基于生物學(xué)科核心素養(yǎng)的HPS教學(xué)模式探索
——以“孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)”為例

安凌燕

（新疆喀什大學(xué)附屬中學(xué)，新疆 喀什 844000）

HPS教學(xué)模式具有很強(qiáng)的靈活性和包容性，能將科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)社會(huì)學(xué)有機(jī)融合，既能有效地達(dá)成“三維”教學(xué)目標(biāo)，又能強(qiáng)化學(xué)科思想方法教育[1]。當(dāng)前，高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)對(duì)學(xué)生的理性思維、科學(xué)探究能力和社會(huì)責(zé)任感等方面都提出了明確的培養(yǎng)要求，教師在傳授生物學(xué)知識(shí)的同時(shí)，還應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生的理性思維，提升學(xué)生歸納和概括知識(shí)以及進(jìn)行科學(xué)探究的能力，使其掌握演繹與推理的邏輯思路、辨別迷信與偽科學(xué)。

1 HPS教學(xué)模式

HPS教學(xué)模式是指科學(xué)史（history of science）、科學(xué)哲學(xué)（philosophy of science）和科學(xué)社會(huì)學(xué)（sociology of science）相結(jié)合的一種教學(xué)模式，于二十世紀(jì)八九十年代由英國(guó)科學(xué)教育學(xué)者孟克和奧斯本提出，以建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)，提倡在中小學(xué)的理科課程中滲透科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，核心內(nèi)涵是關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)[2]。生物科學(xué)史是生物科學(xué)家探究生物學(xué)問題及知識(shí)產(chǎn)生和發(fā)展的歷史，具體包括科學(xué)家的生平簡(jiǎn)介及時(shí)代背景、科學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究過程、科學(xué)知識(shí)及科學(xué)思想的變革、科學(xué)技術(shù)的改進(jìn)等，完整記載了科學(xué)家探究自然和生命的過程，在生物教材中占有較大篇幅。

目前，由于高中生物課時(shí)緊張、理論知識(shí)復(fù)雜等，高中教師往往將教材中出現(xiàn)的科學(xué)史、科學(xué)社會(huì)學(xué)等內(nèi)容可有可無地向?qū)W生介紹一番，就算給學(xué)生講授，也往往將重點(diǎn)放在與理論知識(shí)相關(guān)的部分，介紹科學(xué)家科學(xué)研究艱辛歷程，科學(xué)家思維模式形成、發(fā)展、變化等過程包含的人文價(jià)值被忽略；學(xué)生對(duì)待這類知識(shí)總是走馬觀花式地閱讀，甚至忽略不計(jì)；高考試卷中也幾乎不出現(xiàn)科學(xué)史內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)生不重視這部分知識(shí)。在這種背景下，如果教師不能很好地利用科學(xué)史、科學(xué)社會(huì)學(xué)教育，在教學(xué)中穿插相關(guān)內(nèi)容，充分利用其人文價(jià)值開展育人工作，就浪費(fèi)了提升學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的機(jī)會(huì)。正所謂“重要的不是獲得知識(shí)，而是發(fā)展思維能力和科學(xué)素養(yǎng)，是從科學(xué)家身上體味和學(xué)習(xí)寶貴的品質(zhì)和精神”[3]，科學(xué)家的姓名、開展的實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容都會(huì)被慢慢遺忘，但科學(xué)家的思維、邏輯、方法、技能、優(yōu)秀品質(zhì)、精神、價(jià)值觀等會(huì)給學(xué)生產(chǎn)生或多或少的影響，并在學(xué)生的學(xué)習(xí)、生活中發(fā)揮潛移默化的作用，最終還會(huì)內(nèi)化成學(xué)生自身的能力、技能和內(nèi)涵，伴隨學(xué)生一生，這也是培養(yǎng)生物學(xué)科核心素養(yǎng)的作用，更是教育的最終目的。

2 HPS教學(xué)模式實(shí)踐

2.1 課前預(yù)習(xí)，熟悉概念

將由20個(gè)概念（自花傳粉、相對(duì)性狀、性狀分離、等位基因、基因型、測(cè)交等）組成的預(yù)習(xí)提綱和作業(yè)單提前發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，找到這些概念在書上的位置，再利用早自習(xí)的時(shí)間給學(xué)生觀看講解這些概念的微課，幫助學(xué)生熟悉和理解。

2.2 發(fā)現(xiàn)問題，創(chuàng)設(shè)情境

讓學(xué)生觀看有關(guān)孟德爾生平簡(jiǎn)介的短片，可以幫助學(xué)生拉近與遺傳規(guī)律發(fā)現(xiàn)過程的距離，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其帶著“為什么自己身上有些地方長(zhǎng)得很像父母，但又不是完全一樣的”“遺傳的本質(zhì)到底是什么”等疑問與老師一起扮演孟德爾，重走孟德爾“十年一系列實(shí)驗(yàn)，一篇論文開創(chuàng)新學(xué)科”的科學(xué)研究路。

2.3 合理假設(shè)，科學(xué)推演

帶領(lǐng)學(xué)生一起穿越回19世紀(jì)中期奧地利修道院的后院，與孟德爾一起通過豌豆雜交實(shí)驗(yàn)探尋生物遺傳的規(guī)律。以時(shí)間為序，讓學(xué)生跟隨孟德爾逐年開展實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)介紹孟德爾需要完成的每一項(xiàng)工作，推演孟德爾的思路，分析各階段遇到的困難，并思考解決問題的辦法。學(xué)生分小組討論了孟德爾關(guān)于一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中每一年需要完成的具體操作和記錄的數(shù)據(jù)，各小組收集數(shù)據(jù)后進(jìn)行整理，通過思考、討論總結(jié)出自己的結(jié)論，過程如表1所示。

