HPS教学模式与情境教学整合的高中生物学教学设计研究

黄晨苇 钟小梅

摘 要：在高中生物学课堂上，HPS的教学模式和情境教学都是比较普遍的教学方法，HPS教学模式可以帮助学生更好地了解学科的实质，提升学生的科学素养。文章以“能量之源——光与光合作用”模块为实例，对将HPS教学模式与情境教学相结合的高中生物教学，进行了深入的探讨和分析，提出了在高中生物教学中如何将HPS教学模式与情境教学相结合，为未来在国内的生物教学中实现HPS教学模式与情境教学相结合的新型教学模式提供可供参考的建议。

关键词：HPS教学；情境教学；高中生物

根據2016年出台的《中国学生发展核心素养》，在开展生物学的课程教学时，应体现出学生的科学素养、科学精神、科学思维，以满足学生的自主发展的学习能力、健康的生活理念。教师基于科学的方法开展教学活动，不仅可以引导学生对学科核心概念进行深刻的理解，还可以培养学生科学论证的能力，使学生在科学探索的过程中，不断地发展自己的科学思维，掌握生物学发展的规律。通过“少而精”的课堂教学，更好地对学生的创新能力进行培养，为学生的持续全面发展提供强大的支持。从20世纪90年代至今，随着技术的不断进步，知识的不断更新，以科学史、科学哲学、科学社会学为主的HPS教学，已成了当今国际科教界研究的主流方向。在中国的科学课程中，一般采用化学史、HPS教学、生物科学史、翻转课堂、情境教学等方式，对学生的科学本质观展开实际研究[1]。“能量之源——光与光合作用”是人教版高中生物教材必修1第五章第四节第二课时的内容，在新课程标准下，把HPS教学模式与情境教学结合起来，可从两个角度促进高中生物课程教学的实施。笔者以“光和光合作用”为实例，在HPS教学模式与情境教学相结合的基础上，探讨高中生物学的教学设计。

一、HPS与情境教学模式的研究概述

（一）HPS教学

HPS教学一词源自德国学者马赫，他从科学史、科学哲学和科学社会学这三个新角度出发进行科学的教学[2]。在对科学史叙述的过程中，可以将各个学科间相关的事件与科学发现、成果联系在一起，归纳和总结使其成为一种系统化的知识。HPS教学策略是指在进行教学的时候，应该把HPS当作是教学的指导思想，在教学模式上采取HPS的一般模式，将HPS融入课程实施的每个环节[3]。

（二）情境教学

“情境”是指个人采取某些动作时所处的社会性环境，亦可解释成个人采取这种行为时的具体条件[4]。从认知观点来说，情境就是开展认知活动的行为，构建情绪的氛围。从教学的视角来说，“情境”是一种由教师营造出来，对课堂的教学有重要影响的氛围条件[5]。情境教学是在课堂中创造出知识生成和发展的具体氛围，有意识激发学生内在情感、态度和动机，帮助学生获得知识、培养能力的教学方法[6]。

二、基于HPS教学模式与情境教学整合的教学设计——“能量之源——光与光合作用”

（一）关注学生思维

伴随着HPS教学模式与情境教学整合模式的开展，学生思维活动处于动态的过程，他们的学习经历、科学理念和实验检验在持续变化，按照科学家的思维方式展开探索[7]。但学生与科学家的思维方式存在着巨大的差别。所以，在进行课堂教学的过程中，教师要关注学生的思维方式和思维活动，要进行主动指导，要多角度地为他们提供有利的环境，要将学生行为与他们所处的教学环境相结合，要突出学生在学习过程中的主体地位。在教师帮助下，学生有独立探索和指导的机会，可以用自己的社会生活经历，对生活现象进行剖析，增强学生发现和解决问题的意识和能力。

（二）利用多样情境化教学

在传统的高中生物学情境教学中，情境的呈现方式比较简单，这会让学生感到枯燥无味，难以引起他们的兴趣，会影响他们的学习热情和主动性。在HPS教学模式与情境教学整合模式的高中生物学课堂上，教师可以从生物学知识、生物学实验、生活事例、信息技术、生物学史等角度，通过使用语言文字以及图画、视频、模型等多种形式，快速高效地创设生物学教学情境，丰富课堂中的知识信息量，提升课堂的效率。除此之外，这些图、文、声并茂的教学情境，还能让情境变得更加生动，降低学习难度，让学生从暂时的学习兴趣转变为持久的探究热情。

