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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個環(huán)節(jié),如圖1所示。
1.演示現(xiàn)象
教師可以演示某一自然現(xiàn)象,播放一段視頻或講述一個科學(xué)史故事等方式,吸引學(xué)生的注意力。如在學(xué)習(xí)伴性遺傳時,教師先介紹英國科學(xué)家道爾頓發(fā)現(xiàn)色盲癥的故事,以引起學(xué)生的好奇心,同時激起學(xué)生利用科學(xué)史進(jìn)行探究的欲望。
2.引出觀點
教師啟發(fā)學(xué)生就這一自然現(xiàn)象提出自己的觀點或解釋,鼓勵學(xué)生各抒己見,培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和科學(xué)研究的熱情。
3.學(xué)習(xí)歷史
在這一環(huán)節(jié),教師的做法是:(1)介紹早期科學(xué)家關(guān)于這一現(xiàn)象的思想與實例,作為學(xué)生研究的參照系;(2)舉例說明當(dāng)時其他科學(xué)家所持的不同觀念;(3)引導(dǎo)學(xué)生討論或探索這些觀念產(chǎn)生的背景、條件,使學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)認(rèn)識的時代制約性;(4)按日期和事件簡要地總結(jié)歷史上的研究。
4.設(shè)計實驗
學(xué)生分組討論由學(xué)生和科學(xué)家提出的各種觀點的正確性,并從中選擇某種觀點,設(shè)計實驗進(jìn)行檢驗。這一環(huán)節(jié)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(rèn)識到:①對同一自然現(xiàn)象可能有不同的解釋;②可以用實驗檢驗這些觀點(假設(shè))。
5.展示科學(xué)觀點和實驗檢驗
由教師講解當(dāng)代的科學(xué)觀念,即介紹教科書上對這一自然現(xiàn)象的解釋,從而為學(xué)生實現(xiàn)觀念轉(zhuǎn)變提供思想基礎(chǔ)。這時,教師的講解增加了學(xué)生的認(rèn)識,實現(xiàn)由原有的錯誤觀念向科學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變。
6.總結(jié)評價
教師通過對學(xué)生的活動進(jìn)行總結(jié)和評價,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)家的探究過程和科學(xué)觀念。
二、HPS教學(xué)模式在生物課堂教學(xué)中的應(yīng)用
我國《高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確提出:“要注重生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)”�？茖W(xué)史教育可以在加深知識理解的同時,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(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。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:“生物膜的流動鑲嵌模型”。
1.教學(xué)目標(biāo)
(1)知識目標(biāo):簡述細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能。
(2)能力目標(biāo):嘗試提出問題、做出假設(shè),理解假說的提出要有實驗和觀察的依據(jù),需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛竽懙南胂?并通過觀察和實驗進(jìn)一步驗證和完善。
(3)情感、態(tài)度與價值觀目標(biāo):探討在建立生物膜模型的過程中,實驗技術(shù)的進(jìn)步所起的作用;探討建立生物膜模型的過程中如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點。
2.教學(xué)重點與難點
教學(xué)重點:對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程和流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容。
教學(xué)難點:嘗試建立生物膜模型的過程。
3.教材分析
“生物膜的流動鑲嵌模型”一節(jié)是人教版高中生物學(xué)教材《分子與細(xì)胞》第四章“細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出”的第二節(jié),主要包括科學(xué)家探索細(xì)胞膜化學(xué)成分與結(jié)構(gòu)的科學(xué)史和生物膜的流動鑲嵌模型兩部分內(nèi)容。其中對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程和流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容是教學(xué)重點,嘗試建立生物膜模型的過程是教學(xué)難點。教材為學(xué)生提供大量充分有效而有序的素材,以問題的形式啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生做出假設(shè)、構(gòu)建模型、設(shè)計實驗,讓學(xué)生感受科學(xué)家探索的歷程和探索過程的艱辛。
4.教學(xué)過程
(1)演示現(xiàn)象。
教師活動一:播放實驗錄像:①臺盼藍(lán)染色酵母菌,死的細(xì)胞會被染成藍(lán)色,活的細(xì)胞不著色;②顯微注射器將伊紅注入變形蟲體內(nèi),伊紅很快擴(kuò)散到整個細(xì)胞,卻不能很快逸出。
學(xué)生活動一:明確細(xì)胞膜具有重要功能。
設(shè)計目的:滲透生物學(xué)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點,激發(fā)學(xué)生探究細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的欲望。
(2)探究:循著科學(xué)家的足跡研究問題。過程是教師提供情境資料→學(xué)生構(gòu)建模型→課件展示科學(xué)家的實驗過程。
教師活動二:19世紀(jì)末,歐文頓用500多種化學(xué)物質(zhì)對植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行上萬次的實驗,發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)比非脂溶性更容易通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞。這說明細(xì)胞膜的成分中有什么物質(zhì)?
