融合HPS教学模式 发展学生化学学科素养

陆晓红

(浙江省平湖市当湖高级中学 314200)

随着课程改革的不断推进，新课标对高中化学教学提出了更高的要求.化学教师在教学过程中，应帮助学生培养化学思维，掌握化学学习方法，提高化学实验探究能力，促进学科素养的养成.高中化学核心素养可概括为“宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学精神与社会责任”五个方面.学科核心素养是学科和育人的有机融合，学生在掌握知识的过程中获得核心素养的发展与提高.那么如何才能够更好地将学科和育人有机地融合在一起，以促进学生的化学学科素养的提升呢? HPS(History，Philosophy，Sociology of Science，简称HPS)作为一种创新型的国际科学教育改革的新理念，将科学史、科学哲学和科学社会学融入到科学教育中，同时被公认为是提高科学素养的有效途径之一.通过探讨如何在“煤的综合利用苯”教学中合理地运用HPS教学模式，将研究聚焦于如何提升学生的化学学科核心素养之问题.

一、HPS教学模式内涵

英国著名的科学教育家孟克(Monk)和奥斯本(Osborne.J)在总结科学教育历史经验的基础上，借鉴建构主义理论，提出了HPS 教学模型，即将科学史(History)、科学哲学(Philosophy)和科学社会学(Sociology)结合在一起的一种教学模式.该模式旨在开阔科学教育的视野、拓展科学教育的内容，倡导从科学史学、科学哲学和科学社会学等多个角度筛选、编排科学教育内容，以期使科学教育能够真正、有效和全面地提高学生的科学素养.HPS 教学模式的特点：①科学史、科学哲学和科学社会学有机的融合在教学内容中，而不仅仅是课堂教学的附属条件.②通过创设情境、分组讨论、实验探究等形式，激发学生兴趣和参与热情，突出学生在教学中的主体性.③学生通过自己认真思考或探索来转变原有观念，理解科学知识.④整个教学过程中，学生通过自我探究获得知识，并习得科学家们的质疑精神、研究方法、科学态度.

二、HPS教学模式的应用对学生化学核心素养发展的作用

HPS教育以化学基本史料为背景，以理解化学本质为目标，以培养化学素养为宗旨.HPS教育的育人功能

是多方面的，HPS教育中的科学史内容中蕴含了科学知识的形成以及发展过程，蕴含了科学哲学以及科学社会学的内容，蕴含着灵活多样的科学探究方法和创造性思维的方式，体现着科学态度、科学精神和科学方法.高中化学HPS教学模式的应用对学生化学学科核心素养的发展作用主要体现在以下几点：1、有利于提高学生对化学学科本质的认识；2、有利于培养学生的科学态度和创新精神；3、有利于提高学生学以致用、解决问题的能力；4、有利于培养学生的爱国主义情怀.

三、HPS教学模式探究

1.HPS 教学模式6环节

将HPS模式融入课堂教学这一模式主要包括6个环节见表1.

表1

2.HPS 教学模式融入《煤的综合利用 苯》的教学过程设计

(1)教学评价目标

通过化学史料的呈现，发展学生敢于质疑、勇于探究、实事求是的科学精神；通过设计实验方案验证苯分子的结构，发展并诊断学生的实验探究能力与创新意识；通过苯化学性质的探究，诊断学生证据推理、观察、分析、归纳能力.

