基于“HPS”和“问题解决”教学思想培育学科核心素养的实践研究

叶建伟 洪兹田

[摘 要]  尝试以“问题解决”与“HPS”教学思想为理论指导，以“化学电源”为例开展教学实践。在解决问题的同时，探讨科学发展与人类社会之间的深层次关系，从而达到培育学生化学学科核心素养的目标。

[关键词] 高中化学;核心素养;问题解决

化学学科的核心素养能够指导、引领、辐射化学教学，彰显化学教学的育人价值。化学学科核心素养包括“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”“科学态度与社会责任”五个维度[1]。它既关注学生关键能力的提升，也注重必备品格的培育。关键能力是一种在特定的情境中，通过利用和调动心理、社会等多种资源，以满足复杂需要的能力，是个体在解决复杂现实问题过程中表现出来的综合性品质。必备品格是化学学科核心素养进一步揭示的化学教与学更高层次的价值追求，是一个全面发展的人应具备的科学精神和人文情怀等优良品质。

HPS（科学史、科学哲学和科学社会学）是在课堂教学中深入融合科学史、科学哲学和科学社会学的相关内容，达到促进学生对科学本质观理解的教学理念[2]，有利于提升学生“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”等素养。

问题解决是由师生共同创设真实的问题情境，引导学生应用科学的思维方式制定合理解决问题的方案，并将创新方案生活化和实践化的教学模式。该教学模式以问题的发现、探究和解决来激发学生的求知欲和主体意识，实现学生依据特定情境和具体条件，通过整合知识提升实践和创新能力的目的。对于提升学生解决实际问题的关键能力，培养“科学探究与创新意识”具有重要意义。

培养核心素养有三个关键词“情境”“问题”“思维”。以HPS（科学史、科学哲学和科学社会学）为线索，设计有价值的问题情境，带领学生在问题解决的过程中提升学生的思维品质和解决真实问题的能力。以人教版高中化学选修四《化学反应原理》中“化学电源”一节的教学设计为例，展示基于“问题解决”和“HPS”教学思想，促进学科核心素养落地的教学案例设计及其实施过程。

一、教学设想

（一）教学思想

1.问题解决

以化学电源发展史为线索，深入挖掘电池发展过程中的每一个关键环节。在关键环节处创设情境问题，引导学生像科学家一样缜密思考，提升解决真实问题的能力。

2.HPS教育

深入挖掘科学发展背后所蕴含的科学史、科学哲学和科学社会学的内容，让学生从整体上了解科学与技术发展之间的关系，从源头上透彻理解和掌握科学知识，培养学生尊重科学、尊重自然的优良品格。

