HPS教育视角下中美高中地理教材对比研究

张清苹 张胜前 龚玉葵

摘 要：本文以2019年湘教版《地理1》《选择性必修1》与美国《科学发现者——地球科学》中的“大气专题”为例，基于科学史、科学哲学与科学社会学的视角，从HPS的内容数量、构成以及呈现方式等方面进行统计与分析，客观地反映两国高中地理教材融入HPS教育的现状和特点，并提出建议：地理教材中增加HPS教育内容，转变地理教材为地理学材;地理教学应重视HPS地理教学，注重地理学科HPS教学策略;地理教师应积极开发HPS地理资源，探索地理学科HPS教学模式等，以期为今后的HPS地理教育提供参考。

关键词：HPS教育;中美高中地理教材;大气专题

HPS（History of Science and Philosophy of Scionce）是指从“科学史”“科学哲学”和“科学社会学”的角度理解科学教育，并提倡从科学哲学、科学社会学、科学史学等多个视角来筛选、编排教育内容，以期使科学教育能真正地、有效地、全面地提高全民科学素养[1]。目前，我国的HPS教育多集中于物理、化学、生物等学科，地理学科的相关研究较少。美国的HPS教育研究走在国际前沿，在其高中主流理科教材《科学发现者——地球科学》（以下简称《地球科学》）中有明显的HPS理念渗透和内容呈现，因此笔者将其与我国湘教版高中地理新教材进行对比，试图寻找两国地理教材中HPS内容选取和呈现方式的差异，为地理教材编写和地理课堂教学提供参考。

一、HPS教育的内涵和特征

HPS教育的基本理念是在科学教育的过程中要从“科学史”“科学哲学”和“科学社会学”三个方面进行。HPS教育的主要内涵有以下三点，一是科学史：主要是将学生带入科学发展史的情境中，让学生沿着科学家的足迹进行再探索、再发现，这不仅能激发学生对科学探究的兴致，还能帮助学生厘清某一领域发展的内部逻辑。二是科学哲学：主要是关注学生的世界观和科学观，即在学习过程中思考“科学是什么”“科学的本质是什么”等问题;借助对科学本质问题的不断思辨，有助于学生对科学本质的理解，树立正确的科学观。三是科学社会学：主要在于揭示科学发展的社会背景及科学的社会功能;让学生感受到科学并不遥远，科学服务于社会，由此塑造学生对科学功能作用的认识。

我国学者张晶总结了HPS教育有五个主要特征：以科学的基本史料为基础、重视对科学作哲学思考、以建构论为理论背景、从重视科学实证知识的传播过渡到理解科学本质、从培养科学精英过渡到培养有科学素养的公众[2]。

二、中美高中地理教材中HPS内容对比研究的设计

1.确定研究对象

湘教版高中地理教材《地理1》《选择性必修1》是以我国2017年版高中地理课程标准为指导编写的，于2019年正式出版。美国高中主流理科教材《地球科学》是在美国NGSS和21世纪核心素养要求下编写的，于2018年由浙江教育出版社引进、翻译并出版（第二版）。两套教材都被广泛使用，具有典型性。其中《地球科学》全书内容共8个单元（共30章），学科知识广度大大超过国内教材，翻译版的页数达到了915页。为了确保研究对象范围的一致性，本文选择两套教材中的“大气专题”作为研究对象。以下是两套教材中关于“大气专题”内容框架梳理（表1）。

2.選取HPS内容编码

高中地理教材HPS内容分析的基础是对三大类子类目的细分。本文在参考David.F.Robitaille（1993）进行TIMSS调查时，通过HPS内容的分类编码以及在黄晓、严珍珠、黄沁昕等人的硕博论文基础上，结合地理学科性质得到地理学科HPS内容分析类目操作的编码表（表2）。

三、中美高中地理教材中HPS内容对比结果分析

1.HPS内容数量

本次教材的分析以“处”为统计单位，对两套教材“大气专题”中HPS内容按类目操作编码进行编码和数据统计。若教科书同一部分的内容出现在两个子类目中，则两个子类目各记录一次，统计结果如表3所示。

