妙用生物科學史 培養(yǎng)學生科學思維

汪婷

【摘?要】在生物教學中合理利用科學史，讓學生體驗科學探究過程，建構生物學核心概念，對培養(yǎng)學生的批判思維、具象思維和創(chuàng)新思維有著重要意義。指導學生模擬科學家運用歸納概括、建立模型、演繹推理等方式探索生命現(xiàn)象，研究生命活動規(guī)律，培養(yǎng)學生的生物科學核心素養(yǎng)。

【關鍵詞】科學史;初中生物;科學思維

科學史是科學家在對自然的探索中認識過程和發(fā)現(xiàn)過程的高度凝練。生物科學史不僅包括科學家對生物科學的探索過程，也包含大量的生物科學知識，更能展現(xiàn)科學家的科學精神和思維方式。現(xiàn)行人教版、蘇教版等初中生物教材均包含諸多科學史素材，而初中生正處于思維發(fā)展的關鍵階段，教師合理用好這些素材，不僅可以讓學生學會探究的方法，也可以培養(yǎng)學生科學思維方式。

一、批判思索，勇于質疑

先人的智慧是我們寶貴的財富，但由于當年科學技術的局限，即使再偉大的科學家，也可能提出錯誤的推論。范·海爾蒙特在17世紀進行的柳樹實驗，當年人們尚未對空氣有明確的認識，導致海爾蒙特得出“植物的生長主要由于水”的錯誤結論，由于技術的發(fā)展和新一代科學家的勇敢質疑，才有了普利斯特萊等進步一對光合作用進行的探究。十九世紀人們普遍認為疾病都是由細菌引起的，而貝杰林克大膽質疑，提出“病毒”的概念。

如今我們認為正確的知識，在將來也許會被證明為謬誤，科學知識的發(fā)現(xiàn)經(jīng)常是個不斷被修正的過程。因此，教師以科學史為例，要求學生進行批判性的思索，敢于質疑權威。但有一點值得注意的是，教師不應該為了鼓勵學生而隨意貶低當年的科學家，否定他們的貢獻。盡管從前科學家的某些結論如今看起來似乎有點可笑，但并不是像有些老師所說“亞里士多德還不如我們同學”或者“我們同學比科學家還厲害”，而是他們生活的年代造成了相關思維的局限性或者知識上的錯誤。

二、善于觀察，樂于探究

生物學作為科學的分支學科，科學探究在其中占了很大的比重，生物科學史展示了一代又一代科學家實驗探究、不斷修正生物學知識的歷程。善于觀察，提出問題是探究的前提。法布爾通過仔細觀察，總結了大量翔實的資料，才有了《昆蟲記》。問題的解決離不開科學探究，巴斯德設計了精巧的鵝頸瓶實驗，證實了細菌并不是肉湯中自發(fā)產(chǎn)生的，而是空氣中細菌跑到肉湯里，造成食物變質。

教師應當指導學生正確的觀察方法，培養(yǎng)學生感性具象思維能力。學生在觀察中發(fā)現(xiàn)問題，并提出假設，仿照科學家的探究歷程，像科學家一樣設計并進行實驗，觀察到相關現(xiàn)象并得出結論，解決現(xiàn)實相關問題。相較于被動接受概念的灌輸，學生主動參與、親歷探究歷程，可以激發(fā)其學習熱情，培養(yǎng)觀察能力和動手探究能力，并促使學生形成科學的思維方式。

實驗的失敗在科學探究中是很正常的事情，科學家從失敗中總結經(jīng)驗，追求成功的體驗，甚至在失敗的過程中獲得了意外的發(fā)現(xiàn)。學生在探究過程中也要學習科學家嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，學會正確面對失敗。

三、分析綜合，探索新知

分析綜合是生物學探究的重要方式，例如施萊登和施旺分別觀察了大量不同植物和動物的各個部位，歸納總結出細胞學說。教師在教學中可以選擇恰當?shù)牟牧蟿?chuàng)設情境，引導學生找出共性總結規(guī)律，也可以提供不同科學家的探索歷程，學生分別得出結論，進而自己建構核心概念和知識體系。

例如光合作用的發(fā)現(xiàn)過程，是幾百年來多位科學家共同努力的成果。因為其中很多實驗無法在課堂上進行操作，所以教師可以對其中的經(jīng)典實驗進行篩選和整合，分別呈現(xiàn)普利斯特里、英恩豪斯、恩吉爾曼等科學家的實驗設計思路和實驗現(xiàn)象，逐步引導學生歸納出光合作用的概念。科學知識的獲取從來不是一蹴而就的，學生在這樣的歸納概括中也能體味科學探索的艱辛歷程，以及科學家對真理鍥而不舍的追求。

四、巧建模型，揭示規(guī)律

生物科學中的模型可以是虛擬模型，揭示生命活動內在規(guī)律，也可以是物理實物模型，展示微觀的生物結構，或者演繹抽象的生命活動。例如林德曼以數(shù)學模型歸納出能量流動逐級遞減的規(guī)律，沃森、克里克合作建立了DNA雙螺旋結構模型。

教師可以提供背景材料，引導學生通過計算畫出曲線圖、列出表格建立數(shù)學模型，比較分析總結出其中的規(guī)律。對于微生物和細胞等微觀結構，以及無法直接觀察的生命過程，教師可以鼓勵學生研究其特征，選取適宜的材料，自己制作實物模型。對于計算機能力較強的同學，還可以鼓勵其通過Flash、3Dmax等軟件建立虛擬模型。

五、演繹推理，創(chuàng)新思考

演繹推理始于觀察，孟德爾基于豌豆雜交實驗，演繹推理提出假說。因此，在“基因控制生物性狀”的講解中，教師可以提供幾組經(jīng)典的豌豆雜交實驗，如純種高莖和純種矮莖豌豆雜交，雜種高莖豌豆自交，雜種高莖和純種矮莖豌豆測交，引導學生猜測實驗結果并進行推理。推理假說最終應由實驗驗證，學生在課堂上可以用黃色、白色的乒乓球進行模擬實驗進行驗證。在此基礎上由已知推理未知，鍛煉邏輯思維能力和知識遷移運用能力。在這一過程中，創(chuàng)造性思維非常關鍵，幾乎每項新技術的出現(xiàn)都離不開創(chuàng)新思維，唯有創(chuàng)新思維，才能不落窠臼，促使科學不斷發(fā)展。

綜上所述，在生物教學中用好科學史，對培養(yǎng)學生的具象思維和抽象邏輯思維有著重要意義。除了生物教材上呈現(xiàn)的凝練的科學史，教師還可以挖掘其他科學史相關課程資源，豐富課堂教學內容，鼓勵學生以科學思維進行探究、建構知識體系，培養(yǎng)學生知識遷移和應用能力。

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