（三）采取多元化活动形式

可以采取各种不同的有效活动方式，使用头脑风暴、师生问答、思维导图、概念图、联想等方式，调动学生的创造力，激励学生勇敢地说出自己的想法，提出更多的想法。在整个教学过程中，主张以小组为单元，通过讨论交流和分组实验等方式，来提高学生的交流与协作能力。在“回顾与总结”的最后一阶段，学生可以通过小组汇报的方式展开回顾和评估，全面概括科学家的科学方法、思维方式和科学精神等，让学生对科学探索的过程和科学理念发展有更深入的了解。

三、设计教学案例：光合作用的探索历程

（一）教材分析

光合作用的探究过程，是在人教版高中生物必修一第五章第四节《能量之源——光与光合作用》中进行的，主要的学习过程包含了“捕获光能的色素和结构”和“光合作用的原理及应用”两个部分。这一部分内容从七年级上学期第五章第一节就开始了初步学习，高中阶段更深入地探索光合作用的发展的一系列经典实验。

（二）学情分析

在高中阶段，学生对基本的光合作用理论知识都有初步的认识，但对光合作用概念的理解并不完整。在高中阶段，刚开始学习“探究酵母菌的呼吸的方式”，学生对探究性实验有了基本的认知，但是还不能完整地理解探究性实验的原理、步骤及方法。在第三章第一节还学习了光合作用的重要场所——细胞器，还对叶绿体的基本结构有一定的了解，但是学生的注意力会有所降低。所以，要把HPS教学模式和情境教学结合起来，这样才能将学生的学习热情调动起来。

（三）教学目标

第一，以HPS教学模式与情境教学为基础，通过研究与光合作用有关的实验史，提高信息提取能力，培养比较、抽象和概括的能力；以文字、图示、模型的形式呈现光合作用的内涵，发现了光合作用科学实质的规律。

第二，在HPS教学模式与情境教学结合的基础上，在探索有关光合作用的科学史资料之后，让学生了解科学家的思维方式和方法，可以根据自己所学到的实验原理进行实验设计和实验探究。

（四）教学过程

1.借助多媒体演示现象导入新课播放植物大战僵尸游戏的视频。

提问：在玩植物大战僵尸游戏的开始为什么要种向日葵呢？

生：向日葵能够产生能量。

提问：向日葵为什么能够产生能量呢？

生：向日葵能够进行光合作用。

师：大家在初中都学了光合作用，对光合作用有了初步的认识。向日葵的成长所需的能量和物质从何而来？让我们跟着科学家的足迹，一同探寻光合作用的研究之路！

设计意图：用学生现有的生活经验、原有的生物学知识、生活中熟悉或关注的生物学实例，来作为课堂教学的引入，用教师充满感染力的叙述和一系列直观的游戏动画展现出来，激发学生的回忆、期待和联想到其中的奥妙，激发学生的好奇心，让学生充满了好奇，去探索未知。

2.根据光合作用发展的科学史，通过时间轴的顺序学习历史实验

（1）亚里士多德是公元前三世纪的哲学家、思想家、科学家，曾提出假说，土壤的减轻重量与植株重量的增长是等同的。

师：探究实验的科学原理就是要通过实验来证实，亚里士多德因为受历史条件的制约，没有经过实验来证实，所以他的看法未必就是对的，所以他提出的结论只是一个假说。

（2）为了证明亚里士多德的假说，海尔蒙特在1640年做了关于柳树增重的实验，教师通过讲述关于柳树增重的实验，通过对实验前和实验后的柳树与土壤的重量进行比较，得出结论，那就是光合作用必须要有水和土壤中的养分才能进行，不过海尔蒙特没有考虑到空气、光照等因素。

师：只要有水，有土壤，就可以进行光合作用了吗？植物的生长与空气有什么联系吗？

（3）英国科学家普里斯特利在1771年，设计了关于小白鼠的实验，他把一只老鼠和一支刚刚被点亮的蜡烛，放在封闭的玻璃容器中，很快，烛火熄灭，白鼠死去。再把一株植物和一支蜡烛放进密封的玻璃容器中，植物能存活很长时间，而且烛火不会熄灭。其次，把一株花草与一只小白鼠置于相同密封的玻璃容器中，花草和小白鼠都能活得很好。实验结果表明，植物更新空气。

师：这个实验有时成功，有时失败，它忽略了什么呢？

生：光照。

（4）1779年，英格豪斯对普里斯特利的实验反复进行了500次，所有实验都是：在太阳底下进行的成功了，而在黑暗处进行的则是以失败告终。因此认为，只要有太阳照射，植物可以更新空气。

