高中生物科學史教育對培養學生核心素養的作用

【摘要】文章通過對人教版高中生物教材中科學史的梳理，結合相關案例，闡述了生物科學史教育對學生生物學學科核心素養“生命觀念”“科學思維”“科學探究”“社會責任”四方面的培養作用。

【關鍵詞】生物科學史;核心素養;生物思想;科學方法

生物學是自然科學中的一門基礎科學，是研究生命現象和生命規律的科學。生物學的研究經歷了從現象到本質、從定性到定量研究的發展過程。這是《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中對課程性質的規定。在課程目標方面，希望學生能夠運用生物學知識與觀念，探索生命現象及規律，形成科學思維的習慣，掌握科學探究的思路和方法，善于從實際層面對現實生活中的問題加以解決，關注社會議題并做出理性的解釋。人教版高中生物教材中，很多內容通過生物科學史的方式呈現，展現了科學家的實驗進程與其研究的思想方法，這種傳授知識的方式，能夠讓學生在思維上進行探究，理解科學探究過程，掌握科學研究方法，形成積極的科學態度，最終轉變為自身的能力和素養，為走向社會打下堅實的基礎。這也契合了現階段生物學學科核心素養的要求。開展生物科學史教育，能夠在培養學生生物核心素養的四個方面起到重要作用。

一、展現生物思想，形成生命觀念

“生命觀念”是指對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行解釋后的抽象，是人們經過實證后的觀點，是能夠理解或解釋生物學相關事件和現象的意識、觀念和思想方法。

生物學是一門與現實生活聯系緊密的學科。我們經常會對自然界中的一些特殊的生命現象進行解釋，在此過程中，教師可以用科學史的教學策略，向學生滲透一些生物學思想。例如，人教版高中生物必修一第四章第二節《生物膜的流動鑲嵌模型》，人教版高中生物必修二第三章第二節《DNA分子的結構》，眾多科學家通過對研究結論的不斷修正，最終提出被大多數人所接受的流動鑲嵌模型和DNA的雙螺旋結構，為后面生物膜功能的體現、復制、轉錄、翻譯的過程和基因工程的學習打下了基礎，體現了結構與功能觀。人教版高中生物必修三第五章第二節《生態系統的能量流動》，林德曼通過對一個結構相對簡單的天然湖泊――賽達伯格湖的能量流動進行的定量分析，發現生態系統的能量流動具有單向流動、逐級遞減兩個特點，能量在相鄰兩個營養級間的傳遞效率大約是10%～20%。數據的顯示有助于學生理解生態系統中各組分間的能量傳遞平衡關系，為實際生活中很多實踐如生態系統能量的輸入問題提供指導，幫助學生樹立生態平衡的生命觀念。人教版必修二第七章《現代生物進化理論》，生物進化論的誕生能讓學生認同生物的遺傳變異是與環境相適應的。這些結構與功能觀、物質與能量觀、穩態與平衡觀、進化與適應觀等生物學思想的展現與傳遞，都能夠幫助學生理解生命本質，樹立生命觀念，并運用生命規律解決現實生活問題。

二、展現科學過程，培養科學思維

“科學思維”是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物，解決實際問題的思維習慣和能力。

教師在教學過程中通過還原科學家的研究進程，對課本內容進行補充，能夠讓學生掌握知識的來龍去脈，更好地理解所得結論的含義。例如，在人教版高中生物必修一第二章第三節《遺傳信息的攜帶者——核酸》一節中，課本按照觀察DNA和RNA在細胞中的分布實驗介紹核酸在細胞中的分布、核酸的結構及組成的順序展開教學。學生只能通過教師的講解進行記憶。如果教師充分發揮教育教學研究者的作用，在備課過程中搜集核酸的發現史，作為材料呈獻給學生，讓學生進行小組合作，得出結論，不僅豐富了教學內容，也能讓學生的科學思維得到提升。

展現材料1：核酸的由來

1868年，瑞士化學家從膿細胞分離得到細胞核，并從中提取出一種含磷很高的酸性化合物，稱為核素。此后，又從鮭魚精子頭部分離得到相對質量較高的含磷酸性化合物。1889年，另一位生物學家去除了核素中的蛋白質，得到了一種酸性物質，因為是從細胞核中提取出來，因此命名為核酸。通過這則材料，學生可以嘗試推斷核酸中的成分應該有磷酸。

展現材料2：核酸的分類

19世紀末20世紀初，德國生理學家Kossel發現核素是蛋白質和核酸的復合物，同時發現了核酸的種類——脫氧核糖核酸和核糖核酸，通過水解作用，發現二者的產物均含鳥嘌呤、腺嘌呤和胞嘧啶這三種堿基，在脫氧核糖核酸中含有胸腺嘧啶，在核糖核酸中含有尿嘧啶;除此之外，還有些具有糖類性質的物質和磷酸。H.Steudel通過化學分析，確定了這些物質的比例為1∶1∶1。通過這則材料，學生可以自己總結出核酸的基本組成成分及比例關系。

