基于“HPS教学理念”体现科学本质的科学教学策略探究

作者简介：陈晓霞（1995～），女，汉族，浙江金华人，杭州上海世外中学，研究方向：科学教育。

摘 要：基于HPS教学理念，将科学史融入教学中，帮助學生更好地理解教学内容，提高学生的科学素养。文章以浙教版“地球表面的板块”为例，重现科学史，使学生顺着科学家的轨迹，先观察，发现现象，作出假设，再寻找证据得出结论。同时，利用自制教具和模拟实验探究现象，使学生深度学习，自主构建知识体系。

关键词：HPS；科学史；科学素养；地球表面的板块

中图分类号：G633 文献标识码：A 文章编号：1673-8918（2023）18-0011-04

在初中科学教学中，讲授涉及科学史的课程时，学生对概念的理解和运用是大多数教师关注的重心。教师经常直接告诉学生科学家的结论，而不是陪学生一起重新走科学家的路，感受科学探索的魅力。这种讲授方法虽然能够短时间内有效地实现知识和技能目标，节省了很多时间，但并不一定促进学生理解科学的本质。其结果是学生只是在知识层面上接受，无法深入体验科学家的理论探索整个过程，情感态度和价值观也未必得到相应的发展。

HPS教育是“科学史（History of Science）、科学哲学（Philosophy of Science）和科学社会（Sociology of Science）”教育的简称。“其旨在扩展科学教育的视野和科学教育的内容，提倡从科学史学、科学哲学、科学社会学等多个视角来筛选、编排科学教育内容，以期使科学教育能真正、有效和全面地提高学生的科学素养”。基于HPS教学模式，笔者对浙教版七年级上册第三章第六节“地球表面的板块”一课的设计进行了尝试，让学生在知识学习的同时亲身感受科学家提出一个理论所经历的艰辛，使学生能进一步理解科学本质。

一、 深入研究教材，把握学生起点

“地球表面的板块”是浙教版初中科学七年级上册第三章“地球与宇宙”的第6节，其科学知识隶属于《义务教育科学课程标准（2022年版）（7～9年级）》内的地球系统——地球内部圈层和地壳运动。在学习本节内容前，学生已经学习地球内部结构、地壳变动和火山地震，而本节内容主要分为三部分：“大陆漂移说”“海底扩张说”和“板块构造学说”。学习本节内容能帮助学生更进一步地了解和理解地球的内部结构，同时，了解这些内容可以帮助学生更加深入地理解地壳变动（如地震和火山等）的根本原因，为后续的地形、地貌的学习提供了知识基石。人类认识的历史是一个科学发现的历史，要深层次地理解地球表面的板块，就必须从人类的最初认识开始，通过以科学历史为主线，真实呈现科学发展的过程，培养学生对科学本质的探索和理解，从而培养学生的科学核心素养。

学生在小学5年级上册第3单元第2节“地球内部运动引起的地形变化”中学习了六大板块，已经初步了解了大陆漂移学说和板块构造学说的内容，为本节课的学习奠定了基础。但由于本节内容远离学生生活，在生活中，学生缺乏实物感受，要求他们具备较强的空间想象能力不现实。由于感性认知不足，学生对学说缺乏充分认同感。同时，学生难以区分假说、规律和理论，对假说的含义等缺乏理解。

二、 精心设计任务，引导深入学习

日常教学中，教师应强调知识获取的过程而非结果，将学生的个体发展作为基本立足点，主线教学以自主探究为中心。以下案例强调情感引导，基于真实场景问题的引导来激发学生的兴趣和学习动力，再通过科学史的引导来训练学生的逻辑思维，以培养其独立思考能力。最后，通过概念迁移的方式，将新概念引入学生的认知结构中，并通过解决真实生活问题的方式来巩固和迁移概念。以下的案例中，笔者将使用直观演示教学法、师生互动教学法等多种教学方法。同时，特别注重引导学生使用自主探究法和合作交流法两种学习方法，使学生以课堂主体的身份全程参与教学过程。

（一）创设情境，激发兴趣

兴趣是最好的老师，教师通过设立贴近学生日常的小活动，激发学生的兴趣。同时也为后续的内容的展开奠定了基础。

教师展示披萨，让学生去判断这小块披萨是从哪块大披萨中切下来的。

教师追问：“你判断的证据是什么？”

