“四史线”教学法：指向生物学学科核心素养的HPS教育变式

黎潇阳 任小文 王林玲

(1 重庆师范大学生命科学学院 重庆 401331；2 江苏省梁丰高级中学 苏州 215600)

1 HPS教育与生物学学科核心素养

HPS是科学史、科学哲学和科学社会学(History、 Philosophy & Sociology of science)的简称。其中，科学史是指人类认识科学、发展科学的历史，是对人类科学探究过程的记录与整理，为面向未来提供了必要的史学记录与人文情怀；科学哲学是指以科学作为研究对象的哲学，是对人类科学发现的归纳与梳理，为真理的发现提供了方法论的支撑；科学社会学是指用社会学观点研究科学与社会的相互关系及其影响的学科，是对人类科学应用的转化与迁移，为科学之推广应用提供了实践途径与落地力量。HPS教育即通过三者在科学教育的相辅相成、相互交融，强化学生对科学本质的理解。正因其在科学教育中的意义深远、效果甚佳，从而成为了国际科学教育界中的热门课题。

生物学是自然科学中的一门基础学科，但也是在教学实践中极易丢失理科属性与科学本质的课程。生物学学科的理科属性与科学本质决定了其精髓并不是展示学科的基本内容，而是应当反映生命科学的本质与规律，体现其应用与发展。着眼于学生适应未来个人发展与社会生活的必备品格与关键能力，从生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面培育生成学生的核心素养已经成为了新时代下高中生物学学科课程标准的理念宗旨[1]。因而，生物学学科核心素养的制定和落实既是顺应世界科学教育改革的发展趋势，也是提升我国科学教育国际竞争力的迫切需要。核心素养自引入大陆及其本土化标准制定以来，就引发中小学基础教育界的密切关注与行动研究。如何在生物学中真正落实核心素养、彰显育人价值已经成为近期生物学教育研究中的热点。如何运用本土或外来的教育理念建构核心素养实践路径并指导核心素养培育的具体教学活动，实乃一线生物学教学研究当务之急。

HPS教育与生物学学科核心素养培育具有理论意义上的高度契合。因为HPS教育强调的不仅仅是将科学知识传授给学生，更重要的是让学生通过科学史来学习知识的来龙去脉、构建知识体系并培育科学观念；通过科学哲学的学习来理解唯物主义辩证思想、掌握科学探究的方法并形成科学思维；通过科学方法的学习来体会科学发展日新月异、增加探究的欲望并提升科学探究能力；通过科学社会学的学习来体会“科学—技术—社会”三大领域的交融、重视科学的人文意义并践行社会责任。教学中如果运用变式，将HPS教育理念应用于生物学教学应当可以充分体现培育核心素养的有效性与科学性。于是，研究者基于一线实践教学、以HPS教育理念为基础设计出“四史线”教学法，以期为培育核心素养多一条实践选择。下文就该教学法如何应用至“现代生物进化理论”复习课教学做详细的课例分析。

2 “四史线”教学法——HPS教育变式

进化理论是生物学学科形成与确立的重要基石，更是对人们形成科学的世界观具有重要影响的理论。在新课学习的基础上，学生对生物进化理论具备了轮廓性、具象化的了解，但对于生物学学科核心素养的培育仍是远远不够的。结合相关文献[2—4]和教学实践，开发出“四史线”教学法应用于“现代生物进化理论”全章复习课教学，不仅可以加深学生对科学本质理解，还可进一步培养其形成进化与适应的生命观念、发展辩证批判的科学思维、提高解决问题与创新的科学探究能力以及增强关注社会议题、尝试解决生活问题的社会责任意识。

2.1 建构科学历史主线，深化生命观念 复习课应达成化零为整、逐级聚类内化知识的目标，以帮助学生将碎片化的知识建构成完整的知识体系，进而生成解释生物学事件和理解生物学现象的意识、观念与思想方法。基于科学进程归纳出科学历史教学主线，能够带领学生理解那些承前启后、转折跃迁的科学事件，并在理解生物学事件的基础上深化“适应与进化”的生命观念，帮助解决“知识从何而来”的问题。

