刘旭莹，白鹤龙，杜 博，信佳兴，4，叶董艳， 宋 肖
(1.长春师范大学化学学院，吉林 长春 130032；
2.吉林省靖宇县第七中学，吉林 白山 135200；
3.北京师范大学南川附属学校，重庆 408401；
4.公主岭市杨大城子镇第二中学校，吉林 长春 136129)
自19世纪以来，世界各国对科学教育进行了一次次的改革，使科学教育不仅注重知识的传授，更注重在培养学生的探究能力。如今，世界各国关注的重点在于对学生科学素养的培养，我国也提出初中化学以提高学生科学素养为主旨，学生能正确地把握科学规律、具备科学探究能力、理解学科本质、认识科学发展对社会的重要意义。
HPS教育是一种融入科学史、科学哲学和科学社会学的教学模式。把HPS教育融入中小学科学教材中，带领学生在科学探索的情境中追寻科学家的探索路线，为学生展示科学的演进过程和科学研究方法，寻求科学的内在本质，帮助学生初步形成科学观，并感受科学对社会发展的作用，以此真正有效地提高科学素养[1]。
随着科学教育的不断革新与科学史的地位日益突出，众多学者研究认为，学校的科学教育课程应包括科学史内容，通过科学史的学习，带领学生跟随科学家的脚步进入创设的历史情境，加深学生对科学知识形成过程的认识。生动的科学史能够感染学生，在潜移默化中培养学生的科学精神。
HPS教育看重科学哲学的培养，学生可以通过哲学思辨和科学探索，深入思考并了解科学的本质[2]，在科学探究中体会科学发展的过程，树立正确的科学观，从而提升科学素养。
科学受政治、经济、文化等影响，科学知识的形成、发展和传播都与社会密切相关，反过来，科学也在传播中影响社会、服务于社会，由此塑造学生正确认识科学的功能，提高学生的社会责任感。
教材是教师教学与学生学习的重要参考书。美国的HPS教育理念早已渗入所用教材——《科学探索者》中，而我国的HPS教育起步较晚，研究还不够系统与全面。因此，对我国人教版初中化学教材与美国教材进行比较，寻找两国初中化学教材在HPS内容选择与呈现方式上存在的差异，找出两版教材的特点，并吸取借鉴，可以为我国初中化学教学提供参考。
2.1 确定研究对象
选取人教版义务教育教科书《化学》和美国初中主流教材《科学探索者——化学反应》，两套教材都被广泛使用，具有典型性。而研究对象均选取了“物质构成”这部分内容，两套教材中关于“物质构成”内容框架梳理见表1[3]。
表1 中美初中化学教材中关于“物质构成”的内容
2.2 选取HPS内容编码
初中化学教材HPS内容分析，其基础是对“科学史”“科学哲学”“科学社会学”三大类目的细分。通过HPS内容分类编码，结合化学学科性质，得到化学学科HPS内容分析类目的操作编码表，见表2。
表2 HPS内容维度分析类目的操作编码表
3.1 HPS内容数量
通过表3可知，从HPS内容的总体数量来看，美国教材(40处)是我国教材(19处)的2倍多，可以看出美国教材在编写中注重融入HPS理念。
表3 中美初中化学教材中“物质构成”HPS内容维度编码统计
两国教材的不同内容维度的占比由大到小依次为科学哲学、科学史、科学社会学，由此可见，两国教材都注重培养学生对科学的认知和理解，形成化学思想，提升科学探究能力。但同时可以看出我国教材编写上关于“科学史”“科学社会学”内容的缺失。化学史中蕴含着科学思想、科学知识和科学家的探索精神，有助于学生理解科学方法，培养质疑与批判精神，发散思维，领会科学的本质，而科学社会学可以帮助学生感受到化学与社会、生活之间的紧密联系。这两处内容的缺少将无法更好地帮助对学生科学素养的培养。
3.2 HPS内容构成
两国教材中“物质构成”的HPS内容统计见表4。通过比较可以看到两国教材在“物质构成”的HPS内容选择上有很多差异，我国教材有关科学史、科学社会学内容较少。
表4 中美初中化学教材中“物质构成”的HPS内容及呈现方式统计
“科学史”方面：我国人教版在讲述相对原子质量时，以资料卡片的形式介绍了我国科学家张青莲教授主持测定某些原子的相对原子质量新值，他的科学成就对学生学习化学起到榜样示范作用，同时这部分内容有利于激发学生学习兴趣以及培养学生的爱国情怀；
在讲述元素时，资料卡片中提到了道尔顿设计的元素符号以及元素中文名称造字的规律，帮助学生拓宽视野，激发学习兴趣；
