化学学科实施HPS教学模式的策略，本文主要内容关键词为：教学模式论文,学科论文,策略论文,化学论文,HPS论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
化学史教育在培养学生科学素养和人文素养方面有独特的作用，因此在化学课程中的地位和作用日益突出。HPS(history,philosophy and sociology of science，科学史、科学哲学和科学社会学）是一种融科学史、科学哲学和科学社会学的科学教育的新教学模式。这一模式从历史发展的角度组织化学课堂教学，以促进学生对科学本质的理解。
一、HPS教学模式的建构
化学学科实施HPS教学模式是指在化学课堂教学中，以教材中的知识发生、发展的历史过程中所蕴含的科学思维方法、科学精神为基础，依据学生学习目标和学生发展水平，有机地渗透有关历史、社会和哲学等方面的内容，对科学家探究过程进行模拟，使化学学习变为科学家探究的简单复演，使“知识线”和“思维方法线”“科学情感和态度线”在教学中同时展开，并行前进，成为发展学生科学素养和人文素养的一种教学模式。可归纳为：有论有史、有人有事、有情有感、有探究实验又有化学史故事的化学教学。
例如，在学习原电池时，引入伏打发明原电池的一段化学史。事情发生在1800年前后，意大利著名生理学家伽伐尼，在一次用手术刀剥去青蛙腿外皮时，刀尖触到了蛙腿，发现蛙腿抽动了一下。他对自己的偶然发现继续探究，由此产生了伽伐尼和伏打的争论。伽伐尼认为电流起源于动物神经，伏打认为一系列双金属在液体中的接触是产生电流的原因，即“生物电和化学电之争”。
学生提出问题，产生猜想，动手实验。
(1)用Zn和Cu连接蛙腿，动手实验；
(2)用Zn和Cu，不用蛙腿，用酸性湿纸、湿布、湿海绵等做实验；
(3)一大堆Cu片和Zn片交错垒得很高，在每一对Cu片和Zn片之间，都加入用盐水浸湿的硬纸，用导线若即若离地靠近或接触时，产生出强大电流并放射出的明亮电火花（伏打电池的雏形）。
在这段化学史渗透的HPS教学模式中，学生会感受到科学实验的神奇和成功及快乐。有科学探究的过程和方法，科学争论及合作的意义，有原电池原理和各种化学电源的交流，更有学科精神的核心——质疑、崇实和求真等品质的培养。
根据上述的理解，HPS教学模式的基本程序及教学策略如附表所示。
附表 HPS教学模式的基本程序及教学策略
程序 教学意图 教学策略
教学以一个演示 利用多媒体技术，尽可
历史素 开始，教师让学生的能呈现生动、翔实的、能引
材呈现 注意力集中于某一现起学生兴趣的材料
象上，由此产生一个问题情境设置能引发
需要解决的问题学生的认知冲突
教师应采用先行组织
者策略，引导学生讨论、回
教师启发学生 答等策略，引导学生提出各
引发观点 就这一现象提出自种不同的观点，同时教师也
己的观点及解释 要鼓励学生寻找证据支持
自己的观点。在本阶段，教
师对学生提出的所有观念
均应采取不加批判的态度
提供历史观念， 口头讲述或呈现材料，
学习历史 给学生思考的机会， 让学生分组学习并讨论
以体验探究过程
要求学生从多种观点
科学家探究实 中选择某种观点，设计实验
科学探究 验模拟进行检验。分组设计实验，
鼓励学生大胆想像
介绍科学的观念
呈现科学以及对科学观念进行 指导学生阅读教材或
观念和实实验所提供的资料， 由教师讲解当时背景下化
践检验 为学生观念转变提供 学史上的结论
一个思想基础
总结
帮助学生更加归纳总结出科学概念，
与 深刻地了解科学探
从方法、精神、思维等方面
评价究的过程和科学 对科学探究过程做出评价
概念