从总体上看，美国《地球科学》教材中HPS内容的数量比中国湘教版教材多近三倍，这体现了美国对HPS教育的重视。从局部看，不同内容维度的主类目在两套教材中的占比情况均为：科学哲学>科学史>科学社会学。在具体的子目中，科学史中“科学人物”（A2）占比最大，科学哲学中“科学探索的本质”（B2）占比最大，科学社会学中“科学应用”（C2）占比最大。这反映了两套教材都重视引导学生思考“什么是科学”，在一定程度上有利于提升学生的探究能力、思辨能力。但同时，这样的结果也忽略了HPS教育“以科学的基本史料为基础”的特征，不利于学生领悟知识理论的演变和吸引学生探索科学体验的兴趣。

2.HPS内容构成

经对比，两套教材中“大气专题”的HPS内容统计如表4所示。通过本表可发现两国在该专题的HPS内容选择上存在较大差异。

从“科学史”方面看：在“大气专题”内容中，湘教版选取的科学史内容包含了我国古代“郑和航行”“孔明发明热气球”“李时珍对梅雨的记载”等素材，体现了对中国传统文化的弘扬;《地球科学》展示了不同国家的科学家在气候分类、云的分类、飓风分类上做出的贡献，能更全面展示全球地理科学家的科学研究史;同时，《地球科学》还注重“科学过程”的学习，在本主题中引入了“臭氧变化、天气预报——在混沌中寻找精确”等内容，将科学发展的历程活灵活现地展示在学生面前，让学生能更系统地了解科学知识产生的过程。

从“科学哲学”方面看：这部分内容是两个版本的教材在数量和内容上差异最大的一部分。《地球科学》注重多学科内容的融合，同时在每章都嵌入四类实验：迷你实验、地学实验、探索实验和技能实验。而湘教版教材更重视基础知识的传达，旨在为学生呈现“是什么”“为什么”，而相对忽视了对“怎么做”的科学思维和探究方法的介绍。另外，我国教材的案例主要关注本地、本国的人地关系问题，视角有一定局限性。

从“科学社会学”方面看：湘教版的“科学影响”“科学事业”内容是缺失的，这体现出我国教材对地学社会功能的阐述不足。《地球科学》教材在该方面却渗透得比较好，如在“地球科学相关职业”的栏目中介绍了科学家的职业、工作内容以及对社会的作用，利于激发更多的青少年在未来走向科学研究的道路。另外，《地球科学》教材包含了较多“科学应用”的内容。以“气象学”一章为例，教材中加入了“采集气象数据”和“解读气象图”等内容，能更好地呈现科学家研究气象的方法，使学生理解地理学习的实用性以及社会应用价值。

3.HPS内容呈现方式

研究HPS教育内容的呈现方式也是了解其在教材中渗透情况的途径之一。因为内容的具体呈现方式会对学生阅读、掌握知识的过程产生影响，进而影响学生的学习效果。本文将教材的呈现方式分为正文、图表、栏目三种，对两套教材中“大气专题”的内容呈现方式进行统计后获得的结果如表5所示。

通过表5，可以看出湘教版教材的HPS内容几乎都呈现在“栏目”里，这样的呈现方式比较单一。而《地球科学》教材中的HPS内容则在正文、图表和栏目中都有分布，呈现形式多样。此外，虽然两套教材的HPS内容都主要以“栏目”形式呈现，但其栏目设置的内容、位置、数量都有较大差异。如表6所示，湘教版教材的“栏目”共6个，其中设置在“章节前”和“章节中”的栏目较少，且没有“章节后”的栏目，这不利于学生学习的升华和巩固。相较而言，《地球科学》教材栏目的设置更丰富一些，比较注重对学生的学法指导。

四、启示与建议

1.地理教材方面：增加HPS教育内容，转变地理教材为地理学材

通过对中美两国地理教材的比对，可以看出我国地理教材对“科学史”和“科学哲学”的融入力度较小，教材的活动操作性、社会实践性尚待提高，这也为我国的地理教材编写带来一定的启示，主要有两点：一是关注HPS内容的融入与革新。今后的地理教材应更注重对HPS内容的遴选和研究，可融入更多的地理科学发现史故事;融合更多生活中的知识和探索活动;呈现与地理科学相关的职业介绍;关注更大范围的人地关系问题等，进一步凸显教材HPS教育的育人价值。二是注重全过程学习材料的呈现。今后的地理教材应设置更丰富的栏目，提供足够的“脚手架”材料，让学生在“学前—学中—学后”均有相应指导，促使学生更充分地去讨论、探究科学问题，进而实现从“地理教材”到“地理学材”的转变。