表1 假設(shè)推演過程

2.4 驗(yàn)證假設(shè)，得出結(jié)論

孟德爾的所有解釋都是個(gè)人假說，而生物作為自然學(xué)科離不開實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，所以孟德爾又巧妙地設(shè)計(jì)了測(cè)交實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的假說。他先用假說的思路推演出測(cè)交實(shí)驗(yàn)可能出現(xiàn)的子代性狀類型和比例，再進(jìn)行測(cè)交實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的推演，若測(cè)交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與推演的結(jié)果一致，證明假說正確，這就是科學(xué)研究的方法—假說演繹法，分離定律也由此誕生。孟德爾又遵循從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的規(guī)律，開展了兩對(duì)相對(duì)性狀的遺傳實(shí)驗(yàn)研究，仍然使用假說演繹法，并使用棋盤法來分析F2的基因組成，最終總結(jié)出自由組合定律。

3 教學(xué)反思

3.1 培養(yǎng)學(xué)生的理性思維

分析學(xué)生與孟德爾的結(jié)論及解釋之間的差異和差距。首先，教師要表?yè)P(yáng)學(xué)生的推理過程思維縝密、邏輯合理，肯定學(xué)生的邏輯推理能力；但孟德爾把每個(gè)結(jié)論描述得更加清晰明朗，且科學(xué)研究方法環(huán)環(huán)相扣，構(gòu)成完整的體系，讓學(xué)生向孟德爾學(xué)習(xí)，努力提升歸納和概括知識(shí)的能力；通過講解孟德爾的思路和操作，使學(xué)生獲得運(yùn)用假說演繹法分析、解決實(shí)際問題的能力。其次，教師要通過講解孟德爾利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)發(fā)現(xiàn)F2的分離比接近3∶1，引導(dǎo)學(xué)生理解孟德爾的整個(gè)研究過程實(shí)質(zhì)上是利用了頻率的穩(wěn)定性，建立數(shù)學(xué)模型，揭示統(tǒng)計(jì)結(jié)果背后的遺傳規(guī)律[4]，讓學(xué)生明白數(shù)學(xué)函數(shù)可以預(yù)測(cè)現(xiàn)象、揭示規(guī)律，感受數(shù)學(xué)與生物學(xué)科相互融合、相

互促進(jìn)的過程。最后，教師要讓學(xué)生明白科學(xué)研究的一般規(guī)律，了解從一對(duì)到多對(duì)、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過程。

3.2 提高學(xué)生的科學(xué)探究能力

孟德爾對(duì)分離現(xiàn)象的解釋雖然在邏輯上環(huán)環(huán)相扣、十分嚴(yán)謹(jǐn)，但最終還是要用科學(xué)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證才能得出正確結(jié)論，教師通過介紹這一探究過程，讓學(xué)生感受在實(shí)踐中尋求真理的科學(xué)探究精神。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的講解和開展“性狀分離比的模擬”實(shí)驗(yàn)，可以很好地提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。

3.3 培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感

教師可通過講解孟德爾潛心研究得出遺傳定律，直至去世都沒有得到世人認(rèn)可的艱辛經(jīng)歷，告誡學(xué)生人生不會(huì)事事如意，堅(jiān)持初心、勇往直前才是人生常態(tài)；通過介紹孟德爾大膽假設(shè)、推陳出新的科學(xué)研究歷程，鼓勵(lì)學(xué)生永遠(yuǎn)都要有大膽創(chuàng)新、勇于探索的精神。

3.4 培養(yǎng)學(xué)生的情感態(tài)度價(jià)值觀

教師可通過孟德爾多年的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷引導(dǎo)學(xué)生體味科學(xué)家“十年磨一劍”的恒心，教育學(xué)生堅(jiān)持才能取得勝利；通過給學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)過程中各種大量而煩瑣的實(shí)驗(yàn)操作，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)科學(xué)家為了探索未知不厭其煩、不辭辛勞的精神，教育學(xué)生學(xué)習(xí)也要不怕麻煩、吃苦耐勞；介紹孟德爾用豌豆做實(shí)驗(yàn)材料前曾花多年時(shí)間研究山柳菊卻一無所獲，但他并未放棄，而是用鍥而不舍的精神、熱愛科學(xué)的態(tài)度、迎難而上的勇氣推陳出新，才推翻了神創(chuàng)論、融合遺傳等偽科學(xué)，最終揭示遺傳的奧秘，并創(chuàng)建遺傳學(xué)的過程。

新課標(biāo)提出要培養(yǎng)學(xué)生終生學(xué)習(xí)和發(fā)展的能力，要培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)[5]。因此，教師應(yīng)該改變教學(xué)模式，發(fā)揮好引導(dǎo)的作用，而應(yīng)用HPS教學(xué)模式不僅能完成知識(shí)目標(biāo)，還能讓學(xué)生在求知欲的催動(dòng)下積極主動(dòng)地思考和學(xué)習(xí)，最終激發(fā)出學(xué)生探索科學(xué)的熱情，并在此過程中向?qū)W生介紹生命觀念、社會(huì)責(zé)任和正確的價(jià)值觀，培養(yǎng)學(xué)生的理性思維、科學(xué)探究能力，使學(xué)生感受到科學(xué)知識(shí)背后永恒的人文關(guān)懷，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)，最終幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。