黃增壽

摘要：為探究多樣有效的生物科學(xué)史教學(xué)策略，采用案例分析法進行研究，充分利用生物科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究等生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

關(guān)鍵詞：生物科學(xué)史教學(xué)策略科學(xué)思維科學(xué)探究

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

生物科學(xué)史既包括科學(xué)家對生命現(xiàn)象的研究過程，又包括科學(xué)家研究生命現(xiàn)象時所持有的觀點和態(tài)度;既包括生物學(xué)理論和方法的形成演變，又包括不同學(xué)科之間的聯(lián)系、科學(xué)與社會的相互影響?，F(xiàn)行的高中生物教材中引入科學(xué)史的目的，是讓學(xué)生從知識的發(fā)生過程來理解知識，進一步理解和掌握“科學(xué)探究”的基本思路和基本方法，從而感悟科學(xué)家嚴謹、求真、堅持不懈的科學(xué)態(tài)度和精神。教師可將思維教學(xué)與科學(xué)史的教學(xué)、探究活動的設(shè)計和實施有機結(jié)合起來，利用科學(xué)家不迷信權(quán)威、敢于質(zhì)疑的事例，讓學(xué)生感受批判質(zhì)疑精神的啟迪;引導(dǎo)學(xué)生分析科學(xué)家的實驗和親身參與探究活動，促進學(xué)生提升獲取證據(jù)、邏輯推理等方面的能力。在教學(xué)過程中，教師重視和做好生物科學(xué)史的教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究”和“科學(xué)思維”等學(xué)科素養(yǎng)具有重要意義。

下面從高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)之“科學(xué)探究”和“科學(xué)思維”中所包含的實驗設(shè)計、模型構(gòu)建、創(chuàng)設(shè)問題、自主拓展四個方面，進行教學(xué)策略指導(dǎo)與相應(yīng)的案例分析，以及具體的教學(xué)過程設(shè)計闡述。

1基于實驗設(shè)計的教學(xué)策略

實驗設(shè)計是科學(xué)探究的重要環(huán)節(jié)，生物科學(xué)史中有著大量的實驗設(shè)計內(nèi)容。在利用生物科學(xué)史的教學(xué)過程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生到科學(xué)家當(dāng)時的情境中去設(shè)計實驗，引導(dǎo)學(xué)生把注意力集中在提出問題、實驗設(shè)計上，并根據(jù)實驗結(jié)果得出相應(yīng)的結(jié)論，使學(xué)生在積極、主動的實驗探究活動中，形成探究的技術(shù)和方法，提升“科學(xué)探究”能力。

案例1：生長素的發(fā)現(xiàn)。

案例分析：生長素的發(fā)現(xiàn)前后歷時幾十年，由幾代科學(xué)家通過一系列實驗完成，可以說是集體智慧的結(jié)晶。教材中列出了達爾文、詹森、拜爾、溫特4位科學(xué)家所做的代表性實驗，其他科學(xué)家最終在他們實驗成果的基礎(chǔ)上，應(yīng)用現(xiàn)代的生物技術(shù)分析出生長素的化學(xué)本質(zhì)是吲哚乙酸。4個實驗的分析講解需要在一個課時內(nèi)完成。以往的教學(xué)常規(guī)處理方式是教師逐個講解科學(xué)家的實驗，先分析科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的問題，再介紹實驗過程，最后得出結(jié)論。教師講完4個實驗，學(xué)生聽了一節(jié)整課，覺得枯燥無味，反饋發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)效果并不理想。如果教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計這些實驗，促進學(xué)生深入理解其中的實驗方法，能發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)探究能力。

