作者簡介：陳曉霞（1995～），女，漢族，浙江金華人，杭州上海世外中學，研究方向：科學教育。

摘 要：基于HPS教學理念，將科學史融入教學中，幫助學生更好地理解教學內容，提高學生的科學素養(yǎng)。文章以浙教版“地球表面的板塊”為例，重現科學史，使學生順著科學家的軌跡，先觀察，發(fā)現現象，作出假設，再尋找證據得出結論。同時，利用自制教具和模擬實驗探究現象，使學生深度學習，自主構建知識體系。

關鍵詞：HPS；科學史；科學素養(yǎng)；地球表面的板塊

中圖分類號：G633 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8918（2023）18-0011-04

在初中科學教學中，講授涉及科學史的課程時，學生對概念的理解和運用是大多數教師關注的重心。教師經常直接告訴學生科學家的結論，而不是陪學生一起重新走科學家的路，感受科學探索的魅力。這種講授方法雖然能夠短時間內有效地實現知識和技能目標，節(jié)省了很多時間，但并不一定促進學生理解科學的本質。其結果是學生只是在知識層面上接受，無法深入體驗科學家的理論探索整個過程，情感態(tài)度和價值觀也未必得到相應的發(fā)展。

HPS教育是“科學史（History of Science）、科學哲學（Philosophy of Science）和科學社會（Sociology of Science）”教育的簡稱。“其旨在擴展科學教育的視野和科學教育的內容，提倡從科學史學、科學哲學、科學社會學等多個視角來篩選、編排科學教育內容，以期使科學教育能真正、有效和全面地提高學生的科學素養(yǎng)”。基于HPS教學模式，筆者對浙教版七年級上冊第三章第六節(jié)“地球表面的板塊”一課的設計進行了嘗試，讓學生在知識學習的同時親身感受科學家提出一個理論所經歷的艱辛，使學生能進一步理解科學本質。

一、 深入研究教材，把握學生起點

“地球表面的板塊”是浙教版初中科學七年級上冊第三章“地球與宇宙”的第6節(jié)，其科學知識隸屬于《義務教育科學課程標準（2022年版）（7～9年級）》內的地球系統——地球內部圈層和地殼運動。在學習本節(jié)內容前，學生已經學習地球內部結構、地殼變動和火山地震，而本節(jié)內容主要分為三部分：“大陸漂移說”“海底擴張說”和“板塊構造學說”。學習本節(jié)內容能幫助學生更進一步地了解和理解地球的內部結構，同時，了解這些內容可以幫助學生更加深入地理解地殼變動（如地震和火山等）的根本原因，為后續(xù)的地形、地貌的學習提供了知識基石。人類認識的歷史是一個科學發(fā)現的歷史，要深層次地理解地球表面的板塊，就必須從人類的最初認識開始，通過以科學歷史為主線，真實呈現科學發(fā)展的過程，培養(yǎng)學生對科學本質的探索和理解，從而培養(yǎng)學生的科學核心素養(yǎng)。

學生在小學5年級上冊第3單元第2節(jié)“地球內部運動引起的地形變化”中學習了六大板塊，已經初步了解了大陸漂移學說和板塊構造學說的內容，為本節(jié)課的學習奠定了基礎。但由于本節(jié)內容遠離學生生活，在生活中，學生缺乏實物感受，要求他們具備較強的空間想象能力不現實。由于感性認知不足，學生對學說缺乏充分認同感。同時，學生難以區(qū)分假說、規(guī)律和理論，對假說的含義等缺乏理解。

二、 精心設計任務，引導深入學習

日常教學中，教師應強調知識獲取的過程而非結果，將學生的個體發(fā)展作為基本立足點，主線教學以自主探究為中心。以下案例強調情感引導，基于真實場景問題的引導來激發(fā)學生的興趣和學習動力，再通過科學史的引導來訓練學生的邏輯思維，以培養(yǎng)其獨立思考能力。最后，通過概念遷移的方式，將新概念引入學生的認知結構中，并通過解決真實生活問題的方式來鞏固和遷移概念。以下的案例中，筆者將使用直觀演示教學法、師生互動教學法等多種教學方法。同時，特別注重引導學生使用自主探究法和合作交流法兩種學習方法，使學生以課堂主體的身份全程參與教學過程。

