基于科學史“促胰液素的發現”的概念轉變教學實踐及價值分析

程國勝

摘要：概念轉變教學落實于個體對概念的科學理解研究，作為當前國際概念轉變研究領域的一個熱點，正逐漸引起教師的關注。本文基于科學史“促胰液素的發現”的概念轉變教學實踐，分析了概念轉變教學在培育學生生物學學科核心素養上的價值：理解科學發展樣態，凝聚科學觀念，訓練高階思維。

關鍵詞：概念轉變 科學史 生物學 核心素養

一、概念轉變教學

概念轉變是個體認知沖突的引發和解決的過程，具體表現為個體已有的前認知概念或體系受到與其不一致的新知識的影響而發生重大改變，由相異構想（又稱“迷思概念”）向科學概念轉變的過程。概念轉變包括兩種形式。一是同化，當新概念與學習者原有經驗一致時，概念轉變以完善豐富原有概念的方式進行。二是順應，當新概念與學習者頭腦中的原有認知結構發生沖突時，概念轉變起到調整和改造原有概念的作用。葉劍強指出，概念轉變教學落實于個體對概念的科學理解研究是當前國際概念轉變研究領域的一個熱點。由于概念轉變與科學界對自然科學的認知發展具體高度的契合，因此概念轉變的文本編寫和教學也是當今國際科學教育研究領域的熱點（如圖1）。

國內概念轉變文本的編寫及概念轉變教學起步相對較晚。多數研究者編寫的文本依次包括5個環節：①設置思考題，激發相異構想;②展示相異構想;③解釋相異構想的不合理;④展示科學概念;⑤提供新的問題情境。在實際教學過程中，概念轉變教學步驟允許有變式。

二、基于科學史的概念轉變教學實踐

作為自然科學中的一門基礎學科，生物學具有其獨特的理科屬性和育人價值，即呈現生命科學的本質與規律，著力于其應用與發展。科學史不僅記錄了人類認識科學、發展科學的探究歷程，而且包含了闡述科學本質和形成科學哲學的歷史觀念，因此科學史很好地呈現了生物學學科知識和知識生境之間的關系以及生命科學螺旋式發展的樣態。基于科學史編寫概念轉變文本并付諸教學實踐，能有效實現學生對科學概念的真正理解和內化，提升學科素養。下面結合科學史“促胰液素的發現”，具體闡述概念轉變教學的大致步驟。

1.設置思考題，激發相異構想

揭示學生原有的觀念和思維方式，是實現概念轉變的前提。作為創設情境素材的一個重要來源，科學史不僅能真實呈現科學探究歷程，而且能有效探知學生的原有認知體系，激發學生的相異構想。

“促胰液素的發現”教學中，教師可先向學生呈現法國著名實驗生理學家貝爾納在1850年的實驗發現，即酸性食靡進入小腸后會引起胰腺分泌胰液。引導學生思考：酸性食靡沒有直接接觸胰腺，如何引起胰液的分泌呢？這一過程的信息傳導又是怎樣進行的呢？該過程屬于神經調節嗎？

2.展示相異構想

學生思考或討論，針對思考題，基于原有認知經驗提出自己的解釋或觀點。多數學生在學習了神經調節的基礎上，認為該過程屬于神經調節，并寫下該過程的反射途徑：酸刺激→小腸感受器→傳入神經→神經中樞→傳出神經→胰腺→分泌胰液。此時教師不要直接對學生的觀點進行批判，可以根據科學史再增加一些不同的觀點，讓學生明白在科學探索和認知的過程中，出現相異構想的現象是正常的。

3.解釋相異構想的不合理

引發學生的認知沖突，是實現概念轉變的契機和動力。在收集了學生的相異構想之后，教師可以向學生介紹科學史：19世紀學術界普遍認為胰液的分泌屬于神經調節，俄國著名生理學家巴甫洛夫也因信仰當時傳統的神經論而認為該過程是一個反射，法國學者沃泰默于1901—1902年更是通過多次實驗來論證這一觀點。教師可結合多媒體等課件展示沃泰默的實驗過程，引導學生分析：沃泰默的實驗結論合理嗎？當出現實驗結果與實驗預期不一致的情況時又如何分析呢？（見表1）

接著教師可以繼續引導學生分析：沃泰默實驗中已經將通往小腸的神經切除了，則反射弧結構不完整，因而反射活動無法進行，但是實驗的結果卻是胰液仍然分泌，這足以說明胰液的分泌不是神經調節的。此時學生原有認知經驗已無法解釋這一實驗現象，同時他們也對自己的相異構想產生不滿，思維處于活躍狀態，迫切想知道該過程的合理解釋。

4.展示科學概念

引用實驗增加學生的感性經驗，是糾正相異構想的關鍵。此環節中，教師可向學生介紹另一種假設：這可能是一種化學物質的調節作用——在鹽酸的作用下，小腸黏膜產生了一種化學物質，進入血液后隨血流到達胰腺，從而引起胰液的分泌。根據這一假設，教師可引導學生設計實驗方案加以驗證。在分析學生設計方案的基礎上，教師再引入斯他林、貝利斯以及后續科學家的實驗過程，以證明該假設的科學性，從而引出科學解釋：胰腺分泌胰液是一種化學物質的作用，該化學物質被命名為促胰液素。在這個基礎上，教師引導學生認同激素調節是人和動物體內除神經調節之外的另一種調節方式。

5.提供新的問題情境

此教學環節中教師可引導學生將科學概念應用到其他情境中，解釋新的現象或解決新的問題，幫助學生體會所學知識的有效性，從而實現相異構想向科學概念的內在轉化。如教師可以引導學生分析血糖的調節和甲狀腺激素分泌的調節，加深對科學概念的理解。

三、基于科學史的概念轉變教學價值分析

1.理解科學發展樣態，凝聚科學觀念

生物科學史記錄了生物學學科的發展，蘊藏著科學本質、科學方法、科學研究及科學精神，是生物教學的優質資源。運用科學史進行概念轉變教學，可滲透科學哲學教育，有助于學生運用辯證法來認知生命世界。還原生物學史上的重大事件始末，可以讓學生體會到人類對科學認知的螺旋式上升樣態，總結出科學知識發展的一般規律，認同科學知識具有暫定性等特點，凝聚科學觀念。

2.訓練高階思維

進行概念轉變教學時，教師可以通過問卷、討論、訪談等形式了解學生的相異構想，抓住教學中的重難點所在，并結合科學史對學生的相異構想進行激活、呈現、解構，為學生接受新的科學概念提供真正的幫助。在該過程中，學生需要使用歸納與演繹、分析與綜合、抽象與概括以及批判性思維等科學思維方法，基于思辨性發展科學思維品質與能力，從而實現生物學學科核心素養的提升。

四、結束語

本文中的教學案例基于生物學學科核心素養的培育目標，依托生物科學史開展概念轉變教學，從理論和實踐雙重層面上驗證了：在實際教學過程中，只要一線教師充分依托科學史中的研究脈絡編寫概念轉變文本，挖掘生物學史中蘊藏的育人功能，他們就可以結合概念轉變教學模式，打造高效的生物學課堂，使之成為指向核心素養落地的縱深路徑。基于科學史的概念轉變教學模式可以應用到其他附有科學史的課堂教學，如：探究酶的化學本質、證明DNA是主要的遺傳物質等。

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