吴航枫 成都市郫都区嘉祥外国语学校

摘 要：以“促胰液素的发现”一节为例，概述如何利用“融合式HPS教学模式”充分挖掘科学史教育的价值。课堂上教师通过中采取科学史资料的补充、设置探究问题等方式，将学科核心素养融入教学各个环节，从而培养学生的科学素养和探究精神，实现科学史教育的真正目的。

关键词：HPS教学模式；科学史教育；促胰液素；教学策略

生物科学史是以生物科学产生和发展的过程为轮廓，以科学发展历程中带有重大转折作用的主题及事件为主线，用详实的资料论述了科学家们的创造性劳动，生动地描述他们进行科学探索的思维过程和方法，同时也对生物学发展的逻辑和社会历史背景等重大问题作出评论^[1]。正是由于生物科学史能够将生命观念、科学思维、科学探究和社会责任有机地融合起来，很好地体现了生物学的核心素养和素质教育的要求，因此教师应利用好教材中科学史材料，在教学中充分发挥生物科学史的教育作用。

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。HPS教育长期以来一直被认为是科学教育的重要贡献者，是国外科学教育界推行的一种提升科学教育教学质量、加深对科学本质的理解和提高公民的文化素养的教学模式^[2]。学生通过HPS教学课程，能够主动地参与学习，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程中多维度地深刻理解科学内涵，构建相应的科学概念，提高对科学学习的兴趣，发展终身学习及创新实践能力。因此，利用HPS教学模式去深入呈现科学史内容，便能让学生真正站在巨人的肩膀上眺望得更高更远。

一、“HPS教学模式”的主要内容

HPS教育是把与科学发生有关的历史、科学哲学和科学社会学内容整合入科学教育的过程。在科学史的学习过程中，通过教师的引导教师指引学生，将学生的观念与当时科学家的观念相互融合，进行跨越时空的交流，帮助学生主动构建科学观念。为达此目的，教师需将与该科学发现相关的科学历史背景、科学社会概况等进行补充，打破学生原有思维框架、重建科学知识体系。让学生更深入、全面、具体地认识自然科学知识与社会的关系。

现在对于HPS教育模式最为流行的是英国科学教育学者孟克和奥斯本通过总结历年来科学教育的实践经验，借鉴建构主义理论所提出的“融合模式”。^[3]此模式充分联系教学实际、密切关心教学目标，为真正落实科学史教育奠定了基础，融合式HPS教学模式的基本流程如下（图1）：

图1： 融合式HPS教学模式的基本流程图

“促胰液素的发现”是人教版高中生物教材必修三第二章第二节“通过激素的调节”一节中的“资料分析”，由“囿于定论的沃泰默”、“另辟蹊径的斯他林和贝利斯”以及“巴浦洛夫的感叹”三个故事构成。这三个故事在一条时间轴上，具有紧密的联系，较完整地呈现了这个科学发现的详实过程。针对这段科学史的教学，笔者尝试借用“HPS教学模式”就教学过程和教学意图进行具体说明。

二、基于“HPS教学模式”在“促胰液素的发现”的具体应用

（一）演示实验

“演示实验”指的是教师向学生陈述或演示某一自然现象，学生观察此现象，由此产生需要解决的问题。

初中生物已经学过食物消化与吸收的过程，因此可以先从学生熟悉的消化系统相关知识作为切入点，例如：我们吃进食物后，食物会经历哪些器官才最终被排出体外？那在通过消化道的时候还有什么物质会促进我们的消化作用？从而逐步引出消化腺中的胰腺，并让学生明确胰腺在人体内的位置。接着教师继续设问：“当食物进入人体最大的消化器官胃时，胃会发生怎样的反应？”，学生很容易得出答案：食物会进行初步消化，同时胃会通过其产生的胃酸帮助食物分解。接着教师进一步启发：“胃通过蠕动将食物送进小肠，同时胰腺便会分泌胰液，胰液通过导管进入小肠，一方面由于胰液呈碱性可以中和胃酸，并且胰液含有大量的消化酶有利于酸性食糜进一步消化。”讲到这里，启发学生思考：为什么酸性食糜进入小肠后便会使胰腺分泌胰液？酸性食糜并没有接触胰腺，那促进胰腺分泌胰液的这个信号是如何送达到胰腺的呢？

通过这一环节的设置，抛出实际问题，激发学生针对这一问题去思考和探究的兴趣。

（二）引出观点

“引出观点”指的是学生受教师启发对这一现象提出自己的解释、观念。

由于学生在此之前已经学习过“通过神经的调节”，所以当提出上述问题后学生很容易想联想到这是一个反射活动，顺着学生思维引导学生写出这个反射弧完整的反射路径：酸性食糜（刺激）→小肠（感受器）→传入神经→神经中枢→传出神经→胰腺（效应器）。这时学生便产生了针对这一问题的解释和观点：胰腺分泌胰液是受神经的调节。

通过这一环节的设置，让学生学会利用所学知识进行合理的推理和猜想，同时也与我们要讲的知识形成了认知冲突，带着疑问去经历接下来的学习过程，在不断地纠正和完善的过程中，明白科学是一个不断否定、不断认证的过程。