（一）創(chuàng)設情境，激發(fā)興趣

興趣是最好的老師，教師通過設立貼近學生日常的小活動，激發(fā)學生的興趣。同時也為后續(xù)的內容的展開奠定了基礎。

教師展示披薩，讓學生去判斷這小塊披薩是從哪塊大披薩中切下來的。

教師追問：“你判斷的證據是什么？”

學生回答：①外形一致；②比薩的食材（成分）相同。

教師總結：同學們尋找披薩的同時其實就是經過了觀察，發(fā)現現象，作出假設，再尋找證據得出結論幾個環(huán)節(jié)。

（二）順延軌跡，探尋理論

激發(fā)學生疑問，引發(fā)學生思考，引導學生主動去尋找證據，分析現象，用嚴謹的邏輯來推理結論。在探尋的過程中，學生能自然地學習相關的科學研究史是大陸漂移學說、海底擴張學說、板塊構造學說的發(fā)展歷程。

1. 大陸漂移學說

教師提前張貼各大洲的世界地圖，請學生觀察世界地圖中各大洲的輪廓。

教師提問：“你們發(fā)現了什么？”再根據自己的觀察，對世界地圖中的各大洲進行拼合。

根據拼合后的現象，學生大膽地猜想：“所有大陸曾經是連成一片的，后來經過分裂、漂移，直到現在的位置?！?/p>

教師引導學生聯想比薩的小活動，通過披薩的拼合比喻大陸的拼合：外形→輪廓，食材→巖層、生物、化石。

教師提問：“如果要驗證猜想，你會從哪方面尋找證據來？”

學生回答：“①外形；②內部構造?！?/p>

教師介紹：早在1910年科學家魏格納就發(fā)現了這個現象，但他并不止步于猜想，他收集資料、小心求證，去各地尋找證據。請學生通過閱讀課本、觀看視頻尋找魏格納發(fā)現的證據并完成學習單——任務一（見下圖）。

教師介紹：魏格納在1915年得出了大陸漂移學說：

（1）全球的陸地在2億年前還是彼此相連的一個整體；

（2）由于受到力的作用，才不斷分離并漂移到現在的位置。

2. 海底擴張學說

通過視頻、模擬實驗等方法，引導學生自主地對“大洋中脊形成及巖石的年齡分布”進行探究，引發(fā)思考。在探究過程中，不斷尋找證據，用嚴謹的邏輯來推理結論，再學習相關的科學研究史是海底擴張學說的發(fā)展歷程。

教師提問：“你們對大陸漂移學說有什么疑問嗎？你完全認同這個學說嗎？”

學生回答：“不認同，不知道這個力是什么力。”

教師介紹：當時魏格納并不能解釋地球內力的問題，直到半個世紀后，隨著聲吶技術和地磁學的發(fā)展，科學家發(fā)現了兩個現象：

現象一：“海洋生物距今有5億年歷史，而海底的巖石卻很年輕，有些巖石只有一億多年的歷史。”

現象二：“海底洋殼巖石的年齡分布，大洋中脊處年齡最輕，越往兩邊，年齡越大。”

學生活動：基于現象，請小組討論——這些現象可能是如何形成的？

信息提示：

（1）巖漿從地殼裂縫處噴發(fā)出來，在兩邊冷卻后形成了什么？

（2）新的巖漿繼續(xù)噴發(fā)，會對兩邊的巖石造成什么影響？

教師提供學生三個學習支架：①地球內部結構圖；②視頻動畫——模擬巖漿從大洋中脊噴出、凝固；③模擬實驗（見下圖）。

教師引導學生根據學習支架，完成任務二（見下圖）。

赫斯和迪茨在1962年提出海底擴張說：

“（1）在大洋中部形成一個地殼裂縫（稱洋中脊），那里熱的地幔物質不斷上涌出來，把洋殼上較老的巖石向兩邊不斷地推開?！?/p>

“（2）在洋殼上方的大陸地塊，像在輸送帶上一樣被推著一起向兩邊移動?！?/p>

教師提問：“海底擴張學說的出現使原來不被學界所認可的‘大陸漂移學說又得到了空前的重視。這是為什么？”

學生回答：“解決了動力來源的問題。”

教師介紹：“很遺憾，魏格納看不到這個結果了，早在1930年，魏格納為科學探索而獻出了生命，長眠在格陵蘭島的風雪中，其精神值得我們學習?！币l(fā)學生的情感共鳴，感知科學家魏格納迎難而上、不畏艱難的奉獻精神。

3. 板塊構造學說

根據已有的知識和材料設計了板塊張裂和碰撞模擬實驗，引發(fā)學生的觀點和思考是用板塊構造學說內容解釋現實中的現象。同時，學生根據所學的內容對現實生活中的現象分析、解釋。

