如何在生物教学中运用HPS教学模式培养学生的能力

林敏贤

（广东省广州市第五中学，广东 广州）

传统的课堂教学模式偏重于知识传承，把传承性教学置于中心位置，强调的是对知识的记忆、模仿和重复练习，因此，整节课以老师为主体，教师在讲台上滔滔不绝地讲，学生在下面被动地听和记。这种教学模式忽视了学生的自主学习、自主探究，容易使学生迷信教师、书本，使学生成为被动接受知识的机器。这样的教学方法难以培养学生的各种能力和通过学习领会和掌握科学方法。现代社会所需要的是综合素质高、各种能力强的全面发展的人才。新课程标准的实施要求教学适应时代要求，变革教学思想和教学方法，把“传授知识”的传统教学法转变为“传授知识与发展学生能力和渗透科学方法有机结合”，培养素质高、适应能力强的学生，成为迎接时代挑战的人才。在生物教学上如何改革教学方式，发展学生生物学能力和素养？这就给当前生物教学提出了新课题。

建构主义学习理论认为，知识不仅仅是通过教师传授获得的，而是学习者在一定的情景即社会文化背景下，借助他人的帮助，利用必要的学习资源，通过意义建构的方式来获得。知识的构建过程应当是一个由学习者主动探索和发现的过程，由学习者本人来控制，教师是组织者。教师应当发挥“导向”的重要作用，发挥教学组织者的作用，努力调动学生的积极性，帮助他们发现问题，进行“问题解决”。教师是发现者，要高度重视对学生错误的诊断与纠正，并抱有正确的态度。教师是中介者，是学生与教育方针及知识的桥梁。教师既要把最新的方法知识提供给学生，还要注意全面提高他们的素质。建构主义的学生观认为，学习者之所以积极主动地面对各种刺激产生反应，是因为学习者本身就有建构知识的潜能、动机和可能性，所以，认知或学习不是发现已经客观存在的知识、接受知识的活动，而是探究、发明、建构知识的作用或过程。HPS科学教育是近年来西方一些科学教育专家以建构主义为指导思想，倡导的一种新的科学教育的课程与教学模式。这种模式要求把科学史（History of Science）、科学哲学（Philosophy of Science）和科学社会学（sociology of science）的有关内容引入中小学科学教育，帮助学生从多角度构建知识，以促进学生对科学本质的理解，培养他们的科学精神、创新能力和批判性精神。因此，HSP教学模式是科学课程实施素质教育、全面提高受教育者素质的一条有效途径。它是教学过程中达成新课程标准要求的载体。运用HPS教学模式实施教学的教学程序包括6个环节：①演示现象；②引出观念；③学习历史；④设计实验；⑤呈现科学观念和实验检验；⑥总结与评价。在生物教学中运用HPS教学模式教学是提升学生科学素养的有效手段。

一、转变课堂教学观念，构建HPS教学模式生物课堂教学

生物学是一门实验科学，在教学中，运用HPS教学模式，我们尽可能增设实验机会，增加学生的动手机会。在生物教学中教师应根据不同的教学内容，采取HPS教学模式和教学方法进行教学，使学生的思维及能力快速得到发展。对学生而言，实验过程中问题的解决不仅是一个知识输出的再现过程，更是一个知识信息重组和整合的获得性过程。例如：在学习细胞膜——系统的边界、酶的化学本质、酶的特性、酵母菌的呼吸方式、叶绿体色素的提取、有丝分裂、低温诱导染色体加倍、生长素的生理作用等内容时,教师可以引导学生采用设计实验，呈现科学观念和实验检验等方式。学生在学习中通过分析实验原理，设计实验方案，展开探究实验，分析实验，根据实验现象或实验数据得出结论。教学中这样处理能增强学生的观察能力、分析问题、实验能力以及思维能力。

