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HPS教學(xué)模式在高中生物教學(xué)中的發(fā)展策略
一、HPS教學(xué)模式
HPS教學(xué)模式的程序包括以下6個(gè)環(huán)節,如圖1所示。
1.演示現象
教師可以演示某一自然現象,播放一段視頻或講述一個(gè)科學(xué)史故事等方式,吸引學(xué)生的注意力。如在學(xué)習伴性遺傳時(shí),教師先介紹英國科學(xué)家道爾頓發(fā)現色盲癥的故事,以引起學(xué)生的好奇心,同時(shí)激起學(xué)生利用科學(xué)史進(jìn)行探究的欲望。
2.引出觀(guān)點(diǎn)
教師啟發(fā)學(xué)生就這一自然現象提出自己的觀(guān)點(diǎn)或解釋,鼓勵學(xué)生各抒己見(jiàn),培養學(xué)生的發(fā)散思維和科學(xué)研究的熱情。
3.學(xué)習歷史
在這一環(huán)節,教師的做法是:(1)介紹早期科學(xué)家關(guān)于這一現象的思想與實(shí)例,作為學(xué)生研究的參照系;(2)舉例說(shuō)明當時(shí)其他科學(xué)家所持的不同觀(guān)念;(3)引導學(xué)生討論或探索這些觀(guān)念產(chǎn)生的背景、條件,使學(xué)生認識到科學(xué)認識的時(shí)代制約性;(4)按日期和事件簡(jiǎn)要地總結歷史上的研究。
4.設計實(shí)驗
學(xué)生分組討論由學(xué)生和科學(xué)家提出的各種觀(guān)點(diǎn)的正確性,并從中選擇某種觀(guān)點(diǎn),設計實(shí)驗進(jìn)行檢驗。這一環(huán)節不僅可以激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng )造力,而且使學(xué)生認識到:①對同一自然現象可能有不同的解釋;②可以用實(shí)驗檢驗這些觀(guān)點(diǎn)(假設)。
5.展示科學(xué)觀(guān)點(diǎn)和實(shí)驗檢驗
由教師講解當代的科學(xué)觀(guān)念,即介紹教科書(shū)上對這一自然現象的解釋,從而為學(xué)生實(shí)現觀(guān)念轉變提供思想基礎。這時(shí),教師的講解增加了學(xué)生的認識,實(shí)現由原有的錯誤觀(guān)念向科學(xué)觀(guān)念的轉變。
6.總結評價(jià)
教師通過(guò)對學(xué)生的活動(dòng)進(jìn)行總結和評價(jià),提高學(xué)生的探究能力,幫助學(xué)生更深刻地理解科學(xué)探究的本質(zhì)、歷史上科學(xué)家的探究過(guò)程和科學(xué)觀(guān)念。
二、HPS教學(xué)模式在生物課堂教學(xué)中的應用
我國《高中生物課程標準》中明確提出:“要注重生物科學(xué)史的學(xué)習”�？茖W(xué)史教育可以在加深知識理解的同時(shí),讓學(xué)生領(lǐng)悟到科學(xué)思想、科學(xué)方法和科學(xué)的人文性,領(lǐng)悟到科學(xué)的本質(zhì),從而培養學(xué)生的科學(xué)素養。HPS教育模式即是科學(xué)史教育的一種模式。
教學(xué)案例分析:“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”。