二、HPS教学模式操作要点
1.精心选择和编辑史料，将化学史融入课堂，引发探究
根据HPS教学模式的特点，教师选择化学史料时，一要考虑史料和教材知识的连接；二要尽可能贴近学生的生活与情感，并能引起学生的共鸣；三要能引发学生产生认知冲突，提出自己的见解；四要有一定的教育意义。具体地说，一般选材内容是：说明化学发展的里程碑或转折点，代表化学发展潮流的史料，如“从燃素说到氧气说”；表明旧理论、旧概念的局限性，新理论、新概念的发展性的史料，如“原子结构的发展”；有助于加深理解基本概念和基本规律的史料，如“电离学说”的建立；富有方法论意义的史料，如“苯结构的发现”；有助于学生重视实验的史料，如“合成氨工业的发展”；感悟科学家的人格魅力及对科学的态度，如侯德榜在摸索出制碱法的奥秘后，出人意料地将这一奥秘无偿地公之于世。但科学的公有性并不是无原则的，当日本侵略者威逼永利公司与其合作时，却遭到了侯德榜及其同事的断然拒绝：“宁肯给工厂开追悼会，也决不与日军合作！”因为与其合作就意味着侵略者要利用我国的化工原料制造出更多的杀人武器，这岂不是背叛了科学之“善”吗？
2.以科学情感和科学方法为线索，建立起学生科学情感、思维过程和化学家科学情感、思维过程的实质联系，促进学生科学情感的升华、思维能力的提高
化学史进入化学课堂后，化学课堂教学中存在着以下3种思维活动（如图1所示）。
图1 化学课堂教学中3种思维活动的关系
实施HPS教学模式时，教师选择的化学史料中的化学知识是化学家思维活动的成果，从这些成果中可以窥视出他们的思维过程，而这种成熟的思维过程（科学思维方法）正是学生思维活动的楷模。但是学生在主动建构知识的过程中，会遇到困难。第一，学生无法独立地完成重现化学家思维过程的任务；第二，化学家的思维水平与学生思维水平间存在一定程度的差异，即使化学家思维过程得以暴露，学生也不一定能从中深刻地理解化学家的思维方法和技巧，无法从中汲取营养和教益。所以，教师在实施HPS教学模式时，可以利用多媒体，从历史角度来看待要研究的问题。主要有古代科学家对问题的看法；当时的背景，对问题认识的历史年表等，让学生学会用发展的眼光看问题。然后充分发挥学生的想像力和创造力，由学生自己去完成实验、验证自己的结论或介绍历史上的实验，让学生从中体会科学家的思维方法，激发其创造性思维。比如对于电离概念的复习教学，我们可以引入“阿累尼乌斯建立电离理论”的一段化学史……
教师设计问题：请同学们设计实验方案，证明电解质在水溶液中会自发电离出离子？
学生1：水与HCl气体均不能使石蕊试纸变色，但盐酸能使石蕊试纸变红。
学生2：Cu与硝酸铜，Cu与稀硫酸均不能反应，但Cu与硝酸铜、稀硫酸三者混合能反应。
这样的教学设计会使学生在认识历史矛盾的不断冲突中构建知识，同时让学生体验电离学说的建立过程所体现的科学思维方法（假说法、实验法）。
三、HPS教学模式应用举例
高一“元素周期律”的教学设计。
1.历史素材呈现
1789年，拉瓦锡在《化学大纲》中，对当时已发现的33种元素进行了分类。①气体元素：如氧；②金属元素：如银；③非金属元素：如硫；④能成盐的元素。
19世纪50年代末法国化学家尚古多把当时的62种元素设计成“螺旋图”。
1864年，德国化学家迈尔出版了《现代化学理论》一书，列出了一个“六元素表”。
1865年，英国化学家钮兰兹发现每隔8个元素，元素的物理性质和化学性质就会重复出现。
2.引发观点
门捷列夫对当时共有的63种元素，写了63张卡片。化学元素的名称、相对原子质量、氧化物以及各种物理性质和化学性质分别写在卡片上。