2.地理教学方面： 重视HPS地理教学，注重地理学科HPS教学策略

从长远来说，HPS教育中蕴涵的思维方式和解决问题的科学方法将影响学生的终身学习。因此，在现实的地理教学中需要重视HPS教育，关注“科学史”“科学哲学”和“科学社会学”的地理教学策略，主要有三点：一是在“地理科学史”的教学中，应注重再现式教学。开展再现式教学，将地理知识产生的经过有选择地再现在学生面前，促使学生认识地理学家的认知路线、思维方式及探索精神等，引导学生如地理学家那样思考、探索，体验地理知识产生、发展的过程[3]。比如，在“自然地理环境的差异性”一课中，可引入洪堡在钦博拉索峰考察并绘制出“自然之图”的科学史故事，设置相关问题引导学生进行“山地垂直地带性”内容的学习。二是在“地理科学哲学”的教学中，应注重科学探索过程。可在课堂教学中加入观察、实验等基础科学研究方法，尤其是地理学特有技能（如看圖、绘图等）的学习，在课后设置不同的地理考察、调查等活动。通过项目式的研究实践活动来帮助学生深入理解“地理科学”教学中复杂的地理过程，提升地理学习的理性思维，落实地理核心素养。比如，在“自然界的水循环”一课中，可设计“一棵树能产生多少水”的实验，让学生体验地理问题探究的过程，达成“水循环”的课标要求。三是在“地理科学社会学”的教学中，应注重案例学习和角色体验。通过典型案例的学习，帮助学生切身体会“地理科学的影响”和“地理科学的应用”;运用角色扮演等教学方法，让学生体会“地理科学事业”的意义和价值。比如，在“地理信息技术在区域地理环境研究中的应用”一课中，可展示地理“3S”技术在防灾减灾中的应用案例，并设计学生扮演紧急救援中心工作人员利用“3S”技术参与救援的活动，加深学生对地理学科社会价值的认识。

3.地理教师方面：开发HPS地理资源，探索地理学科HPS教学模式

地理教师对本学科HPS教育内容的认识，一定程度上决定了地理学科开展HPS教育的质量。目前，HPS教育在我国整体上还不够受重视，导致教师的HPS教育开发能力有限，今后各教育部门要加强教师HPS教育技能的培训。同时，一线的地理教师还应主动加强自己学科领域HPS教育的探索，主要途径有三种：一是丰富地理学科HPS教育知识。地理教师应系统学习HPS教育的理念、价值、特点等知识，并通过自学《地理学思想史》《当代地理学方法》《重新发现地理学：与科学和社会的新关联》等教材，充实自身关于地理学科HPS教育的知识。二是开发地理学科HPS教育资源。针对现行地理教科书中HPS内容不足的现状，教师应积极选择具有科学性、代表性的地理科学史、地理科学哲学、地理科学与社会学的素材作为地理教学内容。三是探索地理学科HPS教学模式。袁维新[4]曾提出“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”的一般HPS教学模式。广大地理教育工作者还应结合地理学科的特点，在“科学性、适学性、适量性”等原则下，灵活选择不同的学习方式，探索基于HPS教育的地理课堂教学模式并加以实践，让学生在HPS地理教育的学习中走进更广阔的地理殿堂。▲

参考文献：

[1] 白旸，曾思敏.HPS教育视角下的地理教育普及调查研究[J].亚太教育，2015（20）：111-112.

[2] 张晶.HPS教育的五个主要特征及其对我国科学教育改革的启示[J].科学技术哲学研究，2010（01）：92-96.

[3]张家辉，袁孝亭.基于地理素养培育的地理学史教育：价值与策略[J].教育理论与实践，2015（26）：6-8.

[4] 袁维新.HPS教育：一种新的科学教育范式[J].教育科学研究，2010（07）：48-51（55）.