學(xué)生活動二:細(xì)胞膜中含有脂質(zhì)分子。
設(shè)計目的:引入歐文頓以驚人的耐心進(jìn)行上萬次的實驗,學(xué)生從中感受到科學(xué)工作者對真理的熱愛與鍥而不舍的追求,進(jìn)而能從中領(lǐng)悟到科學(xué)精神的真諦。
教師活動三:科學(xué)家將細(xì)胞膜從哺乳動物成熟的紅細(xì)胞中分離出來,加入蛋白酶,細(xì)胞膜被分解。這說明膜中還有什么成分?
學(xué)生活動三:細(xì)胞膜中含有蛋白質(zhì)分子。
教師活動四:1917年,朗姆瓦將磷脂溶于苯和水中,當(dāng)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)過推擠排列成了單層,而且每個磷脂分子的頭部浸入水中,尾部浮于水面。
學(xué)生活動四:根據(jù)朗姆瓦的實驗構(gòu)建磷脂分子在空氣與水界面上分布的模型。
教師活動五:圖片展示組織細(xì)胞生活的環(huán)境:內(nèi)外都是以水為溶劑的液體。
學(xué)生活動五:根據(jù)磷脂分子的特點結(jié)合人體組織細(xì)胞內(nèi)、外環(huán)境,猜想并構(gòu)建磷脂分子的排布模型。
教師活動六:1959年,羅伯特森用電鏡觀察到了清晰的細(xì)胞膜照片,看到了暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu),并認(rèn)為:生物膜為三層統(tǒng)一的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。
學(xué)生活動六:根據(jù)羅伯特森觀察的結(jié)果構(gòu)建蛋白質(zhì)在磷脂雙分子層中排布方式的模型。
教師活動七:冰凍蝕刻電子顯微法觀察到: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)生活動七:根據(jù)蛋白質(zhì)的三種存在形式構(gòu)建蛋白質(zhì)分子在磷脂雙分子層中的排布模型。
教師活動八:1970年,弗雷和埃迪登將人和鼠的細(xì)胞膜蛋白分別用紅、綠熒光標(biāo)記后,讓兩種細(xì)胞融合,雜交細(xì)胞的一半發(fā)紅色熒光,另一半發(fā)綠色熒光,放置一段時間后發(fā)現(xiàn)兩種顏色的熒光均勻分布。這說明細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點是什么?
學(xué)生活動八:細(xì)胞膜具有一定的流動性。
設(shè)計目的:上述活動的目的主要是滲透以下思想:①讓學(xué)生沿著科學(xué)家的探索思路,領(lǐng)悟科學(xué)家的思維過程,讓這些知識成為學(xué)生再發(fā)現(xiàn)和再創(chuàng)造的過程,培養(yǎng)學(xué)生的探究能力;②現(xiàn)代技術(shù)對生物學(xué)的推動;③要勇于質(zhì)疑,勇于向權(quán)威挑戰(zhàn);④生物學(xué)每步前進(jìn)都是以實驗為基礎(chǔ)的;⑤實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。
教師活動九:桑格和尼克森在繼承創(chuàng)新中提出了“生物膜的流動鑲嵌模型”。
學(xué)生活動九:總結(jié)流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容。
設(shè)計目的:培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)能力,理解科學(xué)理論的建立過程,是一個不斷開拓、繼承、修正和發(fā)展的過程。
(3)總結(jié)評價。
教師活動十:生物膜的流動鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢?請談?wù)勀愕目捶ā?/p>
學(xué)生活動十:小組討論,發(fā)表見解:人類對自然界的認(rèn)識永無止境,對膜的研究將更加細(xì)致入微……
設(shè)計目的:①培養(yǎng)學(xué)生交流能力和合作的能力;②培養(yǎng)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
教師要利用貼近學(xué)生實際生活現(xiàn)象,為學(xué)生提供情境,激起學(xué)生的好奇心,引導(dǎo)學(xué)生去探究,去發(fā)現(xiàn)生命世界的奧秘。
教師要考慮學(xué)生現(xiàn)有的知識、能力和水平,應(yīng)根據(jù)學(xué)生的具體情況,由淺處入手,層層深入,創(chuàng)設(shè)情境,開展教學(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,平時還要注重對學(xué)生學(xué)習(xí)觀念和學(xué)習(xí)方式的培養(yǎng),使課堂探究能有效、有序地進(jìn)行。
在生物科學(xué)史上,一直存在著各種理論的激烈碰撞和斗爭,在教學(xué)中,教師應(yīng)允許學(xué)生不同觀點的存在,尊重學(xué)生的各抒己見,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(zhàn)書本的權(quán)威和教師的權(quán)威,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新精神
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