HPS教育视角下中美高中地理教材对比研究--以“大气专题”为例

C3 指科学与职业，如不同科学家的职业、工作及其对社会的影响
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
③、为什么会形成电流③、如何模拟云层的覆盖③；【技能实验】
科学哲学
B2
两小儿辩日①、理解气压梯度力③、假 设法探究大气环流③、判断“智筑冰城 时”的天气③、识别天气图③、验证“朝 霞不出门，晚霞行千里”的可靠性③、 对保温作用的理解③、验证“点蜡烛切 洋 葱 不 流 泪 ”③ 、大 气 环 流 逻 辑 线 索 ③、探究热带雨林气候③
A1
马维度③、臭氧含量减少的危害③、热 带草原气候③
科里奥利效应②、马维度①、厄尔尼诺①、温室效应①
科学史
A2
哥伦布和郑和帆船航行③、孔明发明 热气球③、李时珍对梅雨的记载③
气象学家爱德华·洛伦兹①、改良藤田龙卷风强度级数②、萨菲 尔—辛普森飓风等级②、柯本气候分类系统①、天文学家 E.W. 蒙 德以及蒙德极小期①、科学家路克·何华特云的分类系统②
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
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。
*资助项目：“广西高等学校千名中青年骨干教师培育计划”人文社会科学类课题“‘互联网+培训’的西南民族地区乡村高 中教师专业发展精准帮扶研究”（2020QGRW024）。
202“大气专题”的内容框架
中国湘教版
美国《地球科学》
表 2 HPS 内容维度分析类目操作编码表
科学社会学
C2
南极洲附近居民涂防晒霜③、“智筑冰 加热灯的应用②、煤气炉的热传导②、采集气象数据①、天气预
城”③、平流层飞行①、“朝霞不出门， 报①、雷电天气的安全防范①、龙卷风的安全防范①、飓风警报
晚霞行千里”③“、报时雨”③
和安全防范①、环境保护措施①
C3
—
气象观测员③、气象学家③、风暴观测员③、气候学家③
科学史
类目
科学知识
科学人物 重大科学历史事件
科学探究过程
科学知识的本质
科学哲学 科学探索的本质
科学社会学
地理学思想
科学影响 科学应用 科学事业
编码
地理学科 HPS 内容解读
A1
历史上地理科学概念、科学思想、科学假说和科学理论的产生和发展。科学知识 偏向于历史上形成结论、成为成果的科学内容
A2 相关的地理学家，包括其生平介绍、趣闻事迹、主要成就
如何计算相对湿度③、解读科学图表③；【迷你实验】调查露水 的 形 成 ③ 、比 较 太 阳 高 度 ③ 、模 拟 洪 水 环 境 ③ 、模 拟 温 室 效 应 ③；【地学实验】研究大气压力与温度的关系③、解读气象图③、 追踪热带气旋③、识别小气候③；【数据分析实验】如何计算一 次热浪③、美国亚利桑那州菲尼克斯的气温是多少③；【探险现 场】风暴观测员③ 第 11 章复习检测中的“批判性思维”问题（共 8 处）③ 第 12 章复习检测中的“批判性思维”问题（共 6 处）③
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。
A3 某时段发生的与地理科学有关的，且有一定学科意义的历史事件
A4 历史上地理科学某些（重要）理论、原理的发展历程和探究过程
B1
发展性（科学知识是不断变化的）、预测性（科学知识能够预测一些未知的事实并 加以验证）、创造性（科学知识不仅是静态的积累，更是人类不断创造的产物）
实证性（科学探究基于证据而得以说明，科学结论要具有检验性）、批判与创新性
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
注“：①、②、③”指的是 HPS 内容呈现方式，①代表正文、②代表图表、③代表栏目
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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。
数量/处
小计
4
6
18
3
（21.7%）
5
2
45
51 （61.4%）
4
3
8
14 （16.9%）
3
83
两者之和
数量/处
小计
7
9
27
6
（23.9%）
5
3
55
67 （59.3%）
9
3
13
19 （16.8%）
3
113
表 4 中美高中地理教材中“大气专题”HPS 教育内容及呈现方式统计
类目
中国湘教版
美国《地球科学》
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
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. 选取 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）。
B2 （科学研究在不断的质疑与批判中得以发展，科学结论要经得住质疑与批判）、逻
辑与推理（通过逻辑推理、想象等科学方法进行探索学习）
B3
地理学基本思想主要为人地关系思想、可持续发展思想、因地制宜思想、地理尺度 思想、整体性思想、区域思想及地理空间秩序思想等［3］
C1 指某一地理行为对经济社会的影响
C2 指地理理论在实际生活中的具体应用
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HPS 教育视角下中美高中地理教材对比研究*
——以“大气专题”为例
张清苹 1，2 ，张胜前 1 ，龚玉葵 3 （1. 南宁师范大学 地理与规划学院，广西 南宁 530000；2. 南宁市邕宁高级中学，广西 南宁 530299；
3. 南宁市第八中学，广西 南宁 530000）
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
第 13 章复习检测中的“批判性思维”问题（共 9 处）③
第 14 章复习检测中的“批判性思维”问题（共 5 处）③
B3
臭氧层破坏③、逆温现象③、热岛效应 ③、大气热力作用的意义③、雾霾对生 活的影响③
纽约大气污染②、臭氧空洞的影响①、砍伐森林对全球变暖的影 响①、全球气候变暖对北极的影响③
C1
—
臭氧空洞的影响①、全球气候变暖对北极的影响①、砍伐森林对 全球变暖的影响③
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表 3 中美高中地理教材中“大气专题”HPS 内容维度编码统计数据表
HPS 类目
主类目
子类目
A1
A2
科学史
A3
A4
B1
科学哲学
B2
B3
C1
科学 社会学
C2
C3
小计
中国湘教版
数量/处
小计
3
3
9
3
（30%）
0
1
10
16 （53.3%）
5
0
5
5 （16.7%）
0
30
美国《地球科学》
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。
A3
二氧化碳浓度上升③、发现南极臭氧 洞②③、美国加州山火③
南极上空臭氧含量下降③、皮纳图博火山喷发②、卡特里娜飓风②
A4
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臭氧变化③、天气预报——在混沌中寻找精确③、追踪风暴②、 自动地面观测系统③、风寒指数的计算③
B1 预测医院就诊数上升的科室③
对大气成分的认识②、预测美国大多数龙卷风的路径①
【起步实验】是什么原因导致云的形成③、冷气团是如何形成的