融合HPS理念的5E教学模式在高中生物课堂的应用

徐思麒 任山章

摘要：培养学科核心素养是目前教育理论研究和课堂教学实践的大方向，对教学模式的创新和运用提出了新的标准和期待。通过对HPS和5E教学模式的教育理念、教育特点和教育形式进行分析，尝试构建以5E教学模式为主体，融合HPS念的新型教学模式，并以“光合作用的碳反应”一节的内容为例进行教学设计，有效地将HPS和5E结合，有望以此促进学生的生物学学科核心素养的形成和发展。

关键词：HPS教育;5E教学模式;生物学学科核心素养

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

为了更好培养出具有良好创新能力、思辨能力、适应能力和终身学习能力的人才，以适应社会的快速发展，教育越来越强调培养学生的核心素养。《高中生物学课程标准（2017年版）》中将生物学学科核心素养概括为生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。HPS教育和5E教育模式均为目前教育界研究的热点，众多研究表明这两种教育模式对于学生的核心素养落地具有较大的作用。当前，国内的研究主要集中在HPS教学和5E教学模式的理论价值、实践有效性及教學案例的开发等方面，但就两者的融合性研究少之又少。因此，基于以上问题，尝试建构融合HPS理念的5E教学模式在生物课堂的教学设计，以期对学生生物学核心素养的培养有所助力。

1融合HPS理念的5E教学模式构建

1.1HPS教育

HPS教育是科学史（History ofScience），科学哲学（Philosophy of Science）科学社会学（Sociology of Sci.ence）三者的简称。其中，科学史（H）就是关于科学的历史，通过科学史的学习，学生可以站在科学家的角度，深入体会科学探究是如何进行的;也可以遵循科学发展的脉络，了解多种因素对于科学发展的影响。因此，HPS教育强调的科学史不仅要求关注具体的科学史实，更是着眼于其背后反应出的科学本质观，包括对于科学知识，科学探究和科学事业的理解等。科学哲学（P）是回答“科学是什么？”的问题，从思辨的角度来分析科学知识的背景、起源和内在联系，展示出科学发展的因果和连续性，让学生认识到科学是不断发展的。科学社会学（s）是从社会学的角度来考察科学知识的发展脉络，表明科学的发展离不开社会环境的依托，社会对于科学发展具有重要的反作用，使学生理解科学的社会功能，积极利用科学知识作用于社会实践。

1.25E教学模式

5E教学模式是由美国生物学课程研究（BSCS）提出的一种教学模式，是基于建构主义理论发展起来的一种教学模式，符合学生知识建构的协同方式和组织顺序，通过科学探究使学生更加深入的理解知识。5E教学模式包括了五个阶段，即引入（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、迁移（Elabora.tion）和评价（Evaluation）。每个阶段都有特定的作用和功能，教师依据5E模式来进行教学设计，可以将教学流程连贯起来，使学生能够对知识、技能和价值观念有更深层次的理解。

1.3基于HPS理念的5E教学模式构建

以HPS理念进行的教学设计，是在以科学史进程为主要教学线索的基础上，用科学哲学观点进行逻辑推理与思维深化，以科学社会学应用进行创造性延展，着眼于学生的生物学学科核心素养，有助于培养学生的科学本质观。近些年众多学者通过研究发现，运用5E教学模式培养中国学生核心素养是课堂实践层面的有效策略。从这个角度来说，HPS和5E教学模式具有异曲同工之妙，将两者融合具有可能性。以建构主义学习理论的指导，为了更好地将HPS和5E教学模式融合，拟以5E教学模式为主体，贯穿HPS理念来进行教学设计，充分发挥HPS和5E教学的优点，整合出新的教学模式，见表1。

2教学设计案例

以浙科版高中生物学（2019年版）教材必修一第五节“光合作用将光能转化为化学能”中的“碳反应”为例，进行融合HPS理念与5E教学模式的教学设计。

2.1吸引

教师展示资料，创设情境：1648年，比利时科学家海尔蒙特发现植物生产所需要的养料主要来自于水，而不是土壤。1771年，英国科学家普利斯特利发现了植物的光合作用，他提出植物生长不仅需要土壤中的水，而且需要从空气中吸收CO2，同时释放出O2，随后英根豪斯通过实验发现了植物需要阳光才能制造出O2。1864年，德国科学家萨克斯证明了绿色植物在阳光下可以产生淀粉，光是光合作用的必要条件。在此之后，恩吉尔曼证实了叶绿体是光合作用的场所。至此，可以初步确定光合作用的原料和产物。在上一节课中，我们已经学习了在类囊体薄膜中发生的光反应过程。那么，光合作用的碳反应是如何进行的呢？