师：植物吸收和释放的气体究竟是什么？

（5）1864年，德国科学家萨克斯进行过一次重要的实验，那就是将天竺葵花放在了黑暗处，这样可以让叶子上积累的有机物消耗，避免对后面的实验造成影响。然后将树叶的一端暴露在阳光下，一端用锡箔盖住，然后将树叶放在酒精中脱色，最后将天竺葵的树叶放在碘伏蒸汽中进行溶液处理。结果，曝光的部位会呈现出深蓝颜色，而被遮挡的部位就不显示。实验中证实了淀粉是由光合作用产生的物质之一。

师：植物光合作用的原料是什么？

（6）1948年，美国的卡尔文就利用C14做了同位素標记，将二氧化碳在生物体内的运动进行了跟踪，最终形成了“卡尔文循环”。这是一种很复杂的化学反应，就像我们现在所知道的光合作用那样。

师：卡尔文循环还会继续发展吗？

生：会，因为科学是不断被更新、被细化的过程。

（五）教学评价

通过对本节案例的分析，得出了一些结论，指出不足之处。第一，这一节课程中，科学史的实验比较复杂，而且很难进行分析，如果采用归纳和讲解的方式，就会对一些基础较差的学生顾及不到；第二，这节课程的知识点很多，所以在最后知识讲解没有详细说明，需要重新规划课程教学的时间；第三，在实验的设计方面，还存在着一定的不足，需要对学生进行深入的分析、表述、推理等方面的训练。

四、结论及建议

（一）结论

本文通过对有关资料的分析，探讨了HPS教学模式与情境教学的结合原则，对两者的整合进行分析。以“光合作用”模块为例，建立和更新教学素材，在此基础上结合HPS教学模式与情境教学的方法，开展具体的教学实践。最后总结认为：在HPS教学模式与情境教学整合的基础上，进行高中生物的教学设计，不仅可以充分提升学生科学素养，还可以激发教师进行教学设计的创新意识。通过不断地探索、研究、实践、反思，不断地完善HPS教学模式与情境教学模式，以HPS教学模式与情境教学整合为基础的教学设计，必将会逐步地在自然科学的领域中显现出优越性，充分地将HPS教学模式与情境教学设计的价值展现出来，为科学教学的发展开辟出全新的发展之路。

（二）建议

一是要强化对高中生物教学的师资培养，将HPS教学模式与情境教学相结合，对高中生物教学的实施成效进行评价。生物是一门自然科学学科，它要求教师对课程内容准确把握，形成系统完整的生物学科知识体系和逻辑结构[8]。要想把生物学的教学落实下去，就必须要有教师对HPS教学模式与情境教学的相关原理进行深入学习和创新运用，在持续的教学改革过程中，也要加强自己的业务素质和利用信息技术，把教育技术和情境素材相结合，从教学的现实需求出发，选择合适的情境素材，利用智能的技术手段，为学生创建容易理解知识和调动情绪的高中生物学课堂情境。

二是关注学生的多样化发展。《普通高中生物学课程标准》指出，要以学生的需要为中心，注重学生的主体意识和多样化发展。为了将高中生物学课程标准中的教育内容贯彻到底，提高学生的生物学习效率，教师必须要对教育理念和教育方法展开变革，将重点放在对学生进行多元化培养上。以历史作为主线，将科研的方法作为辅线，对相关专题进行恰当教学目标的设置。教师可以对学生的批判性思维和科学实质观的培养进行全面的规划，但是因为受到了教育条件和时间等影响，所以在一次课程中并不需要太多地涉猎与之有关的知识，可以以学生的特征为依据，着重对他们在其中一个或几个方面的素质进行重点培养。

参考文献

[1]王本艳，姚宝骏.应用HPS教学模式促进学生自主构建科学本质观的教学设计例谈[J].中学生物教学，2016（10）：4-6.

[2]胡有红.HPS教学模式在高中生物教学中的应用[J].中学生物学，2012（5）：18-20.

[3]任晓虹.情境教学在高中生物学中培养学生社会责任的实践研究[D].广州：广州大学，2019.

[4]张忠国，周明科.创设情境促进学生创新素养的发展[J].中学生物教学，2020（30）：13-15.

[5]汶紫叶.HPS教学策略在高中生物学教学设计中的应用研究[D].延安：延安大学，2019.

[6]朱旺.初中思想品德课情境教学实效性研

究[D].长沙：湖南师范大学，2014.

[7]任正盼.基于HPS教学模式与情境教学整合的高中化学教学设计研究[D].新乡：河南师范大学，2018.

[8]李洋.新课标背景下高中生物学课堂活动教学的应用研究[D].哈尔滨：哈尔滨师范学，2019.