1.教學(xué)目標
(1)知識目標:簡(jiǎn)述細胞膜的結構和功能。
(2)能力目標:嘗試提出問(wèn)題、做出假設,理解假說(shuō)的提出要有實(shí)驗和觀(guān)察的依據,需要嚴謹的推理和大膽的想象,并通過(guò)觀(guān)察和實(shí)驗進(jìn)一步驗證和完善。
(3)情感、態(tài)度與價(jià)值觀(guān)目標:探討在建立生物膜模型的過(guò)程中,實(shí)驗技術(shù)的進(jìn)步所起的作用;探討建立生物膜模型的過(guò)程中如何體現結構與功能相適應的觀(guān)點(diǎn)。
2.教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn):對生物膜結構的探索歷程和流動(dòng)鑲嵌模型的基本內容。
教學(xué)難點(diǎn):嘗試建立生物膜模型的過(guò)程。
3.教材分析
“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”一節是人教版高中生物學(xué)教材《分子與細胞》第四章“細胞的物質(zhì)輸入和輸出”的第二節,主要包括科學(xué)家探索細胞膜化學(xué)成分與結構的科學(xué)史和生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型兩部分內容。其中對生物膜結構的探索歷程和流動(dòng)鑲嵌模型的基本內容是教學(xué)重點(diǎn),嘗試建立生物膜模型的過(guò)程是教學(xué)難點(diǎn)。教材為學(xué)生提供大量充分有效而有序的素材,以問(wèn)題的形式啟發(fā)引導學(xué)生做出假設、構建模型、設計實(shí)驗,讓學(xué)生感受科學(xué)家探索的歷程和探索過(guò)程的艱辛。
4.教學(xué)過(guò)程
(1)演示現象。
教師活動(dòng)一:播放實(shí)驗錄像:①臺盼藍染色酵母菌,死的細胞會(huì )被染成藍色,活的細胞不著(zhù)色;②顯微注射器將伊紅注入變形蟲(chóng)體內,伊紅很快擴散到整個(gè)細胞,卻不能很快逸出。
學(xué)生活動(dòng)一:明確細胞膜具有重要功能。
設計目的:滲透生物學(xué)結構與功能相適應的觀(guān)點(diǎn),激發(fā)學(xué)生探究細胞膜結構的欲望。
(2)探究:循著(zhù)科學(xué)家的足跡研究問(wèn)題。過(guò)程是教師提供情境資料→學(xué)生構建模型→課件展示科學(xué)家的實(shí)驗過(guò)程。
教師活動(dòng)二:19世紀末,歐文頓用500多種化學(xué)物質(zhì)對植物細胞的通透性進(jìn)行上萬(wàn)次的實(shí)驗,發(fā)現脂溶性物質(zhì)比非脂溶性更容易通過(guò)細胞膜進(jìn)入細胞。這說(shuō)明細胞膜的成分中有什么物質(zhì)?
學(xué)生活動(dòng)二:細胞膜中含有脂質(zhì)分子。
設計目的:引入歐文頓以驚人的耐心進(jìn)行上萬(wàn)次的實(shí)驗,學(xué)生從中感受到科學(xué)工作者對真理的熱愛(ài)與鍥而不舍的追求,進(jìn)而能從中領(lǐng)悟到科學(xué)精神的真諦。
教師活動(dòng)三:科學(xué)家將細胞膜從哺乳動(dòng)物成熟的紅細胞中分離出來(lái),加入蛋白酶,細胞膜被分解。這說(shuō)明膜中還有什么成分?