展現材料3：糖類的種類

1924年，德國細胞學家福爾根發現糖有核糖與脫氧核糖兩種，并且根據含糖量不同，核酸分為核糖核酸和脫氧核糖核酸。

展現材料4：核酸的組成

1929年，美國生物化學家P.A.T.Levine證明核酸是由簡單的核苷酸組成，核苷酸則是由堿基、核糖或脫氧核糖、磷酸按照一定順序連接而成。

教師利用時間軸的方式呈現四則科學史材料，在小組合作探討的過程中，由學生自己總結出本節課的重難點，也讓學生感受科學探究的魅力與科學思維的嚴謹，領悟科學探究是一個不斷發展、修正和完善的過程。教師在教學目標定位時應尊重事實和證據，崇尚嚴謹務實的求知態度，讓學生在體驗生物科學發生、發展的過程中逐步發展科學思維，基于科學史提供的事實和證據，運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創造性思維等方法審視或論證生物學問題。

三、展現科學方法，體驗科學探究

“科學探究”是指能夠發現現實世界中的生物學問題，針對特定生物學現象進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及對結果的交流與討論能力。

生物科學史不僅傳授給我們知識，還向我們滲透著科學的研究方法。孟德爾在發現兩大遺傳定律的過程中，運用假說-演繹的方法，即“豌豆雜交實驗-觀察現象，提出問題-解釋現象（提出假說）-驗證假說（演繹）-得出結論”。同樣，這種方法摩爾根在探究基因在染色體上時同樣采用。魯賓和卡門用同位素標記法，證明葉綠體是植物進行光合作用的場所;卡爾文利用放射性同位素標記法研究光合作用，最終探明了CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中的碳的途徑，這一途徑稱為卡爾文循環;赫爾希和蔡斯通過噬菌體侵染細菌的實驗證明，在噬菌體中，親代和子代之間具有連續性的物質是DNA，而不是蛋白質。

在教學過程中，教師也應該向學生滲透這種科學方法，嘗試將驗證性課程改變為探究課程，讓學生在合作探究的過程中按照科學家的方法，學會對實驗過程進行設計，把科學家的方法運用在自己的研究中，學會自主選擇，培養科學思維的敏捷性與嚴謹性。例如：人教版高中生物必修二第三章第三節《DNA的復制》一節，第一部分為對DNA分子復制方式的推測，其中也蘊含著假說-演繹的思想，DNA有全保留復制、半保留復制或零散碎片化復制的過程其實是假說過程，科學家以大腸桿菌為例，用密度梯度離心的方法，最終確定了DNA的半保留復制方式。此過程則為演繹過程，雖然課本中沒有明確指明，但學生有了前面科學家的研究基礎，也應該能夠在自主設計的過程中選擇正確的方法。學生通過科學史的學習，可以領悟科學探究的一般過程，掌握一定的科學探究方法，培養良好的科學探究精神與端正的科學探究態度，并在探究過程中提高實踐能力，培養團隊合作精神。

四、展現科學精神，樹立社會責任

“社會責任”是指基于生物學的認識，參與個人與社會事務的討論，做出理性解釋和判斷，解決生產生活問題的擔當和能力。

要培養學生的社會責任感，一方面需要在知識上幫助學生加強正確認識，另一方面也需要在情感態度價值觀方面對學生進行引導。科學家是天然的優秀榜樣，值得廣大教師思考如何在教學中加以滲透。如：孟德爾經過長達近10年的豌豆雜交實驗，得出了兩大遺傳學定律，成為“遺傳學之父”;達爾文在環球旅行的過程中，歷經千辛萬險，最終提出了進化論的觀點;沃森和克里克建立DNA雙螺旋結構時，不斷推翻錯誤的結論，面對失敗，他們選擇了與其他科學家團結協作，最終成功獲得諾貝爾獎;袁隆平，中國研究雜交水稻的創始人，世界上成功利用水稻雜種優勢的第一人，被譽為“雜交水稻之父”，解決了世界上的糧食問題。在這些科學家身上，除了具備嚴謹的科學態度，更重要的是具備強烈的社會責任感。這就要求教師在傳授知識的過程中將科學家的社會責任感作為正能量傳遞給學生，待他們走入社會后，能夠辨別迷信與偽科學，理性看待問題，也能夠帶著這份責任關注社會，主動向他人宣傳關愛生命的觀念，崇尚文明的生活方式。

總之，生物科學史教育能夠促進學生在科學探究過程中，掌握科學研究方法，培養科學思維，樹立正確的生命觀念和社會責任，使學生具有能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。本次核心素養的提出，也是對新課程改革“為了每位學生的發展”理念的深化和具體化，這也就要求教師在今后還要不斷進行探索不斷落實培養學生的生物核心素養，通過密切課程內容與實際生活的聯系，改善學生的學習方式，建立多樣化的與素質教育理念相一致的評價體系等理念方式，讓課堂充滿活力，使學生的主體性得到進一步提升，使學生作為“整體的人”的發展受到關注，潛能得到最大化發展。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.