设计意图：教师介绍光合作用科学史，创设课堂所需的具体情境，吸引学生的注意力，引发学生对于光合作用碳反应的好奇心，潜移默化中帮助学生形成生命观念。

2.2探究

教师要求学生以小组为单位，讨论分析学案（表2）中卡尔文等科学家运用实验的方法发现碳反应的科学历程的资料，综合这些信息，大胆推理CO2转变为三碳糖的过程，并在纸上画出所构建的碳反应模型。

设计意图：通过对于实验现象的分析，学生可以真正站在科学家的角度来审视不同的实验现象之间的逻辑关系，体验科学家的思考方式。运用科学哲学所体现的思辨能力进行逻辑推理，找到变量之间的关系，培养学生的科学探究能力，在自主探究和小组合作中发展高阶思维。

2.3解释

各小组派代表分享小组讨论的结果，在黑板上画出构建的碳反应模型。在小组分享时，教师不做判断性评价，而是诱导提问，让学生分析：“自己小组的模型与别的小组有何不同？为什么会产生这种不同？支撑你的模型构建的依据是什么？”所有小组分享结束后，师生共同选出最佳模型，教师对于碳反应模型中的重点内容进行强调和补充讲解，针对学生回答中的不足进行点拨。

设计意图：在学生构建模型的过程中教师不予评价，体现了以学生为中心。通过提问，教师逐渐引导学生运用科学思维方式分析不同模型之间的差异，找寻支撑自己观点的依据，在师生讨论中使模型的构建更加清晰和正确。这一过程中，知识并不是从教师的口里说出来的，而是学生通过分析推理得出来，既锻炼了学生的语言表达能力，也加强了学生的科学思维能力。

2.4迁移

教师提供材料：2019年9月，袁隆平先生被授予了“共和国勋章”，他一生致力于研究杂交水稻，并不断获得突破性进展。他所研究的杂交水稻在高产方面相比普通水稻具有绝对优势，被外国媒体誉为“东方魔稻”。超级杂交稻在光反应过程中的光合量子传递速率高，能吸收更多的光能，饱和光合速率高;其叶片中叶绿素a/b比值比普通水稻高22.90%和36.78%，并且其对光能吸收、传递及转化的效率较高，将光能转化为活跃的化学能的能力强。杂交水稻中Rubisco酶活性较强，能够固定更多的CO2;叶片光合作用的效率强，净光合作用速率高，同时其光合功能期长，物质积累量大;除此之外，超级杂交稻还具有生育后期光合面積大、叶绿素含量下降慢、可溶性糖含量高、光合速率高等特点。

教师引导学生分析资料中的相关信息，思考问题：哪些是杂交水稻通过增强碳反应来提高产量的手段？除了这些手段，你还有哪些方法可以提高杂交水稻的碳反应过程？

设计意图：从资料的分析中，学生可以进一步复习碳反应过程，加深对于碳反应模型的理解。以杂交水稻这个切入点进行拓展和延伸，契合生活实际和社会热点，符合现代课程设计理念。从科学社会学的角度来看，这一设计可以让学生把书本上的知识积极应用于生活实践，关注科学发展对于社会的作用力，培养社会责任。

2.5评价

教师引导学生回忆并叙述本节课的学习收获，学生归纳总结。教师提炼讲解本节课重点内容，可以通过提问检测评价等方式，如让学生复述碳反应模型等。另外，布置课后思考题：“除了今天课堂上提到过的方法，请同学们进行头脑风暴，思考还有哪些可以提高杂交水稻产量的方法？”

设计意图：评价过程实际贯穿课堂教学的所有环节，包括了学生互评和教师点评，如在各小组汇报碳反应模型时，也对其他小组的模型进行了评价。在课堂最后环节的评价，更加侧重于引导学生对于本节课所学的总结和拔高，通过形成性评价来反馈教学效果。

3评价与反思

在建构主义学习理论的指导下，将HPS的教育理念与5E教学模式进行融合，发挥两者所长，构建新的教学模式，并设计了相关教学案例。构建后的模式在引导学生深入学习科学概念，培养科学探究和逻辑思维能力，提高学生的生物学核心素养具有一定的创新性和可行性。以科学史来创设情境从而达到吸引的目的，不仅使学生的学习兴趣大大增强，也能让学生沉浸于学科本身，了解学科的发展脉络。教师通过设置具体的问题，提供相关的科学史材料，引导学生以科学家的角度进行推理分析，提出合理的假设，并通过自主探究或合作研讨等方式进行论证，最后在具体的社会问题情境中将知识迁移和深化。构建后的模式在引导学生深入学习科学概念，培养科学探究和逻辑思维能力，提高学生的生物学核心素养具有一定的创新性和可行性。