例談科學思維、科學探究在高中生物教學中的培養

周月梅 廖東年

摘 要：文章把生物科學史“生長素的發現過程”與探究性學習整合起來，在教學中滲透生物學核心素養，引導學生沿著科學家探索的歷史道路，在獲取生物科學知識的過程中，體驗科學探究的艱辛與不易;引導學生分析探究實驗、嘗試設計實驗及鍛煉邏輯思維的嚴密性，養成科學態度與價值觀。

關鍵詞：生長素 科學思維 科學探究 培養

生物學核心素養的四個要素：生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任，它們是一個統一的整體。生命觀念的形成離不開科學思維和科學探究;而科學探究和科學思維是相輔相成的，科學思維是在科學探究的實證過程形成的;在形成生命觀念、進行科學思維和科學探究的過程中，最終形成一定的社會責任意識[1]。

怎樣將生物學核心素養的培育落實到課堂教學中，并提高學生的各方面素質和能力，文章以科學史“生長素的發現過程”教學為例，闡述科學思維、科學探究在生物教學中的培養，讓學生體驗科學探究過程的同時鍛煉科學思維。

一、用科學探究的方法和達爾文（19世紀末）一起“思考”胚芽鞘彎曲生長的原因

達爾文的實驗需確認實驗條件有：單側光照射、胚芽鞘、胚芽鞘尖端與錫箔罩、胚芽鞘尖端下面一段與錫箔罩等。為幫助學生把握要點，教師設計問題串并引導學生帶著問題，觀看實驗視頻，逐步思考這些實驗中的自變量、因變量以及它們之間關系，通過層層的分析，培養學生的邏輯思維能力，體驗科學探究的過程，進而得出實驗結論。然而達爾文指的這種“影響”究竟是像電信號呢;還是有物質實體呢？于是就有了詹森和拜爾的創新性實驗以及溫特的巧妙設計。

二、用科學思維與詹森、拜爾同感“影響”

1.詹森的實驗（1910年）

通過學生對達爾文實驗的探究與思考，學生很容易發現詹森的實驗顯然缺少對照組，即實驗有了兩個自變量——瓊脂塊和胚芽鞘尖端，怎么辦呢？那就需要檢測瓊脂塊對實驗結果是否有影響，如：瓊脂塊含有促進伸長區彎曲生長的物質嗎？因此要增加一個對照組——即放置一塊完全一樣的瓊脂塊在去掉尖端的胚芽鞘上面，其他條件一致，觀察胚芽鞘是否會彎曲生長？

另外有些學生提出：詹森的實驗思路是胚芽鞘尖端產生的“影響”能否向下運輸，若能用一些能阻斷的東西（如云母片）截斷其去路，胚芽鞘就不生長了。所以另設計實驗組：用單側光照射已插入云母片的胚芽鞘;對照組：用單側光照射無插入云母片的胚芽鞘。結果發現實驗組的胚芽鞘不彎曲不生長;而對照組的胚芽鞘彎曲生長了，就可以得到結論：胚芽鞘尖端確實產生了某種“影響”，并從尖端運輸到尖端下段起作用。

2.拜爾的實驗（1914年）

拜爾的實驗證明，胚芽鞘的彎曲生長是由于尖端產生的“影響”，在其下部分布不均勻所造成的。拜耳實驗不再去研究單側光照這個外界因素的作用，而是研究胚芽鞘的尖端是否產生某種“影響”，做了相互對照實驗（尖端放分別放在切面的左右側），觀察結果并直接得出結論。其實這個實驗還潛藏著另一個發現：生長素的運輸方向在尖端的下段只能向下極性運輸（這可以在學習了后面知識之后，再回過頭來揭示） 。

三、隨溫特揭示生長素的奧秘（1928年）

對比拜爾實驗，溫特所做的改進是先用瓊脂塊接受“影響”。因此，溫特實驗的學習要點是讓學生領會這一巧妙的改進。通過課前學生自主先學已產生了疑問，所以在課堂中，教師應因勢利導，基于學生的疑問組織進一步的討論。例如，圍繞“溫特實驗需要光照嗎？瓊脂塊有什么作用？實驗中將瓊脂塊放在切去尖端的胚芽鞘一側，為什么？如果將瓊脂塊放在切去尖端的胚芽鞘中間，又能觀察到怎樣的實驗現象？”等充分挖掘溫特實驗的內涵。通過“激疑—釋疑—再激疑……”，進一步加強學生對溫特實驗的理解，形成不斷探索的科學精神[2]。

四、引導學生總結植物向光性的原因，揭示生命的奧秘

植物向光性的原因：胚芽鞘尖端產生生長素（內因）→尖端感受單側光刺激（外因）→生長素發生橫向運輸并且極性運輸（形態學上端→形態學下端）→尖端下段（伸長區）生長素分布不均勻（背光側>向光側）→背光側生長較快→植物向光彎曲生長。

在學習此科學發現史過程中，應注重培養學生用實證、建模、邏輯、推理、和論證進行思維的能力，同時也要注重培養學生批判性思維和質疑能力，以及學生獨立的、個性的、新穎的思維和想象能力[3]。

五、評價實驗設計和結論，提升科學探究能力

引導學生根據課本“技能訓練”的要求，通過小組交流、討論集中提出幾個問題： 如何驗證下端的瓊脂塊含有生長素？?實驗設計還有哪些點不嚴密？③如何對實驗方案進行改進？④改進后的實驗可以得到什么樣結論？最后改進如下圖：

發散性思維（另外學生的問題）：重力會影響生長素的運輸嗎？是否需要用失重來驗證重力的作用？是否胚芽鞘自身有抑制胚芽鞘生長的物質存在？基于這些問題又該怎樣設計實驗呢？有待學生課后思考或實驗。

此“技能訓練” 側重于訓練學生依據科學實驗的要素，對科學問題進行邏輯推理與論證，分析實驗設計的嚴密性，同時有助于學生理解生長素的極性運輸。關于實驗設計的改進，應鼓勵學生開發思路，不搞唯一答案和“一刀切”，以達到鍛煉科學思維的目的。

總之，教師在課堂上向學生傳授生物知識的同時，更應該以生物知識為載體，合理的設計課堂教學，從學生實際出發，適時地將核心素養滲透于課堂教學環節中，在潛移默化中培養學生的科學態度與價值觀，引導學生應用科學生命觀和科學思維方法，去認識生物世界、去探索生命的奧秘。

參考文獻

[1]吳成軍.基于生物學核心素養的高考命題研究[J].中國考試，2016（10）：25.

[2]李安靜.深度學習：三段式教學設計[J].新課程（綜合版），2014（11）：27.

[3]周曉強.基于生物學核心素養的課堂教學體驗[J].中學生物學，2016，32（11）：42.