学生回答：①外形一致；②比萨的食材（成分）相同。

教师总结：同学们寻找披萨的同时其实就是经过了观察，发现现象，作出假设，再寻找证据得出结论几个环节。

（二）顺延轨迹，探寻理论

激发学生疑问，引发学生思考，引导学生主动去寻找证据，分析现象，用严谨的逻辑来推理结论。在探寻的过程中，学生能自然地学习相关的科学研究史是大陆漂移学说、海底扩张学说、板块构造学说的发展历程。

1. 大陆漂移学说

教师提前张贴各大洲的世界地图，请学生观察世界地图中各大洲的轮廓。

教师提问：“你们发现了什么？”再根据自己的观察，对世界地图中的各大洲进行拼合。

根据拼合后的现象，学生大胆地猜想：“所有大陆曾经是连成一片的，后来经过分裂、漂移，直到现在的位置。”

教师引导学生联想比萨的小活动，通过披萨的拼合比喻大陆的拼合：外形→轮廓，食材→岩层、生物、化石。

教师提问：“如果要验证猜想，你会从哪方面寻找证据来？”

学生回答：“①外形；②内部构造。”

教师介绍：早在1910年科学家魏格纳就发现了这个现象，但他并不止步于猜想，他收集资料、小心求证，去各地寻找证据。请学生通过阅读课本、观看视频寻找魏格纳发现的证据并完成学习单——任务一（见下图）。

教师介绍：魏格纳在1915年得出了大陆漂移学说：

（1）全球的陆地在2亿年前还是彼此相连的一个整体；

（2）由于受到力的作用，才不断分离并漂移到现在的位置。

2. 海底扩张学说

通过视频、模拟实验等方法，引导学生自主地对“大洋中脊形成及岩石的年龄分布”进行探究，引发思考。在探究过程中，不断寻找证据，用严谨的逻辑来推理结论，再学习相關的科学研究史是海底扩张学说的发展历程。

教师提问：“你们对大陆漂移学说有什么疑问吗？你完全认同这个学说吗？”

学生回答：“不认同，不知道这个力是什么力。”

教师介绍：当时魏格纳并不能解释地球内力的问题，直到半个世纪后，随着声呐技术和地磁学的发展，科学家发现了两个现象：

现象一：“海洋生物距今有5亿年历史，而海底的岩石却很年轻，有些岩石只有一亿多年的历史。”

现象二：“海底洋壳岩石的年龄分布，大洋中脊处年龄最轻，越往两边，年龄越大。”

学生活动：基于现象，请小组讨论——这些现象可能是如何形成的？

信息提示：

（1）岩浆从地壳裂缝处喷发出来，在两边冷却后形成了什么？

（2）新的岩浆继续喷发，会对两边的岩石造成什么影响？

教师提供学生三个学习支架：①地球内部结构图；②视频动画——模拟岩浆从大洋中脊喷出、凝固；③模拟实验（见下图）。

教师引导学生根据学习支架，完成任务二（见下图）。

赫斯和迪茨在1962年提出海底扩张说：

“（1）在大洋中部形成一个地壳裂缝（称洋中脊），那里热的地幔物质不断上涌出来，把洋壳上较老的岩石向两边不断地推开。”

“（2）在洋壳上方的大陆地块，像在输送带上一样被推着一起向两边移动。”

教师提问：“海底扩张学说的出现使原来不被学界所认可的‘大陆漂移学说又得到了空前的重视。这是为什么？”

学生回答：“解决了动力来源的问题。”

教师介绍：“很遗憾，魏格纳看不到这个结果了，早在1930年，魏格纳为科学探索而献出了生命，长眠在格陵兰岛的风雪中，其精神值得我们学习。”引发学生的情感共鸣，感知科学家魏格纳迎难而上、不畏艰难的奉献精神。

3. 板块构造学说

根据已有的知识和材料设计了板块张裂和碰撞模拟实验，引发学生的观点和思考是用板块构造学说内容解释现实中的现象。同时，学生根据所学的内容对现实生活中的现象分析、解释。

教师提问：“轮船在水上漂，大陆是在什么上漂移的？”

学生回答：“软流层。”

教师提问：“软流层之上是什么？”

学生回答：“岩石圈。”