（二）教学线索

二、教学设计简图

[化学电源发展史 问题情境 社会影响

（HPS思想） 设计意图 1800年伏打以伽伐尼解剖青蛙的实验为基础发明伏打电堆 伏打电堆因为电极和电解质接触反应等原因导致电压不稳定，效率低。如何克服伏打电堆电压不稳定的缺点 电池发展的开端，为后续电池的发展奠定了基础 通过思考如何克服伏打电堆（单液原电池）的缺点，深入辨析单双液原电池之间的联系，通过分析、推理等方法认识原电池的本质特征、构成要素和相互关系 1836年丹尼尔电池问世 丹尼尔电池体积较大，不便于携带，使用不方便。如何提高丹尼尔电池的实用性 第一个实用电池，对于电池商业化起到承上启下的作用 该问题目的在于促进学生像科学家一样思考如何将想法（丹尼尔电池）付诸现实（商业化电池），从而培养学生科学探究精神和创新意识 19世纪60年代法国的雷克兰士将最初潮湿水性电解质用黏状糨糊取代，发明了碳锌电池，被誉为“干电池鼻祖” 酸性锌锰干电池电动势下降快，使用久了会出现“鼓涨”和“漏液”的现象，原因是什么，如何克服该缺点 酸性干电池的发明极大方便人们的生活，但缺点是寿命短、污染大 思考酸性锌锰干电池的缺点，进而提高对干电池原理的理解，辩证看待科学技术的发展 1882年，勒克斯优化了锌锰干电池，该电池正極为MnO2碳极板，电解液为NaOH或KOH溶液，负极为锌极板。1912年阿肯巴克获得了第一个碱性MnO2干电池专利。从1970年至今，碱性锌锰电池不断发展和完善，逐步实现了低汞化和无汞化[3] 碱性锌锰干电池和酸性锌锰干电池相比有什么优点 从酸性干电池到碱性干电池，电池的发展蕴含着数以百计科学家的心血;干电池的发展历程体现了科学与环境的和谐发展 体验酸性干电池到碱性干电池的发展历程，体会科学研究的崇高与艰辛，树立正确的科学态度;对比两种干电池的优缺点，理解科学发展需要建立在保护自然环境的基础上，从而提升学生社会责任感 1859年英国普兰第发明了铅酸电池。发电机的出现推动了电池循坏利用，普兰第1870年采用发电机将铅酸电池改为二次电池 如果给你一台发电机，如何实现铅酸电池循环使用 蓄电池使得电池可以循环利用。普兰第多年孜孜以求，终于发明二次电池 设置该问题的同时，给予学生足够的解决问题的条件，降低解决该问题的难度。学生借由老师所提供的信息，进行思考和推理，提高证据推理能力 1970年代发明锂离子电池替代了传统铅酸电池。（铅酸电池含有大量的铅、镉、汞等有毒金属） 铅酸电池有什么缺点 铅蓄电池的使用给环境造成严重威胁 分析铅酸电池的优缺点，增强学生保护环境的责任意识 1839 年英国葛洛夫证实可以利用燃烧反应设计电池。1942年他创造了第一个燃料电池-氢氧燃料电池 燃烧反应为什么能被设计成电池 燃料电池产物无污染，发电效率高，但限于科技水平至今仍没有大范围的推广-电池的发展依然在路上 燃料电池是化学电源的难点，通过思考燃料反应与氧化还原反应的关系，突破燃料电池反应的原理，提升学生对于原电池概念的理解 电池种类繁多，还包括微生物电池、太阳能电池、核电池等 通过重走电池发展史，请展望一下电池未来的发展方向 科技的发展从未停止，科学使生活更美好 激发学生的创造性思维，培养学生的创新意识 ]

三、案例反思

“问题解决”和“HPS”教学思想对于培育学生的学科核心素养具有重要意义。本教学实践将问题情境设置创造性地聚焦在科技发展中的关键技术革新，在科技发展的关键环节处设置问题，引导学生像科学家一样思考，达到提高学生的“证据推理”“科学探究与创新意识”素养;在“问题解决”的同时，运用“HPS”教学模式，探讨科学发展与人类社会之间的深层次关系，深入挖掘电池发展史背后所蕴含的科学哲学和社会学内容，帮助学生树立尊重科学、尊重自然的优秀品质。

四、实施建议

（一）化学史素材选择应服务课堂

化学史素材的选择应该深入教材主体，明确教学的重难点，详细分析课程所要达到的核心素养培育目标，从化学发展史素材中寻找到与核心素养培育相结合的关键点。在关键点处设置情境问题;在引导学生解决化学史中的情境问题的同时，适当提升教学层次，上升到科学哲学、科学社会学视角，进一步升华教学目标。

（二）问题情境设置应指向明确

设置问题时要深入挖掘问题情境与化学学科核心素养的培育的深层次关系，精准梳理课程的重难点与问题的逻辑关系，做好问题的衔接，让问题情境更好地服务教学。问题情境符合学生当前的认知水平，在选取素材的时候要充分衡量学生的接受能力，但是又要适度给予学生挑战性。

（三）环节设计应围绕核心素养

教学的过程中通过构建合适的、高效的教学环节，可以有效地丰富课堂教学内容，激发学生学习兴趣，更可以紧密结合学科核心素养的培育。在创设教学环节应综合考虑，紧密结合课程要求，深入挖掘课程背后所蕴含的学科核心素养培育的切入点，真正让环节设计更好地服务核心素养培育。

[参 考 文 献]

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2017.

[2]霍爱新，靳莹，李双.基于HPS和STS培养学生化学核心素养的教学设计——以“发展中的化学电源”为例[J].化学教学，2018（5）.

[3]但世辉，陈莉莉.电池300余年的发展史[J].化学教育，2011（7）.

（责任编辑：张华伟）