教學(xué)過程：教師展示植物向光性的圖片，引入向光性，并介紹生長素發(fā)現(xiàn)的時間跨度和主要的代表科學(xué)家，讓學(xué)生感受科學(xué)家的堅持、艱辛和投入，感悟每一項科學(xué)的發(fā)現(xiàn)和進展都是許多科學(xué)家一點一滴心血的集合。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生扮演當(dāng)時的科學(xué)家，自行設(shè)計這些實驗，復(fù)習(xí)對照實驗、對照組、實驗組、自變量、因變量、無關(guān)變量、單一變量原則等實驗設(shè)計知識點。準備工作完成后，學(xué)生跟隨教師的引導(dǎo)來開始實驗設(shè)計。教師將以往講解完后才得出的實驗結(jié)論，轉(zhuǎn)換成實驗題目，先展示出來，再提供相應(yīng)的實驗材料，然后讓學(xué)生每4人一組，討論設(shè)計出對照組和實驗組。以達爾文的實驗為例，教師先把實驗的相關(guān)結(jié)論轉(zhuǎn)換成3個實驗題目：證明胚芽鞘向光彎曲的外因是單側(cè)光;證明胚芽鞘向光彎曲的內(nèi)因是胚芽鞘的尖端;證明胚芽鞘的感光部位是胚芽鞘的尖端。教師先出示第一個實驗題目，并給出實驗材料——胚芽鞘、兩個紙箱（一個一邊有個小孔，一個沒有小孔），然后要求學(xué)生分組討論。由于給的材料的提示作用很明顯，學(xué)生很快設(shè)計出對照組（用沒有孔的紙箱蓋著胚芽鞘）和實驗組（用帶孔的紙箱蓋著胚芽鞘）。教師再引導(dǎo)學(xué)生分析該實驗中的自變量、因變量和無關(guān)變量，并引導(dǎo)學(xué)生思考：①胚芽鞘沒有光能否生長？②對照組應(yīng)該怎樣設(shè)計？學(xué)生會注意到黑暗中胚芽鞘也能生長。也有學(xué)生想到：將胚芽鞘放在均勻光中，也可以作為對照組。學(xué)生有了第一個實驗設(shè)計的成功經(jīng)驗，在后續(xù)的幾個實驗中，根據(jù)實驗題目和給出的材料提示，都能很快設(shè)計出實驗。同時，他們對以實驗題目形式給出的實驗結(jié)論，也有了很深的印象。

2基于模型構(gòu)建的教學(xué)策略

一些重要生物結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)對生物學(xué)的發(fā)展具有劃時代的意義，教材中呈現(xiàn)了科學(xué)家構(gòu)建這些結(jié)構(gòu)模型的過程，這也是生物科學(xué)史的重要部分。通常，教師在課堂上多展示圖片，或用現(xiàn)成的實物模型教具來為學(xué)生講解結(jié)構(gòu)。圖片是平面的，很難直觀地為學(xué)生展示立體的空間結(jié)構(gòu)，而實物教具數(shù)量有限，由教師拿著講解，很難讓每個學(xué)生清楚地看清細節(jié)結(jié)構(gòu)。教師不如讓每個學(xué)生親自動手制作這些結(jié)構(gòu)模型，使學(xué)生體會這些結(jié)構(gòu)由零部件一步步構(gòu)建成一個整體的過程，也體會科學(xué)家不斷探索、反復(fù)修改完善的艱辛歷程，從而培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)思維”和提升“科學(xué)探究”能力。

案例2：構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。

案例分析：DNA的雙螺旋的結(jié)構(gòu)是教學(xué)中的一個難點，要求學(xué)生有一定的空間想象能力。教材內(nèi)容上也有DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的構(gòu)建實驗，但由于課時或材料的限制，許多教師都予以忽視，或者是講完課后讓學(xué)生自己回家做。如果教師能做到邊講解，邊讓學(xué)生親自動手做，可使學(xué)生更好地理解結(jié)構(gòu)特征，弄清一些教師難以解釋清楚的細節(jié)問題，再在課外自己構(gòu)建完整的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，學(xué)習(xí)效果會比較好。

教學(xué)過程：課前，教師要求每兩名學(xué)生為1個小組先準備好所需的材料。用什么材料代表脫氧核糖（要用五邊形的），用什么材料代表磷酸，用什么材料代表4種堿基（要考慮配對），用什么材料代表骨架（可提醒學(xué)生用銅絲）等由小組決定。教師由DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)獲得諾貝爾獎引入，提出這節(jié)課就跟著沃森和克里克兩位科學(xué)家的思路來構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型：先用銅絲（作骨架的材料）把“磷酸”和“脫氧核糖”交替穿起來，排列在外側(cè);其次4種不同的“堿基”連接成“堿基對”，并且堿基配對有一定的規(guī)律——腺嘌呤（A）一定與胸腺嘧啶（T）配對、鳥嘌呤（G）一定與胞嘧啶（C）配對，A與T用2個氫鍵連接，G和C是用3個氫鍵連接。學(xué)生將自己構(gòu)建好的雙鏈DNA結(jié)構(gòu)與課本上總結(jié)的三個特征一一對應(yīng)，再試著扭轉(zhuǎn)出雙螺旋結(jié)構(gòu)。在這個過程中，每個學(xué)生都能清楚地看清細節(jié)結(jié)構(gòu)，深入理解了雙螺旋的空間結(jié)構(gòu)。