在元素一节最后的资料卡片里，介绍了道尔顿提出的原子论观点，以及与原子论有联系的化学史实，让学生体会到理论的取得凝结了许多科学家辛勤劳动的成果。而美国教材的“科学史”部分更加丰富，近乎用一节的内容讲解了原子结构和模型的发展历程，让学生系统地理解化学知识的形成过程；
在讲元素周期表时，介绍了许多化学家发现元素的小故事，扩大学生的知识面。
“科学哲学”方面：两国教材在数量以及呈现方式上相差不大，在教材中都加入了探究实验，除了让学生知道“是什么”“为什么”[4]，还要让学生知道“怎么做”，在探索中感受化学的实证性、预测性、逻辑性，从而体会化学的本质，形成科学意识，提高科学素养，可见两国教材都重视对学生化学思想的培养。
“科学社会学”方面：我国教材在该部分内容是缺失的，体现出我国教材对化学的社会功能阐释不足，难以让学生体会到化学与社会的关联。美国教材则主要介绍化学知识对生活的应用，体现化学能促进社会发展、改善人类生活，使学生理解化学学习的实用性。所以美版教材以此将化学与社会建立联系，但社会对化学的影响没有体现。通过比较可以看出两国在“科学社会学”内容上都有所欠缺，社会学家认为科学是在社会环境中发展起来的，科学既受社会价值的影响，又影响社会价值，因此，将“科学社会学”思想融入教材是不可忽视的。
3.3 选取“原子构成”进行HPS内容对比
在“物质构成”单元中，“原子构成”这一部分内容十分重要。所以，在此选取“原子构成”进行更为详细的比较分析。
有关“原子构成”的内容。在知识的结构上，我国人教版教材中，该部分内容在第三单元课题2“原子的结构”以及课题3“元素”的资料卡片中出现。而在美国教材《科学探索者——化学反应》一书中，该部分内容在第一章第一节“元素和原子”中出现。
从内容的难度上看，该部分我国教材的讲解学生很容易理解，对道尔顿的原子理论以资料卡片的形式展现，仅要求学生了解即可。可以看出，我国初中化学教材注重基础性，选择的内容难度较浅，易于理解。而美国教材对原子构成的讲述，是在许多科学家的探索过程中总结得出，对原子的构成讲述得比较分散，且内容涉及粒子撞击金箔、电子云等，学生在理解上可能存在困难。在讲述科学家们对原子构成的推理时，有的科学家的理论被推翻或是被修改。可能导致学生混淆记忆，美国教材编写更加注重拓展和延伸，该部分内容理解起来有一定难度，但是在这部分内容中，美国教材融入了很多HPS教育。
在内容的呈现方式上，我国教材在课题2中直接讲述原子的构成，并附有图片，并在课题3的资料卡片中展示出道尔顿提出的原子论观点，在栏目中展示与原子论相关的化学史实，篇幅较少。而美国教材对于原子结构和原子论的叙述用了较大篇幅，将原子模型和原子理论的发展史以文本和图片的形式展现给学生。书中涉及不少的科学人物，如道尔顿[5]、汤姆生、卢瑟福、波尔等，讲述了他们对原子理论和模型的探索过程和逻辑推理思路。HPS教育强调以史实为基础，从历史的角度还原科学，体现出科学知识的发展性、预测性和创造性，为学生展现了科学探索的本质。科学家们的辩证唯物主义思想让学生体会到科学知识在不断地完善和更新，研究过程曲折而漫长，科学知识需要用辩证的目光去预测、积累和创新。
从对内容的选择和表述上可以看出，我国教材重视学生对结果的掌握。书中直接介绍原子的构成，仅在资料卡片中对道尔顿提出的原子论作了简单介绍，所以对HPS教育强调的科学史和科学哲学部分是缺失的，这使学生被动地接受知识，不了解科学知识的演变过程，无法体验到科学家们探索科学过程和思路，也无法激起对科学探索的兴趣。而美国教材通过指引学生追寻科学家的脚步对原子进行再次的探索、思考和分析，潜移默化地帮助学生建立批判性思维，增强创新意识，从中领悟科学探究本质，体会科学家们在探索中的艰辛和持之以恒的精神，以此形成正确的科学知识观并提升科学素养。
由此可见，美国教材在“原子构成”这种过于理论性、抽象性的知识内容上，也能进行延伸和拓展，融入HPS教育理念，将“原子构成”与科学史、科学哲学紧密结合，添加人文色彩[6]，揭露科学本质，展现科学精神，帮助学生拓宽视野。所以，我国可以借鉴美国教材中的HPS内容，取长补短。
4.1 结合教材内容，融入相关化学史内容