问题：若你是门捷列夫，你会试着用几种不同方式去摆63种卡片？学生观点：拉瓦锡的金属、非金属分类法；迈尔的六元素表；钮兰兹的八音律；门捷列夫自己新发现的编排方法。
3.学习历史
1869年2月17日晚上，门捷列夫试着按对原子质量递增的顺序，把当时的63种元素排成几行，再把各行中性质相似的元素上下对齐。这样排列以后化学元素的内在联系终于表现出来了：每一横行化学元素的性质都相似；每一纵行化学元素的性质都从金属到非金属。整个元素系列呈现出周期性的变化。当时有些相对原子质量和它们的性质不符，他就大胆地修订了相对原子质量，有些元素之间性质跳跃太大，他就大胆地预言了当时尚未发现的元素，并为这些元素留下空位。1871年12月，又发表了第二张表。
4.开展基于素材的演绎式探究
素材：教师给出18张卡片或更多，卡片有各种元素的相对原子质量、核外电子排布、原子半径、核电荷数等。
探究：学生按原子的核电荷数大小，或按相对原子质量大小，或按原子半径大小规律，或按核外电子排布规律分别制得一张元素排列表。师生相互讨论，应用已知学习验证探究规律。
发现规律得出解决问题的结论：元素周期律、元素周期表。
5.呈现科学观念和实践检验
介绍几种类型的元素周期表。如棱台型、扇型等（如图2、图3所示）。
图2 棱台型周期表示意图
图3 扇型周期表示意图
四、利用HPS教学模式，进行化学史教育的实践意义
1.有利于提高学生提出问题的能力
瑞利、拉姆塞对实验数据微小差异产生的怀疑，在化学史上被称为“第三位小数的胜利”，才有了氩和零族元素的发现。
2.有利于提高学生猜想和假设的能力
1864年德国著名化学家凯库勒由于受梦的启示，建立了苯的环状结构学说。他之所以能够成功地提出苯的环状结构学说，其中一个很重要的原因就是他大胆地运用了猜想与假设。
3.有利于提高学生的评价与反思能力
例如，在学习酸碱概念时可以简要介绍波义耳最原始的味觉定义、布朗斯特、劳莱等人的质子理论，路易斯的电子理论直至波耳逊等人的酸碱理论，并同课本上的阿累尼乌斯酸碱理论加以比较，从而使学生体会到化学知识的阶段性，同一概念在不同的认识阶段，其内涵是不同的。引导学生学习科学家是如何在工作中进行反思的，能够培养他们从新角度、多层次、多侧面地对问题及解决问题的思维过程进行全面地考察、分析与思考的意识，深化他们对问题的理解，揭示问题本质，探求一般规律，并进而产生新的发现。
4.有利于发展学生的科学态度、情感及世界观，健全学生的人格
如卤族元素氟的发现史，就是一部化学家求真求实的历史。氟元素发现得很早，但其单质因其活泼性和毒性长期未能分离出来。为了研制它，化学家们付出了极为沉重的代价。戴维曾受氟的毒害病了好几个月；爱尔兰科学院的诺克斯兄弟为研制氟其中一个不幸殉难，另一个被迫去疗养。英国化学家哥尔在制氟实验时发生爆炸而放弃。在这种情况下，法国化学家莫瓦桑不畏艰险，不怕牺牲，仍坚持不懈，终于1886年获得成功，而这时距人们发现氟已过去了近80年。氟的发现史可以说是一幕悲壮的历史，也是科学家的求真精神的真实反映。
以上我们详细介绍并分析了进行HPS教育的模式。它的特点可以概括为：科学史与科学哲学的学习与当前科学概念或理论的学习有机地融合在一起，使教师不再像以前那样感到科学史与科学哲学是科学课的附加部分；整个教学过程提供了一个解决问题的情境，是一个探究过程，因而有利于培养学生解决问题的能力和创新能力；充分发挥学生的主体性，促进了他们主动学习和建构知识的习惯养成；使学生认识到早期的科学家在解答一些自然现象时与他们一样有着类似的错误概念，从而使他们得到一种心理上的支持；在学生错误概念的基础上通过探索形成正确的科学概念，这种建构主义的学习方式有利于学生深刻理解科学概念。