3基于創(chuàng)設(shè)問題的教學(xué)策略

生物科學(xué)史的每一項發(fā)現(xiàn)、每一個實驗結(jié)論的得出，都經(jīng)過科學(xué)家不斷質(zhì)疑、思考的過程。因此，教師在生物科學(xué)史的實驗教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生運用批判性思維去分析科學(xué)家的實驗過程，及時引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑并提出問題。教師可采用分組的形式，要求每個小組提出幾個問題，綜合全班的問題形成問題串，然后引導(dǎo)各小組對問題串進行思考、討論，在提問和解決問題的過程中，培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)思維”和“科學(xué)探究”。

案例3：酶的發(fā)現(xiàn)。

案例分析：人教版必修1教材中“酶的發(fā)現(xiàn)”中提及意大利科學(xué)家斯帕蘭扎尼的科學(xué)史小實驗，“將肉塊放入金屬籠內(nèi)，然后讓鷹吞下去，過一段時間把籠子取出，發(fā)現(xiàn)肉塊沒了”。教師可創(chuàng)設(shè)問題串，引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)史的學(xué)習(xí)中提升“科學(xué)探究”的能力。

教學(xué)過程：教師先播放該實驗的動畫過程，然后提出一系列問題。例如，選擇鷹作為實驗對象和把肉塊放在金屬籠子里的原因是什么？為什么選擇金屬籠子？若用封閉的金屬袋會出現(xiàn)什么結(jié)果？為什么金屬籠子內(nèi)的肉塊會不見了？教師引導(dǎo)學(xué)生分析、思考，多創(chuàng)造機會讓學(xué)生提出見解、闡述理由，引導(dǎo)學(xué)生判斷觀點的正確與否、理由是否充分，促進學(xué)生形成客觀正確的解釋。這樣就滿足了學(xué)生學(xué)習(xí)知識的需求，同時增強了課堂的趣味性，培養(yǎng)了學(xué)生自主質(zhì)疑、合作解答的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣。

4基于自主拓展的教學(xué)策略

生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)不應(yīng)該只拘泥于教師在課堂上所教授的，內(nèi)容也不應(yīng)該只局限于考綱中考查的內(nèi)容。教師要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生物學(xué)科的前沿、關(guān)注生物科學(xué)進展，做到關(guān)注近代生物科學(xué)史的同時，也要關(guān)注現(xiàn)代生物科學(xué)史。例如，每年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎是很好的生物科學(xué)史教育素材，教師可以讓學(xué)生自主組成興趣小組，分工合作，多途徑、多渠道搜索獲取知識，設(shè)計方案、實施方案以及對結(jié)果的交流與討論，從而提升學(xué)生“科學(xué)探究”能力。

案例4：屠呦呦發(fā)現(xiàn)抗瘧藥物青蒿素。

案例分析：科學(xué)家屠呦呦是我國第一個獲得諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎的女科學(xué)家，她發(fā)現(xiàn)抗瘧藥物青蒿素這一事實對有志于科學(xué)研究的學(xué)生是一個很好的激勵素材。了解屠呦呦的生平，獲知她科研路上的艱辛，有利于激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)的熱情、勇氣和欲望，培養(yǎng)他們堅忍不拔的意志品質(zhì)。同時，學(xué)生也能從她的研究成果中，獲得關(guān)于免疫反應(yīng)、寄生生物、藥物作用機理等知識。

教學(xué)過程：教師簡單地向?qū)W生介紹2015年的諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎。學(xué)生每四個人為一組，周末回家從報刊雜志、電視新聞或網(wǎng)絡(luò)上尋找屠呦呦本人及其研究成果的相關(guān)信息，通過整合精簡，制作成PPT，在課上向教師和全班同學(xué)展示。教師可以提示學(xué)生從不同角度入手，選取一個方面，不用面面俱到。課堂上，各小組展示自己的研究成果。搜集資料、制作PPT、潤色修改、展示講解，各個環(huán)節(jié)都是對學(xué)生能力的培養(yǎng)和體現(xiàn)。

5結(jié)語

筆者在課堂觀察過程中發(fā)現(xiàn)，個別教師對生物科學(xué)史的價值認識不深，認為可有可無，未能充分利用生物科學(xué)史作為素材來培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。教師不但要重視生物科學(xué)史，還要利用正確的策略教好生物科學(xué)史;不但要根據(jù)學(xué)生的情況不同采取不同的教學(xué)方法，也要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同采取不同的處理方式。生物科學(xué)史既是實驗史，也是生活史，是充滿活力的，教師應(yīng)該倡導(dǎo)生活孕育科學(xué)的理念，合理組織教學(xué)內(nèi)容，關(guān)注社會，貼近生活，采用多樣的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑、探索、思考、合作等多方面的素養(yǎng)，提升高中學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。