初中化学是学生正式接触化学这门学科的起始阶段，除了重视内容的基础性，还需要把握教材的科普性。在符合学生认知发展规律的基础上，教材可以适当地对知识进行拓展和延伸，增加化学史的介绍，将化学史上新物质的研究和发现过程作为HPS教育的素材。这样不仅可以拓宽学生视野，更能带领学生领会化学理论的形成过程，感受其中的科学精神。教师通过讲述化学史发展过程、展示相关照片、节选化学家进行探索时遇到困难并解决的某一个探索片段等化学课堂情境的创设，给学生提供探索问题解决问题的氛围，帮助学生进行积极的情感体验，融入知识的学习探索过程。例如：在介绍侯氏制碱法时，不仅要介绍反应原理，更要将侯德榜制碱背后的故事讲述给学生，学习他的爱国主义情怀以及敢于攻克难坚、以德报怨、勇于创新的高尚品德。在教学中融入化学史[7]，再现化学知识的形成过程，可以引导学生依照化学家的思维方式进行探索知识。如介绍“张青莲与相对原子质量的测定”时，不局限于对研究成果的简单介绍，而要完整地呈现出研究过程，让学生体会到科学研究的艰辛与曲折，或者适当提供原始资料，使史料更有说服力，并引导学生积极进行自主调查、搜集资料，加强学生对化学史学习的重视程度[8]。
4.2 提炼隐含思想，增强科学哲学思想
教学中化学史的融入，也有利于“科学哲学”教育。了解科学家们探索知识的过程，可以让学生直观地感受到科学的批判性、发展性、累积性和创造性，并进行爱国主义教育。实验环节一直是我国化学教学中看重的一部分，书中有教师演示实验、学生自主探究实验、家庭实验，通过这些探究实验，学生可以感受化学的本质，提升化学学习思维，落实化学核心素养。所以，教师在实际的教学当中，要注重每一个实验探究，重在启发与适当的引领，让学生自主思考如何设计实验、如何进行实验、如何解决问题。在此过程中，教师可以鼓励学生勇于创新，自制实验仪器，尝试使用不同原理进行实验，预测设计后的实验走向，让课堂教学不局限于书本，带领学生在充满创造性的课堂情境中感受探索未知的快乐。在教学中，教师不能局限于课本上的知识，而要在教学中精心设计一个个教学情境，带领学生触碰科学哲学的精神内涵。例如在讲述碳的燃烧产物时，不能只告诉学生氧气充足生成二氧化碳，氧气不足生成一氧化碳，而要与学生一起探究产物不同的原因，体会到化学中的量变与质变，在潜移默化中进行科学哲学思想的培养。
4.3 拓宽知识视野，领悟科学社会学
“科学社会学”的教学不可忽略，这是提升学生化学学习兴趣的有效手段。为了让学生更好地了解化学与社会的关系，可以在教材中增加“科学社会学”相关内容，将两者相互影响部分的内容通过丰富多彩的方式进行呈现，让学生直观认识到科技与社会的相互关系，感受到化学促进社会发展、改善人类生活的重大作用，社会的需求也能促使化学得到不断的发展和进步。通过典型案例的教学，可以帮助学生体会化学对社会生活的影响，以及化学的广泛应用。例如，在《绪言》课中，可以引用《化学的今天和明天——一门中心的实用的和创造性的科学》这本书里的一部分精彩叙述：“从早晨开始，我们在用化学品建造的住宅和公寓中醒来，家具是部分地用化学工业生产的现代材料制作的，我们使用的肥皂和牙膏并穿上由合成纤维和合成染料制成的衣着，即使天然的纤维(如羊毛或棉花)也是经化学品处理过并染色的，这样可以改进它们的性能。”由此，让学生感受到化学就在身边。
与美国教材相比，我国教材在HPS教育的呈现上还有很多需要思考的地方。教育工作者要重视HPS化学教学，探索化学学科HPS教学模式，将HPS教育中蕴含的科学探究方法和思维模式应用于教育教学当中，从而影响学生的学习习惯和思考方式[9]。要在教学中融入“科学史”“科学哲学”“科学社会学”，在教学中融入化学史，再现化学知识的形成过程，引导学生依照化学家的思维方式进行探索知识。
袁维新曾提出一般HPS教学模式，即“提出问题—引出概念—学习历史—设计实验—展示科学观念和实验检验—总结与评价”。可以看出，HPS教育并不是单纯地把化学史等内容直接介绍传授给学生，而是通过创设一个个情境进行教学，潜移默化地影响学生，帮助学生了解科学的本质，体验科学的形成过程，感受科学精神，认识科学对社会发展的重要性，掌握应用科学的方法，提升解决实际问题的能力[10]。
将HPS教育融入实际的课堂教学，需要教师花费很多的精力。教师应加强对HPS化学领域的探索，丰富化学HPS教育知识，开发化学HPS教育资源，探索化学HPS教育模式并进行应用实践，帮助学生灵活选择不同的学习方式，让HPS教育真正融入化学教学课堂。
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