教师总结：“因此漂移的并不是大陆，而是岩石圈。”

教师介绍：基于大陆漂移说和海底扩张说，科学家创建了一种新的学说——“板块构造学说：以海岭、海沟和巨大的山脉等为分界线，将地球的岩石圈被分割成六大板块。”

学生活动：阅读课本，自主学习板块构造学说的主要观点并完成任务三（见下图）。

学生活动：模拟实验——板块碰撞和张裂，感受板块碰撞和张裂的过程。

学生活动：学以致用——根据板块构造学说，结合地图，尝试解释以下问题。

①你能从板块运动的角度解释下面的现象吗？珠穆朗玛峰现在仍以每年0.33～1.27厘米的速度在升高、东非大裂谷不断张裂，形成海洋。

学生回答：“因为印度洋板块和太平洋板块不断发生碰撞，所以珠穆朗玛峰在以0.33～1.27厘米的速度在升高。”

学生回答：“东非大裂谷不断张裂是非洲板块和印度洋板块不断张裂的结果。”

②对比全球地震火山带分布图和全球六大板块示意图，你发现了什么？

学生回答：“全球地震火山带分布图基本上分布在板块与板块的交界处。”

（三）拓宽视野，感知魅力

激发学生的思维，让其感到科学是一个不断开拓的体系，不仅在广度和深度方面不断进展，而且现有结论也有可能需要修正，是一个不断探索的进程。

教师介绍：“今天这节课，我们沿着科学家的足迹，从现象入手，再不断寻找证据来检验自己的推测。1968年提出六大板块学说，现在又有新的证据表明，全球并非只有六个板块。”

教师总结：“我们的科学正在不断发展，新证据的发现会不断证实以前的假说，甚至会推翻现在的理论和学说。我们现在所学的一切正确的科学知识，在未来又会怎么样？大家都不得而知。我想这就是科学最有魅力的地方。科学向未来，未来就在你们的手上。”

三、 深刻思考过程，学习正在发生

教学与理论结合，贯彻课程标准要求，使教师深刻理解课程内容，更好地教授科学史。“HPS教学过程中采用建构与对话的方式，让学生全身心地沉浸在学习中，加深了对科学史的理解，并将科学史与教学紧密结合”。

任务的呈现，学生的专注都基于教师运用了不同的过程与方法，如逻辑推理、运用模型和模拟实验等。学生通过学习了解了大陆漂移学说、海底扩张学说和板块构造学说的基本内容和相应的证据，并可以用这些知识解释地球上某些现象的原因。以上课堂过程，在情感、态度和价值观方面，学生也得到了升华。首先，学生领悟到假说在科学发现史中的重要作用，意识到科学知识的不确定性和变化性。其次，学生感受到了科学知识的本质，即不断发展与变化，不断推动人类认识世界的进步。这种科学思维方式有助于培养学生的创新能力和批判思维能力，从而更好地应对未来的挑战。

HPS理论在日常教学中的应用，有助于学生更好地学习和应用科学知识，培养其质疑、探索的科学精神。总之，“HPS教学模式以促进学生领悟科学探究本质为主，为学生树立合理的科学态度与观念，推动学生学会思考、学习、批判和创造，进而提升学生的学科核心素养”，正如法国著名物理学家朗之万所说：“在科学教育中，加入历史的观点是有百利而无弊的，教师若可以合理、适当地渗透物理学史，恰当运用HPS教学模式进行教学，将会取得良好的教学效益。”我们应该深刻认识到，培养学生的能力比仅仅获取知识更重要。应用HPS理论，结合实际情况，使课堂教学更具特色，探究的本质才能更加清晰。课堂将会充满探究的热情，培养出更多未来的科学家。

参考文献：

［1］袁维新.HPS教育：一种新的科学教育范式［J］.教育科学研究，2010（7）：48-55.

［2］麦杰伟.基于HPS教学理念的“DNA分子结构”教学案例［J］.生物学教学，2011，36（11）：18-19.

［3］高嵩，焦蕊.基于“HPB教学理念”体现科学本质的物理教学——2009版教材自由落体运动中“科学漫步”的教学设计［J］.物理通报，2020（7）：60-63.

［4］高矿.HPS教学模式在高中物理教学中的应用［J］.物理教师，2013，34（2）：15-17.