(2)教学过程

教师活动学生活动设计意图 时空之旅第一站[几亿年前]:煤的形成[播放视频]“煤的形成”[提问]煤被称为“工业的粮食”,那么在工业中人们是用什么样的方法来利用媒的? 煤的组成:煤的组成元素有碳、 氢、氧、氮、硫、磷、铁、铝、钙、 硅;煤是由多种有机物和无机物所组成的复杂的混合物.煤的综合利用方法:1.煤的干馏;2.煤的气化;3.煤的液化.学生回到几亿年前,通过观看视频,了解煤的形成过程,接着顺其自然地联系到煤的综合利用这一内容.认真阅读书本材料,归纳煤的3种加工方法的原理和加工产品.创造教学情景,“媒的形成”这一内容的插入,丰富学生的知识,使得教学内容衔接自然,符合学生认识事物规律.阅读材料,整理归纳,有利于学生培养学生的化学科学素养. 时空之旅第二站[十九世纪初]:苯的发现PPT展示历史背景:材料:19世纪,欧洲许多国家都使用煤气照明.煤气通常是压缩在桶里贮运的,人们发现这种桶里总有一种油状液体,但长时间无人问津.英国科学家法拉第对这种液体产生浓厚的兴趣,他花了整整五年时间提取这种液体,从中得到了苯:一种无色油状液体.认真阅读历史材料,了解苯的发现过程.分析材料所给数据,计算得到苯的化学式C6H6.学生产生认知冲突,萌发探究的欲望,相对于烷烃,苯少8个氢原子,其中会有怎样的结构,又会发生哪些化学反应? 学生学会观察,学会发现.以史为鉴,渗透化学史教育,让学生学会倾听,对重大化学成就进行情绪体验,对伟大的化学家杰出成就表示崇敬,激发学生崇尚科学的精神. 时空之旅第三站:苯的结构[十九世纪中期]PPT展示1:19世纪的科学家认为的苯的机构CH≡C-CH2-CH2-C≡CH CH2=C=CH-CH=C=CH2CH2=CH-CH=CH-C≡CH CH3-C≡C-C≡C-CH3PPT展示2名人故事:凯库勒一直在想着怎样在教材中写入苯的结构这一难题,然而百思不得其解,不知不觉进入了梦乡.朦胧之中,凯库勒仿佛觉得有一些碳原子在自己的面前跳起舞来,它们排成蛇的形状,突然,原子“蛇”的头咬住了自己的尾巴,形成一个环状.PPT展示3:凯库勒在1866年发表的“关于芳香族化合物的研究”一文中,提出两个假说:①苯的6个碳原子形成环状闭链,即平面六边形环.②各碳原子之间存在单双键交替形式.学生4—6人为一个小组,合作探究:1.讨论实验方案验证苯的结构.2.动手进行实验,观察实验现象,积极思考,得出结论①试管中加入2mL苯,滴几滴酸性高锰酸钾溶液,振荡后静置.(不褪色)②试管中加入2mL苯,加入1mL碘水,振荡后静置.(碘水分两层,上层紫红色,下层无色,发生了萃取现象)3.分析2个假说的正确性学生通过实验排除了C=C和C≡C的可能性,认识到凯库勒第二个假说的缺陷性.通过这个环节让学生了解化学家对于未知事物的探究过程,从而有利于培养学生对于未知事物的探究精神.学生认识到科研本身就是漫长而艰难的过程,必须付出辛勤和不懈的努力. 通过数据、模型和图片引导、展示苯分子的独特结构苯分子中的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊的碳碳键,分子中6个碳原子和6个氢原子完全等价.苯的分子式:C6H6苯的结构简式:观察模型、倾听、思考、内化苯的分子结构.教师解读,学生反思,得出结论,形成概念.过渡:苯环的特殊结构导致了化学性质的特殊性.苯由C、H两种元素组成,引导学生苯可以燃烧,视频播放苯的燃烧实验利用模型展示苯的溴代反应,分析苯的硝化反应、实验条件、实验装置.动画演示苯的加成反应.仔细观察燃烧实验现象;利用模型分组动手搭建苯的溴代反应;进一步学习苯的硝化反应,分组交流讨论实验装置的要求,书写化学方程式.在教师的指导下,归纳总结苯的化学性质:苯易燃、易取代、难加成、难被氧化.以结构决定性质为主线,采用问题探究、实验探究、模型搭建的方法引导学生探究苯的化学性质,认识取代反应的原理.

(3)学生访谈调查记录

[问]：著名化学家凯库勒做梦联想到了苯的环状结构，提出了2个假说，经历了被质疑的阶段，后来经过许多科学家的一起努力，完善了苯环的结构.为此你有何感想？[答] 学生1：我们要学习其创新精神，热爱科学，勇于探索，坚持不懈，幸运总是垂青有准备的人.学生2：日有所思，夜有所梦，只要认真去研究一件事，总会得到回报，发现新知.学生3：凯库勒从梦中得到启发，不仅是运气，更是他不懈努力的结果.学生4：当别人质疑你的时候，不要只想着逃避或是气馁，要用你的努力去完善，努力出成果.学生5：你的对手同时也是你的朋友，每一个反对你的理由都是你进步的方向.学生6：以梦为马，不复韶华.

(4)教学反思

以时空之旅为教学情境，为学生创设一个参与交流、表达、亲身经历活动的机会，让学生体验煤的形成和苯的发现过程，使学生主动建构知识、全面认识科学本质.分小组合作实验、模型搭建来探究苯分子的结构和苯的化学性质，一环扣一环，层层深入，从而激发学生学习化学的兴趣.在教师的指导下，将探究过程作为主线，把实验活动当作基础，并以问题的解决作为形式，以培养学生的能力作为核心，精心设计实验过程.通过学生自己思考设计方案，继而进行实验，使学生体验到与化学家一样的探究过程，学生感受到了探究带来的乐趣.学生的观察能力、逻辑思维能力和实验能力都得到了较好的训练.

高中化学学科素养包含“化学学科观念、化学学科思维、科学探究实践和化学学科价值追求”等方面，要求学生通过自主、探究和合作等多样化的学习方式，形成和发展科学精神和价值观.HPS教学模式将科学史、科学哲学和科学社会学等多种维度渗透到课堂和教学中，以化学史料为背景对学生进行科学教育与育人教育，使化学教育与育人有机的结合起来；培养学生能从不同的视角对纷繁复杂的物质变化进行分类研究，能用对立统一、量变质变、强弱转化、联系发展和动态平衡的观点考察化学反应，用发展的眼光审视化学学科知识，提高学生的化学学科素养.