學(xué)生活動(dòng)三:細胞膜中含有蛋白質(zhì)分子。
教師活動(dòng)四:1917年,朗姆瓦將磷脂溶于苯和水中,當苯揮發(fā)完以后,磷脂分子在空氣與水的界面上分布散亂,經(jīng)過(guò)推擠排列成了單層,而且每個(gè)磷脂分子的頭部浸入水中,尾部浮于水面。
學(xué)生活動(dòng)四:根據朗姆瓦的實(shí)驗構建磷脂分子在空氣與水界面上分布的模型。
教師活動(dòng)五:圖片展示組織細胞生活的環(huán)境:內外都是以水為溶劑的液體。
學(xué)生活動(dòng)五:根據磷脂分子的特點(diǎn)結合人體組織細胞內、外環(huán)境,猜想并構建磷脂分子的排布模型。
教師活動(dòng)六:1959年,羅伯特森用電鏡觀(guān)察到了清晰的細胞膜照片,看到了暗—亮—暗的三層結構,并認為:生物膜為三層統一的靜態(tài)結構。
學(xué)生活動(dòng)六:根據羅伯特森觀(guān)察的結果構建蛋白質(zhì)在磷脂雙分子層中排布方式的模型。
教師活動(dòng)七:冰凍蝕刻電子顯微法觀(guān)察到:蛋白質(zhì)鑲在、嵌入、橫跨磷脂雙分子層的三種排布方式。
學(xué)生活動(dòng)七:根據蛋白質(zhì)的三種存在形式構建蛋白質(zhì)分子在磷脂雙分子層中的排布模型。
教師活動(dòng)八:1970年,弗雷和埃迪登將人和鼠的細胞膜蛋白分別用紅、綠熒光標記后,讓兩種細胞融合,雜交細胞的一半發(fā)紅色熒光,另一半發(fā)綠色熒光,放置一段時(shí)間后發(fā)現兩種顏色的熒光均勻分布。這說(shuō)明細胞膜的結構特點(diǎn)是什么?
學(xué)生活動(dòng)八:細胞膜具有一定的流動(dòng)性。
設計目的:上述活動(dòng)的目的主要是滲透以下思想:①讓學(xué)生沿著(zhù)科學(xué)家的探索思路,領(lǐng)悟科學(xué)家的思維過(guò)程,讓這些知識成為學(xué)生再發(fā)現和再創(chuàng )造的過(guò)程,培養學(xué)生的探究能力;②現代技術(shù)對生物學(xué)的推動(dòng);③要勇于質(zhì)疑,勇于向權威挑戰;④生物學(xué)每步前進(jìn)都是以實(shí)驗為基礎的;⑤實(shí)驗材料的正確選擇至關(guān)重要;⑥科學(xué)需要大膽想象與推理。
教師活動(dòng)九:桑格和尼克森在繼承創(chuàng )新中提出了“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”。
學(xué)生活動(dòng)九:總結流動(dòng)鑲嵌模型的基本內容。
設計目的:培養學(xué)生歸納總結能力,理解科學(xué)理論的建立過(guò)程,是一個(gè)不斷開(kāi)拓、繼承、修正和發(fā)展的過(guò)程。
(3)總結評價(jià)。
教師活動(dòng)十:生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型是不是就完美無(wú)缺了呢?請談?wù)勀愕目捶ā?/p>
學(xué)生活動(dòng)十:小組討論,發(fā)表見(jiàn)解:人類(lèi)對自然界的認識永無(wú)止境,對膜的研究將更加細致入微……
設計目的:①培養學(xué)生交流能力和合作的能力;②培養學(xué)生不斷思考探究的熱情。
三、教師利用HPS教學(xué)模式的注意點(diǎn)
教師要利用貼近學(xué)生實(shí)際生活現象,為學(xué)生提供情境,激起學(xué)生的好奇心,引導學(xué)生去探究,去發(fā)現生命世界的奧秘。
教師要考慮學(xué)生現有的知識、能力和水平,應根據學(xué)生的具體情況,由淺處入手,層層深入,創(chuàng )設情境,開(kāi)展教學(xué)。
HPS教學(xué)模式對教師和學(xué)生的要求較高,教師除了課前充分備課外,平時(shí)還要注重對學(xué)生學(xué)習觀(guān)念和學(xué)習方式的培養,使課堂探究能有效、有序地進(jìn)行。
在生物科學(xué)史上,一直存在著(zhù)各種理論的激烈碰撞和斗爭,在教學(xué)中,教師應允許學(xué)生不同觀(guān)點(diǎn)的存在,尊重學(xué)生的各抒己見(jiàn),鼓勵學(xué)生嘗試各種方式和方法,積極探索。教師要鼓勵學(xué)生質(zhì)疑,挑戰書(shū)本的權威和教師的權威,培養學(xué)生的創(chuàng )造力和創(chuàng )新精神
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