HPS教学模式融入《变色花》的实践思考

◇王雅瑜（福建：厦门市集美区英村小学）

一、什么是HPS

HPS是科学史、科学哲学和科学社会学三者内容的融合，即在教育教学中融入有关科学史、科学哲学以及科学社会学的内容，以期提高科学教育的质量。

二、HPS教育现状

马赫是国外最早提出HPS 教育理念的科学家，他认为：“没有任何科学教育可以不重视科学的历史与哲学。”哈佛大学的科学史教授霍尔顿在《改革物理学教程》一书中大量引用科学史内容，为HPS 教育融入中等教育塑造了典范。20世纪80年代以来，英国的《国家科学课程》、美国的《2061 计划》及《国家科学教育标准》等都有一个共同的趋势：将HPS 教育融入科学教育，提高学生对科学本质的认识，提高学生的科学素养。

我国科学教育起步较晚，也没有庞大、完善的理论作为支撑。同时，对科学史教育作用的理解较为狭隘，停留在激发学生科学兴趣以及爱国教育方面，还未涉及科学史对提升学生科学素养方面的积极作用。1999年，广州大学科学教育研究所魏冰博士在《比较教育研究》第3 期上发表了《科学史、科学哲学和科学教学》一文。他认为，HPS 教育的基本意图，不但要让学生学习科学内容，还要让他们了解科学的本质，而HPS 在科学教学中的作用主要体现在：1.使科学密切联系个人、伦理、文化和政治因素，从而使科学人文化；2.使课堂教学更富有挑战性和思考性，从而加强学生的批判性思维技能；3.有助于更全面、准确地理解学科内容。

科学课程要培养的核心素养，主要是指学生在学习科学课程的过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展所需要的正确价值观、必备品格和关键能力，是科学课程育人价值的集中体现，包括科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等方面。新苏教版小学科学教材中有大量的科学史，作为一种重要的课程资源，对于科学素养培养具有重要作用。新教材中以时间轴为单位，呈现科技发展历程，但教参对教法及教学目标没有具体呈现，也很少将科学史教学与理解科学本质、提升科学素养直接关联，致使科学史教学成为教学的“备选项”。

综上所述，我们发现，HPS 教育现状是：1.国外HPS 教育应用较为成熟，国内起步晚，无现成的教学模式可参考；2.HPS 教育应用于课堂教学实践，多见于中学课程，用于学生对科学本质、科学方法的研究，而应用于小学科学课程的较少，且多是理论上的研究，较少应用于课堂教学实践中；3.以苏教版小学科学教材为例，编者对科学史的重视上了一个新的高度，但对教学目标和教学方法无明确要求，广大教师难以将科学史教育与助力科学素养提升相联系。

三、HPS教学模式在小学科学课堂的实践案例

如何开展科学史教育？英国科学教育学者孟克和奥斯本提出了把HPS 融入科学教育的新科学模式，即HPS 教学模式，其程序包括六个环节。下面以《变色花》的教学设计为例，谈谈HPS教学模式在小学科学课堂中的运用。

（一）演示现象

小学阶段，故事对学生具有非常大的吸引力，以科学家波义耳在实验室不小心把酸性液体溅到紫罗兰花的故事导入。教师课件出示紫罗兰花被染色前后，引发学生思考：紫罗兰花为什么变色？

（二）引出观点

教师引导学生就看到的现象进行讨论，提出自己的观点。

生甲：可能是花中的某种物质与液体发生了反应。

师：如果你是波义耳，你打算怎么做呢？

生甲：我打算再做一次试试看。

生乙：其他液体也会使花变色吗？

生丙：试试其他液体是不是也会使花变色。

（三）学习历史

学生对紫罗兰花变红的现象进行思考后，教师继续回到历史故事中：波义耳看到紫罗花变色了，她让助手准备各种酸，把紫罗兰花分成几束放进液体中，发现酸性液体都使紫罗兰花变成红色了。在这个环节中，教师及时肯定学生甲严谨的科学态度，肯定学生乙和学生丙的善于思考。科学史的介绍使学生设身处地体验了科学家探究与思考的过程。学生甲在这个过程中获得一种巨大的成就感：原来他的想法和科学家如此相似；学生乙和学生丙在这个过程中思维得到了很好锻炼。

（四）设计实验

“我也给大家准备了各种液体，如果你是波义耳，打算怎么来研究这些液体的酸碱性？”让学生以小组为单位，展开讨论与交流，进而引导他们怎样进行公平实验：液体一样多；浸泡时间一样长。（在具体操作中，紫罗兰花瓣厚，反应时间长，本节课中的花用牵牛花来替代。）