教学过程：学生通过合作学习的形式，根据新课的学习和教材的内容梳理出相应“历史主线”：①进化理论的发展史主线；②生物进化中某一物种形成史主线；③生物多样性形成的进化史主线。然后分组展示，最后得到完整且正确的历史主线：①进化理论的发展史主线：神创论—拉马克的进化学说—达尔文的自然选择学说—以自然选择学说为核心的现代生物进化理论—中性突变说等新理论；②生物进化中某一物种形成史主线(图1)；③生物多样性形成的进化史主线(表1)。

图1 生物进化中某一物种形成史主线概念图

表1 生物多样性形成的进化史主线表

设计意图：立足本章基础内容和重难点，通过小组合作学习策略和概念图策略展开复习；以科学史为纲要，探究与教材编排内容紧密相关的三条史线，学生可以在互动交流中厘清各节之间和各节之中内容的关系，清晰地生成全章知识脉络，强化“从地球环境的演化历程来看，生命是地球环境发展到一定水平的产物，而生命在形成和繁盛之后，对环境的发展演化产生了极为重要的作用”。从而最终帮助学生形成“生命与环境是相互影响、相互作用、共同发展进化”的“进化与适应”的生命观念，能够用生命观念认识生物的多样性与统一性，形成科学的自然观和世界观，且学生在科学史学习中真切感受“生物学学科的科学本质”会成为其终身抹不掉的珍贵记忆。

2.2 梳理科学哲学史主线，培育科学思维 生命科学的进展离不开定量研究与实证分析，亦离不开哲学方法论的指导。例如，从描述现象到解释现象、最终上升为生物科学一般意义上的普遍规律，生物科学哲学作为科学哲学的一大分支，其为生物科学的进步与发展提供了世界观与方法论的指导。以科学哲学的发展作为主线展开探究，既可以让学生体会到人类对科学认知的螺旋式上升样态，以培养学生形成严谨务实、孜孜以求的科研态度；又能让学生总结梳理知识发现的一般性规律，以培育学生辩证唯物的科学思维，帮助解决“知识如何获取”的问题。

教学过程：让学生依据高中历史必修3第12课(破解生物起源之谜)与第13课(从蒸汽机到互联网)的内容，以科学技术的不同发展水平对应于世界史上三大不同的技术革命时期，分析其对应时期的生物进化理论发展脉络，让学生明白科学技术与人类认知的相互影响。巧设“科学家思想发展线索、哲学方法发展线索”问题链，邀请学生组内讨论，开展组际交流与互评。最后总结为两条主线：①科学家思想发展线索：附魅精神(神创论)——批判精神(获得性遗传、自然选择)；②哲学方法发展线索：形而上学(孤立静止片面地看待物种)——唯物辩证法(联系运动发展地看待进化)。

设计意图：基于奥苏泊尔的有意义学习理论，把高中历史部分的内容作为先行组织者材料展现给学生，再给予目标定向的支架式探究教学，让学生认识到较低的人类生产力水平衍生出了自然界一种让人类无法消解的魅惑力。根究起来，正是人类科学技术水平的有限导致了神创论的发生及传播，而随着科技水平的不断提高，生物进化理论才能不断发展，由此体会到科技作为第一生产力影响社会文化的重要性。这样的教学方式一方面使得学生了解生物进化所蕴含的哲学规律，培养学生务实的求知态度和严谨的科学思维；另一方面还可以促进生物学与其他学科的联动发展，使学科间有统一的理论基础并相互联系，成为彼此印证的统一体系，有效促进课程一体化。

2.3 挈领科学方法史主线，强化科学探究 科学学科的“过程和方法”教学作为新课中培养学生技能的一大法宝不可缺失，在复习课中更应强化利用。在章节复习中梳理“科学方法应用史”线索可增强学生在实际情境中使用对应科学方法的准确率，亦可加强学生对学科发展的把握，培育学生合理使用技术、勇于开拓创新的科研精神，帮助解决“知识如何创新”的问题。

