基于科學探究的科學史教學策略研究

黃增壽

摘要：為探究多樣有效的生物科學史教學策略，采用案例分析法進行研究，充分利用生物科學史培養學生科學思維和科學探究等生物學學科核心素養

關鍵詞：生物科學史教學策略科學思維科學探究

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

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

下面從高中生物學科核心素養之“科學探究”和“科學思維”中所包含的實驗設計、模型構建、創設問題、自主拓展四個方面，進行教學策略指導與相應的案例分析，以及具體的教學過程設計闡述。

1基于實驗設計的教學策略

實驗設計是科學探究的重要環節，生物科學史中有著大量的實驗設計內容。在利用生物科學史的教學過程中，教師應引導學生到科學家當時的情境中去設計實驗，引導學生把注意力集中在提出問題、實驗設計上，并根據實驗結果得出相應的結論，使學生在積極、主動的實驗探究活動中，形成探究的技術和方法，提升“科學探究”能力。

案例1：生長素的發現。

案例分析：生長素的發現前后歷時幾十年，由幾代科學家通過一系列實驗完成，可以說是集體智慧的結晶。教材中列出了達爾文、詹森、拜爾、溫特4位科學家所做的代表性實驗，其他科學家最終在他們實驗成果的基礎上，應用現代的生物技術分析出生長素的化學本質是吲哚乙酸。4個實驗的分析講解需要在一個課時內完成。以往的教學常規處理方式是教師逐個講解科學家的實驗，先分析科學家發現的問題，再介紹實驗過程，最后得出結論。教師講完4個實驗，學生聽了一節整課，覺得枯燥無味，反饋發現，學習效果并不理想。如果教師引導學生設計這些實驗，促進學生深入理解其中的實驗方法，能發展學生的科學思維，培養探究能力。

教學過程：教師展示植物向光性的圖片，引入向光性，并介紹生長素發現的時間跨度和主要的代表科學家，讓學生感受科學家的堅持、艱辛和投入，感悟每一項科學的發現和進展都是許多科學家一點一滴心血的集合。在此基礎上，學生扮演當時的科學家，自行設計這些實驗，復習對照實驗、對照組、實驗組、自變量、因變量、無關變量、單一變量原則等實驗設計知識點。準備工作完成后，學生跟隨教師的引導來開始實驗設計。教師將以往講解完后才得出的實驗結論，轉換成實驗題目，先展示出來，再提供相應的實驗材料，然后讓學生每4人一組，討論設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結論轉換成3個實驗題目：證明胚芽鞘向光彎曲的外因是單側光;證明胚芽鞘向光彎曲的內因是胚芽鞘的尖端;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），然后要求學生分組討論。由于給的材料的提示作用很明顯，學生很快設計出對照組（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）。教師再引導學生分析該實驗中的自變量、因變量和無關變量，并引導學生思考：①胚芽鞘沒有光能否生長？②對照組應該怎樣設計？學生會注意到黑暗中胚芽鞘也能生長。也有學生想到：將胚芽鞘放在均勻光中，也可以作為對照組。學生有了第一個實驗設計的成功經驗，在后續的幾個實驗中，根據實驗題目和給出的材料提示，都能很快設計出實驗。同時，他們對以實驗題目形式給出的實驗結論，也有了很深的印象。

2基于模型構建的教學策略

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

案例2：構建DNA雙螺旋結構模型。

案例分析：DNA的雙螺旋的結構是教學中的一個難點，要求學生有一定的空間想象能力。教材內容上也有DNA雙螺旋結構的構建實驗，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生自己回家做。如果教師能做到邊講解，邊讓學生親自動手做，可使學生更好地理解結構特征，弄清一些教師難以解釋清楚的細節問題，再在課外自己構建完整的DNA雙螺旋結構模型，學習效果會比較好。

教學過程：課前，教師要求每兩名學生為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（可提醒學生用銅絲）等由小組決定。教師由DNA雙螺旋結構獲得諾貝爾獎引入，提出這節課就跟著沃森和克里克兩位科學家的思路來構建DNA雙螺旋結構模型：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;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。學生將自己構建好的雙鏈DNA結構與課本上總結的三個特征一一對應，再試著扭轉出雙螺旋結構。在這個過程中，每個學生都能清楚地看清細節結構，深入理解了雙螺旋的空間結構。

3基于創設問題的教學策略

生物科學史的每一項發現、每一個實驗結論的得出，都經過科學家不斷質疑、思考的過程。因此，教師在生物科學史的實驗教學中要引導學生運用批判性思維去分析科學家的實驗過程，及時引導學生質疑并提出問題。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，培養學生的“科學思維”和“科學探究”。

案例3：酶的發現。

案例分析：人教版必修1教材中“酶的發現”中提及意大利科學家斯帕蘭扎尼的科學史小實驗，“將肉塊放入金屬籠內，然后讓鷹吞下去，過一段時間把籠子取出，發現肉塊沒了”。教師可創設問題串，引導學生在科學史的學習中提升“科學探究”的能力。

教學過程：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什么結果？為什么金屬籠子內的肉塊會不見了？教師引導學生分析、思考，多創造機會讓學生提出見解、闡述理由，引導學生判斷觀點的正確與否、理由是否充分，促進學生形成客觀正確的解釋。這樣就滿足了學生學習知識的需求，同時增強了課堂的趣味性，培養了學生自主質疑、合作解答的良好學習習慣。

4基于自主拓展的教學策略

生物科學史的學習不應該只拘泥于教師在課堂上所教授的，內容也不應該只局限于考綱中考查的內容。教師要引導學生關注生物學科的前沿、關注生物科學進展，做到關注近代生物科學史的同時，也要關注現代生物科學史。例如，每年的諾貝爾生理學或醫學獎是很好的生物科學史教育素材，教師可以讓學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，設計方案、實施方案以及對結果的交流與討論，從而提升學生“科學探究”能力。

案例4：屠呦呦發現抗瘧藥物青蒿素。

案例分析：科學家屠呦呦是我國第一個獲得諾貝爾生理學和醫學獎的女科學家，她發現抗瘧藥物青蒿素這一事實對有志于科學研究的學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，有利于激發學生探究科學的熱情、勇氣和欲望，培養他們堅忍不拔的意志品質。同時，學生也能從她的研究成果中，獲得關于免疫反應、寄生生物、藥物作用機理等知識。

教學過程：教師簡單地向學生介紹2015年的諾貝爾生理學和醫學獎。學生每四個人為一組，周末回家從報刊雜志、電視新聞或網絡上尋找屠呦呦本人及其研究成果的相關信息，通過整合精簡，制作成PPT，在課上向教師和全班同學展示。教師可以提示學生從不同角度入手，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，各個環節都是對學生能力的培養和體現。

5結語

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