二、课内和课外活动的结合，通过HPS教学模式培养学生的创新能力

在教学活动中，教师组织学生进行实践活动或各种科技活动，通过活动培养学生发现问题、查阅资料、寻求解决的能力，并进一步培养学生科学研究精神和探究问题能力，能很好地巩固学生对生物学的兴趣和爱好。通过学生实践，能使学生在实践中创造奇迹。此外，教学中还可以结合教材内容，通过形式多样的调查研究实践活动，让学生到大自然中去、到社会中去、到日常生活中去，让他们通过发现、体验、应用，从而进行创造。高中生物是一门自然科学，其中有很多很多内容可以以这种形式进行。例如，人教版必修三“运用样方法调查植物种群密度”，调查校园土壤小动物丰富度。必修二中通过调查学校学生色盲的发病率等，让学生根据有关知识，采取措施，进行调查、分析，并得出结论。除此以外，教师还可以利用综合实践活动组织学生根据学校和地区特点，组织有关的调查研究。如珠江水质污染对水生生物或鱼类数量调查研究，蔬菜中维生素含量的实验研究等等，在调查活动中，学生需要提出问题、拟订计划、收集信息、记录统计、分析整理信息、发表意见、讨论交流等，学生不仅需要运用各种基本技能，也获得了知识并发展不同的能力。这种教学模式使学生的学习不再受制于课本，而是在做中学，从而使体验更深刻，知识、经验更丰富。又如高一、高二开设的综合实践活动，可以结合课本学习拓展知识。综合实践活动，“调查现代生物技术的发展”“调查生物多样性的破坏对生态的影响”等，对于综合专题活动的开展，学生都表现出了极大的热情投入到活动中。这些专题活动通过开展小组活动方式和课题研究等形式，拓展了学生活动的时间与空间，鼓励师生之间、生生之间相互探索、讨论，要求学生从生活、自然中找出问题、收集信息、处理信息，从而得出结论与发现，培养其探究能力、观察能力、合作、协调能力。与此同时，这些专题活动大都以小组为单位由学生进行自由组合，在组合基础上，教师给予适当的调整，引导他们进行异质性分组。活动过程中由学生通过对自己和他人能力、特长的分析，自行分工、把握进展速度，开展调查探究，实现学生间的优势互补，合作完成某一项任务。

三、进行探究式教学，培养学生探究性能力

探究式教学是HPS教学模式的核心内容，是以培养学生的探究性思维为目标，使学生通过再发现的过程进行学习的方法。它是给学生一些事实和问题，让学生积极思考、独立探究，自行发现并掌握相应的原理和结论的一种方法。它的指导思想是以学生为主体，独立实现认识过程。它是在教师的指导下，学生自觉主动地探索和研究客观事物属性，发现事物发展的动因及事物间的内在联系，从中找出规律，形成科学的概念。具体方法如下。

1.创设学习情景，激发学生学习兴趣和探索热情

生物教学中有很多知识可以通过创设实验情景激发学生探索热情。如细胞膜结构、渗透作用、光合作用的原理和应用，呼吸作用原理和应用，ATP的作用等。如：在讲“细胞膜——系统的边界”，可以提出“如何证明活的细胞膜能控制物质的进出，引导学生根据细胞膜的结构特点和功能特点设计实验。有的学生根据生活中煮青菜汤的例子设计实验：实验组一个小烧杯装有热水，对照组小烧杯装有自来水；然后分别向两个小烧杯加入等量的菠菜叶观察实验结果。通过实验设计，教师引导学生进行讨论，分析实验会出现的现象，然后分析热水中水变绿的原因，提出假设和进行讨论。在讨论中，学生的学习兴趣就被调动起来了，充满探究激情，加深了对细胞膜功能的认识，同时培养了学生探究问题的能力和观察问题、思考问题以及科学实验设计的能力。

利用多媒体课件创设情景。如在讲“细胞有丝分裂”“减数分裂”和“跨膜物质运输”知识时，教师运用多媒体课件依次演示动态过程，创设HPS教学模式情景，让学生通过观察动态变化过程分析原因和原理。通过观察、讨论和总结，学生都积极主动地发言，并且思维更加广阔，能进一步模仿科学家观察现象，提出问题、分析问题的科学研究过程，也培养了学生的学习能力和科学探究能力。