（五）呈现科学观念和实验检验

在教学中，我为学生提供了五种液体：白醋、食用碱液体、洗衣粉水、柠檬酸、白开水。学生通过公平实验，找出液体中能使花变红色的柠檬酸和白醋，并再次质疑：那么使花变成蓝绿色的这些物质呢？没有变色的物质呢？教师顺势给出碱性物质和中性物质，并让学生根据液体种类及感官找出这些液体分别是什么。学生在知道食用碱液体和洗衣粉水属于碱性液体的基础上，可以根据看、闻以及生活经验，找出洗衣粉水，以此推断出另一种不认识的液体是食用碱液体。充满挑战的活动让学生的思维一直处于活跃状态。

（六）总结与评价

本节课的知识目标顺利完成，学生对酸性液体、碱性液体和中性液体有了大致了解。教师引导学生再回到历史故事中，新问题又来了：你觉得用花来检测物质的酸碱性可能会遇到哪些新问题？学生甲：不是花开的季节怎么办？学生乙：每次检测前都要先去摘花，特别麻烦。学生考虑得确实都是波义耳考虑的问题，所以后来就有了石蕊试纸、pH 试纸的诞生。课程进行到此环节，学生发现：“人类的需求是一项科学技术发展的关键，人类总是对产品不断改进以适应自己不断增加的需求。”而这正是我们课标需要去落实的。在谈本节课的收获及学生课后访谈时，我们发现，借助科学史，学生对物质的三种分类还是非常精准到位的。学生课后还想探究还有哪些花可以指示物质的酸碱性，有的学生还想探究人体的粪便是酸性还是碱性。课间，调皮的男生带着PH 试纸去实验了。在这个过程中，不论是目标达成还是课堂生成，学生收获和经历的科学探究精神，远比教师预设的丰富，本课的四维目标已经融为一体了。教师在反复备课、磨课中，也有所领悟：虽然《变色花》一课在课标中属于物质科学领域的内容，但其实涉及科学技术领域的内容，课标中各领域的内容也是可以相辅相成、融会贯通的。

四、HPS教学模式在小学科学课堂的实践思考

HPS 教学模式将科学史整合成适合学生探究的主题，引导学生沿着科学家的探索思路，领会科学研究的一般方法，领悟科学家的思维发展过程。这对当前小学科学课堂存在的“情境不真”“目的不明”“活动有余、思维不足”等现象是一个很好的弥补。但如何将科学史资料的收集和整合成适合学生开展探究的活动材料，对教师来说有一定的难度，而且HPS 教学模式并非适合所有的小学科学课程教学。那么，HPS教育对于其他非课题成员有什么借鉴意义呢？我认为至少有以下两点。

（一）科学阅读是提升学生素养的有效途径

国际上普遍将科学素养概括为三个组成部分：了解科学知识；了解科学的研究过程和方法；了解科学技术对社会和个人所产生的影响。科学阅读是有效提高学生科学素养方法之一。当今阅读存在以下几种现象：首先，阅读范围存在“重文轻理”的现象，科普类书籍阅读普遍偏少，在女生当中尤为明显。无阅读，不积累，更无从谈思维的培养。其次，广大一线科学教师并未能有效指导学生对课内阅读资料进行圈点勾画做批注等，质疑性阅读、求解性阅读、比较性阅读等的落实更是无从谈起。最后，教师虽然引导学生关注科学时事，但更多的只是开拓其眼界，并未将现今科学家的工作与认识科学本质、提升科学素养相关联。因此，作为一线小学科学教师，在当前国测、省测的背景下，应该考虑将有效科学阅读与提升学生素养更好地结合。

（二）科学教师的史哲素养是科学课程实施的关键因素

在当前的评定体制下，教师的教学方法和教学策略仍然侧重于知识的传授，学生难以感受科学发展的过程以及科学的态度和价值观。教师“不同的科学观必然反映在课程和教学中，直接影响着教育改革的成效和教学质量”。首先，教师要进行必要的科学史哲素养学习，树立正确的科学教学观。这种科学观不再将科学和科学知识的“客观性”完全否定。“它承认科学知识具有暂定性，并不断变化；科学家的工作是寻找证据解决分歧”。教师基于以上认知，教学工作也会由知识的传授转向如何利用科学史帮助学生成长。其次，必要的科学史、哲学学习有助于预测学生的前概念，以协助教学的设计。如，“眼睛放出光线而看到物体”“白色是纯的、无色的光”等理论，也是学生在学习过程中根深蒂固的观念，教师可以抓住这些概念迷失，“对症下药”。通过有趣的历史题材，还原科学家在当时环境下的探究过程，在一定程度上可以提高学生学习的兴趣。学生会发现，原来自己的想法也是科学家曾经的想法，而科学家的思维方法和探究方法也会潜移默化地影响他们。在教学中运用这些历史题材，引导学生自主建构知识，远比单一重复记忆、背诵科学知识效果要好得多。