（三）学习历史

“学习历史”指的是教师向学生介绍早期科学家对这一现象的解释，以及同时期其他科学家的不同观念，引导学生讨论这些观念产生的时代背景。

这一环节便可让学生自己分析教材上沃泰默和斯他林、贝利斯的实验。在分析教材之前教师可补充一段科学史：1850年法国生理学家贝尔纳研究发现，当狗进食后，胃便开足马力，把食物磨碎，当酸性食糜进入小肠时，胰腺马上分泌胰液并立刻送到小肠和磨碎的食物混合起来，进行消化活动。贝尔纳就是本书第一章中提出“内环境的恒定主要依赖于神经系统的调节”的科学家，“19世纪学术界普遍认为是胰液的分泌是受神经系统的调节”这种观点也因此顺理成章地被提出来。此段历史的补充强化了学生的认同感，也能使他们能主动置身于当时的科学环境中。对于这段科学历史的学习，建议学生以表格的形式呈现出来，增强学生对于实验的理解和分析。（如表1和表2所示）

表1：沃泰默的实验

表2：斯他林和贝利斯的实验

这一环节使学生重温探究历程，领悟科学研究的过程和方法，并强调科学实验中遵循对照和单一变量原则的重要性。

（四）设计实验

“设计实验”是指要求学生选择某一观点进行深入分析和设计补充实验，使得这段科学发现过程更完整和严谨。

此环节可将学生分为两组，设置两个问题：①通过两组科学家的实验，能说明胰液的分泌不受神经的调节？②斯他林和贝利斯的实验严谨吗？还需要补充实验吗？教师可引导学生分析上述实验的自变量、因变量、无关变量等因素，利用单一变量的原则去设计补充实验。

针对问题①，教师可引导学生回顾赫尔希和蔡斯“T₂噬菌体侵染大肠杆菌”的实验设计思路，结合单一变量、分别单独观察的原则学生可补充设计如下实验：

针对问题②学生可补充设计如下实验：

通过设计实验的过程让学生能相对于平时的课堂练习，更加兴趣盎然，积极思考。让学生体验到科学探究和知识迁移的满足感，同时也让学生认同科学结论获得的最基本的方法是实验验证的方法，并认识到一个正确结论须通过完善和严谨的实验途径获得。

（五）呈现科学观念和实验检验

“呈现科学观念和实验检验”指的是教师通过讲解教科书上对这一现象的解释，帮助学生实现观念的转变。

通过促胰液素的发现，使斯他林和贝利斯很快意识到这不仅是一个新的化学物质，而是发现了调节机体机能的一个新概念、新领域，动摇了完全由神经调节的概念。此时教师可补充一段科学史资料：1905年，为了寻找一个新词来称呼这类化学信使，他们采用了同事哈代的建议，创用了源于希腊文的一个词“激素”（hormone，“刺激”的意思），促胰液素便是历史上第一个被发现的激素。科学史资料的补充，让学生对这一现象重新树立了科学的认识，并转变上课初所建立的错误认知。同时，教师结合本节内容中的“巴浦洛夫的感叹”，尊重科学发展的事实，引导学生客观地评价各位科学家在科学发展中的得与失，分析讨论这些经验教训给自己带来的启示，认识到科学发展是螺旋式的上升，实现情感态度价值观的目标。

（六）总结与评价

“总结与评价”是指教师帮助学生总结科学知识产生的过程中涉及的相关科学知识，从而更深刻地理解科学的本质。

通过“促胰液素的发现”这段科学史的完整学习，教师再帮助学生认识深入的科学本质，例如：人类发现的第一种激素——促胰液素的主要来源是十二指肠粘膜上的内分泌细胞，化学本质是多肽；现代生理学研究发现，食物的色、香、味、形对各消化道的刺激，可通过条件反射和非条件反射引起胰液的分泌，因此胰液的分泌液会受到神经的调节。此环节的设置让学生能从科学本质上深入理解学习内容，而且也为学生解答了对于本节知识认知中所存在的疑惑。

三、对本节课教学策略的反思和总结

对于“促胰液素的发现”这部分科学史内容，虽然以“资料分析”的形式出现在教材上，并未单独成为某一章节的教学内容，但是在让学生理解科学发展历程、学习实验探究方法和知识内容承上启下等方面是一个很好的教学素材和载体。教师在运用“融合式HPS教学模式”的基础上，通过生命现象提出问题，从而激发学生的学习兴趣，结合科学历史的发展历程，引发学生深入思考，并完善科学家实验的不足，最终深入了解科学本质，领悟科学态度和科学精神^[4]。

笔者在教学中采取科学史资料的补充、设置探究问题等方式来化解和突破学习过程中的难点，将六个环节的起承转合做到逻辑严谨、过渡自然，有效帮助学生不仅知道了科学家发现了什么，还知道是怎么发现的，从中使学生获得方法论的教育。通过补充的科学史有助于学生对知识的深入理解、创新能力的培养。教师引导学生对科学家实验的追问和质疑正是对科学知识去粗取精、去伪存真的进程，也符合建构主义对科学本质的理解：科学知识具有动态性，是不断变化的^[5]。只有通过HPS教学模式去深入挖掘教材科学史内容，将学科核心素养有机穿插在各个教学环节中，才能让科学史教育不仅只服务于知识目标，而且能让学生体会科学发生发展的过程，培养学生的科学素养，从而更深刻地认识自然科学知识与人类社会的联系。

参考文献：

[1]刘恩山,汪忠.普通高中生物课程标准(实验)解读[M].江苏教育出版社, 2004.

[2] Herman B C, Clough M P. Teachers’ Longitudinal NOS Understanding After Having Completed a Science Teacher Education Program[J]. International Journal of Science & Mathematics Education, 2016, 14(1):207-227.

[3]Monk M, Osborne J. Placing the history and philosophy of science on the curriculum: A model for the development of pedagogy[J]. Science Education, 1997, 81(4):405-424.

[4]王娇龙,张迎春.基于HPS的高中生物教学设计研究[J].中学生物学, 2015, 31(4).

[5]戴丹丹. HPS教学模式在高中生物必修2科学史教育中的应用初探[D].南京师范大学, 2015.