教師提問：“輪船在水上漂，大陸是在什么上漂移的？”

學生回答：“軟流層?！?/p>

教師提問：“軟流層之上是什么？”

學生回答：“巖石圈。”

教師總結：“因此漂移的并不是大陸，而是巖石圈?！?/p>

教師介紹：基于大陸漂移說和海底擴張說，科學家創(chuàng)建了一種新的學說——“板塊構造學說：以海嶺、海溝和巨大的山脈等為分界線，將地球的巖石圈被分割成六大板塊?！?/p>

學生活動：閱讀課本，自主學習板塊構造學說的主要觀點并完成任務三（見下圖）。

學生活動：模擬實驗——板塊碰撞和張裂，感受板塊碰撞和張裂的過程。

學生活動：學以致用——根據板塊構造學說，結合地圖，嘗試解釋以下問題。

①你能從板塊運動的角度解釋下面的現象嗎？珠穆朗瑪峰現在仍以每年0.33～1.27厘米的速度在升高、東非大裂谷不斷張裂，形成海洋。

學生回答：“因為印度洋板塊和太平洋板塊不斷發(fā)生碰撞，所以珠穆朗瑪峰在以0.33～1.27厘米的速度在升高?！?/p>

學生回答：“東非大裂谷不斷張裂是非洲板塊和印度洋板塊不斷張裂的結果?！?/p>

②對比全球地震火山帶分布圖和全球六大板塊示意圖，你發(fā)現了什么？

學生回答：“全球地震火山帶分布圖基本上分布在板塊與板塊的交界處。”

（三）拓寬視野，感知魅力

激發(fā)學生的思維，讓其感到科學是一個不斷開拓的體系，不僅在廣度和深度方面不斷進展，而且現有結論也有可能需要修正，是一個不斷探索的進程。

教師介紹：“今天這節(jié)課，我們沿著科學家的足跡，從現象入手，再不斷尋找證據來檢驗自己的推測。1968年提出六大板塊學說，現在又有新的證據表明，全球并非只有六個板塊。”

教師總結：“我們的科學正在不斷發(fā)展，新證據的發(fā)現會不斷證實以前的假說，甚至會推翻現在的理論和學說。我們現在所學的一切正確的科學知識，在未來又會怎么樣？大家都不得而知。我想這就是科學最有魅力的地方?？茖W向未來，未來就在你們的手上?！?/p>

三、 深刻思考過程，學習正在發(fā)生

教學與理論結合，貫徹課程標準要求，使教師深刻理解課程內容，更好地教授科學史?！癏PS教學過程中采用建構與對話的方式，讓學生全身心地沉浸在學習中，加深了對科學史的理解，并將科學史與教學緊密結合”。

任務的呈現，學生的專注都基于教師運用了不同的過程與方法，如邏輯推理、運用模型和模擬實驗等。學生通過學習了解了大陸漂移學說、海底擴張學說和板塊構造學說的基本內容和相應的證據，并可以用這些知識解釋地球上某些現象的原因。以上課堂過程，在情感、態(tài)度和價值觀方面，學生也得到了升華。首先，學生領悟到假說在科學發(fā)現史中的重要作用，意識到科學知識的不確定性和變化性。其次，學生感受到了科學知識的本質，即不斷發(fā)展與變化，不斷推動人類認識世界的進步。這種科學思維方式有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和批判思維能力，從而更好地應對未來的挑戰(zhàn)。

HPS理論在日常教學中的應用，有助于學生更好地學習和應用科學知識，培養(yǎng)其質疑、探索的科學精神?？傊癏PS教學模式以促進學生領悟科學探究本質為主，為學生樹立合理的科學態(tài)度與觀念，推動學生學會思考、學習、批判和創(chuàng)造，進而提升學生的學科核心素養(yǎng)”，正如法國著名物理學家朗之萬所說：“在科學教育中，加入歷史的觀點是有百利而無弊的，教師若可以合理、適當地滲透物理學史，恰當運用HPS教學模式進行教學，將會取得良好的教學效益?！蔽覀儜撋羁陶J識到，培養(yǎng)學生的能力比僅僅獲取知識更重要。應用HPS理論，結合實際情況，使課堂教學更具特色，探究的本質才能更加清晰。課堂將會充滿探究的熱情，培養(yǎng)出更多未來的科學家。

參考文獻：

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