教学过程：教师带领学生分析教材中的史实资料，并向学生提供先行组织者材料——分子钟验证法(近年科学家利用线粒体DNA和Y染色体来判断生物起源与进化的方法)，带领学生梳理生物进化论发展过程中所涉及到的科学方法的演替史，归纳出科学方法应用历史主线。对于本课，达尔文对加拉帕克斯群岛13种地雀的喙进行形态学观察，然后通过数学统计对喙描述归纳，接下来达尔文通过自然选择学说、其他科学家通过隔离和物种形成学说对此进行演绎解释，最后科学家再通过分子钟对进化的发生和发展进行验证，遂整理归纳科学方法应用历史主线如下：形态观察法—描述归纳法—假说演绎法—分子钟验证法。

设计意图：学习日渐繁多的科学探究方法，帮助学生提升科学探究理论的水平并提高依据具体情境成功解决具体问题的能力，而且史线归纳这一活动本就在师生互动中模拟了科学探究过程，以学促教；了解日新月异的学科发展，可以让学生深切感受到提升自身探究能力的紧迫感，加强自我提高内驱力，以期达到强化科学探究核心素养的培育目标，使教育实现教学功能的同时，还实现了育人功能。

2.4 回顾科学社会史主线，宣扬社会责任 现今“科学—技术—社会”愈发紧密地结合在一起，科学技术的革新迭代不断促进科学事业的蓬勃发展，科学事业的发展不断地推进社会的进步繁荣，社会的进步又不断催生科学技术的更新换代，三者互促互进、共存共荣。用科学事业史作为教学主线，让学生深刻理解“科学—技术—社会”三者的关系，在生物科学的学习中，同时把握生物学学科的科技属性和人文属性，帮助解决“知识去往何处应用”的问题。

教学过程：教师让学生回顾本册第六章“从杂交育种到基因工程”有关内容，请学生采用头脑风暴法，结合本章与第六章所学内容，归纳育种手段的变革史线以及人类与自然关系的发展史线，讨论生物科研事业的发展对于人类生存和发展的益处。回顾育种对应的知识：人类在一万年以前对具有优良性状的野生动物和植株进行挑选和驯化，随着时间的推移，人类发明了杂交育种、诱变育种以及基因工程等育种优化手段，但由于对基因的特性了解不深入，导致了超速开发现象，人类与自然界的关系由利用自然演变为过度开发；随着国际上生物技术的规范化和标准化发展，人类与自然界的关系势必走向和谐共生。故整理出育种手段的变革史线：选择性育种—杂交育种—诱变育种—基因工程；同时发掘出人类与自然关系的发展史线：依附自然—利用自然—过度开发—和谐共处。

设计意图：科学社会学方向的学习，使“科学—技术—社会”交融的STS教育真正落地生根，通过头脑风暴法设计课堂讨论，用史线的梳理帮助学生理解生物进化论的科技应用与社会影响，宣扬学以致用、保护环境的社会责任，发挥“深度—温度”的双度课堂教学效益，同时发挥科技知识应用的效益。

3 HPS教育变式实践总结

“四史线”教学法，首先用科学历史来溯源科学的本质，以探求知识从何而来；然后通过科学哲学的探究梳理知识发现的一般规律，以通晓知识如何获取；再通过科学方法的探究体会知识是不断更新和变革中的，从而得到知识创新之法；最后通过科学社会学的探究让学生领会到科学与社会是如何紧密发展的，以明晰知识应用之意义。最后通过这四个层次的逐级递进来达成融合目标——发现知识、创造科技、熔铸文明以使人与自然和谐共生。其操作步骤和理论意涵具体如图2所示。

图2 HPS四史线教学法概念图

本文中“四史线”教学法基于生物学学科核心素养的培育目标，展开“现代生物进化理论”的教学，从理论与实践双重层面上验证了：只要经过一线教师的教法创新，就可依托HPS教育开发出其变式，成为指向核心素养落地的纵深路径。整节课的教学中以脉络建构、理哲交融弥补复习课知识固化、目标单一的漏洞；以产学交互、学研互融解决复习课囿于应试、单向发展的弊病。对于“四史线”教学法的实际操作，教师可依教学情境搭建相关的“史线”，采用小组讨论、探究学习、模型推演、角色扮演、创造性写作等多种教学策略。实践中“四史线”教学法不但可以用于“现代生物进化理论”全章复习课，而且还可应用于“流动镶嵌模型探究过程”“证明DNA是主要的遗传物质”等其他章节的复习课。此外，其对物理、化学中附有科学史素材的课堂教学也具有可行性和实践意义。