2.通过实验，培养学生的创新能力

实验是最能培养学生动手能力、创新能力的。学生在所学的基本知识的基础上展开实验，同时加以拓展延伸，能让学生把零散的知识汇合起来，然后去验证未知的知识。这样处理可大大提高学生的兴趣，使创新能力得到更深层次的培养。学生在教师的带领下参与真正的科学探究，教师根据学生实验情况适时提供必要的支持。这样的教学模式是学习生物学的有效途径。它不仅能帮助学生更好地构建生物学知识体系，还能使学生对生物学过程及其本质特征有更加全面、完整的了解。教学实践中可以把教材中方便操作的演示实验改为学生动手实验。如：渗透作用原理中渗透装置实验，可以让学生动手操作。在理解实验的基础上教师引导学生思考：如果将漏斗撤去，换成萝卜条和猪血红细胞会怎样？又如“叶绿体色素的提取和分离”实验，教师可以选取提取叶绿体色素的材料——无水酒精为思维发散点，引导学生通过理解酒精在实验中的作用，进行发散思考，大胆创新，提问可用什么物质代替丙酮的提取液？发散点引导如下：

这种处理方法在加强学生实验能力的同时，也提高了学生的学习兴趣和对知识的理解和迁移。

此外，在教学中还可以把部分验证实验改为探究性实验或是从探究一个问题改为探究另外一个问题，以发展学生的创造性思维。这些都能激发学生的学习兴趣，有利于学生产生创造欲，培养其创新精神。教学中实验可以由几个方面来加以改进，试剂的运用、适用对象、剂量的大小；材料的选择；实验方法的改进等，从而拓展学生的创新能力。如《质壁分离与质壁分离复原》这一验证实验，可以在实验基础上改进成探究实验。探究①如何验证一个细胞是死细胞还是活细胞；②设计检测一个细胞的细胞液浓度大致范围；③给你三种不同溶液，设计一个植物细胞放入后，在哪一种溶液能得到恢复，哪一种不能恢复，哪一种能自动恢复？④可以用什么材料代替洋葱表皮细胞？此外如验证酵母菌的呼吸方式可以改变成探究酵母菌呼吸方式或探究酵母菌有氧呼吸与无氧呼吸产生氧气量。从以上例子可以看出，通过实验的灵活运用试剂，实验方法，实验材料，才能更好地验证知识，并把知识互相贯通成一整体，有利于学生创新能力的培养。

3.结合生活实例，让学生提出问题，自主探索

高中生物教材中有很多介绍现代生物学新进展和科学研究历程的素材，这些都是生物教学中运用HPS教学模式的好素材。教师可根据当前社会发生的生物事件或问题，引导学生讨论交流观点，然后让学生自己选择想要了解的某一事件或问题，通过调查研究或上网收集资料进行自主探究学习，体验事件或问题的性质或规律或者模拟科学家探究历程进行思考问题。在这一过程里，学生充分发挥自己的主动性，学生自己提出问题和解决问题，从而获得知识；学生懂得如何收集资料、分析资料和归纳资料，同时也培养了学生的科学观，懂得从生物学的角度去科学地认识和理解社会的某些事件。高中教材中这方面的内容较多，如必修二中利用生物变异原理进行育种，必修三中的免疫、植物激素的调节、植物生长调节剂的应用，克隆动物研究、转基因的食用油、癌变和现代生物科技成果对解决粮食危机、环境污染、资源开发等问题的作用，这些都能激发学生的学习兴趣，有利于学生产生求知欲，培养其创新精神。在这些探究学习过程中教师只是起组织者的作用，让学生自主探索，获取知识，提高自身思考能力和分析能力。

4.利用科学发现史素材，运用HPS教学模式让学生感知知识产生的途径

高中生物必修教材中涉及许多科学家研究历程和科学发现史的内容，细如胞膜的结构、光合作用过程、DNA是主要的遗传物质，植物生长素的发现，生长调节剂的作用等素材。教师可以针对这些素材运用HPS教学模式进行教学，通过演示现象—引出观念—学习历史—设计实验—呈现科学观念和实验检验—总结与评价的方式让学生感知知识形成过程，模仿科学家的探究历程，理解生物学原理的探究过程。通过这一模式的教学，学生思考问题的能力、实验设计能力和总结评价能力都能得到一定的提高。

综上所述，对于中学生物教学工作者来说，切实提高生物学的教学质量，注重学生能力的培养，是当前教育教学的一个重要内容，也是一个严峻的课题，HPS教学模式运用于生物教学能适应当前素质教育的要求，能培养学生学习生物学的能力和生物素养。因此必须认真研究、推陈出新，把能力培养和素质教育切实贯穿于生物教学之中的每一环节，这是当今培养创造性人才的需要，也是当今提倡的素质教育的基础。