例談初中生物學教材中科學史的教育價值

朱桂貞

（山東省青島市嶗山區教研室 山東青島 266061）

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》指出“核心素養為宗旨”是普通高中生物學課程的基本理念之一，在實施建議中提出要“注重生物科學史的學習”。《義務教育生物學課程標準（2011年版）》在課程性質中明確提出“既要讓學生獲得基礎的生物學知識，又要讓學生領悟生物學家在研究過程中所持有的觀點以及解決問題的思路和方法”，這與高中生物學課程標準的理念相契合。初中生物學教材中也包涵了很多科學史內容，為教師開展科學史教育教學提出了要求。筆者以人教版義務教育教科書生物學（2012年版）中的生物科學史內容為例，對科學史的教育價值進行了探索。

1 教材中的科學史內容梳理

人教版教材在架構義務教育生物學課程體系時，精選了符合初中生認知發展水平的科學史內容，多元化地呈現在教材中。從科學史教育功能的側重點考慮，可大致歸為以下三類。

1.1 發展科學思維的科學史

這部分科學史在教材中經常以圖文并茂的方式呈現，教師可以利用科學史創設情境，讓學生以科學家的身份，通過分析、討論、實驗等方式更有效地建構知識，掌握方法，發展思維。

例如，七年級上冊第四、第五章節涉及到“1648—1653年期間比利時科學家海爾蒙特的實驗”“1773年英國科學家普利斯特利的實驗”“1779年荷蘭科學家英格豪斯的實驗”“1864年德國科學家薩克斯的實驗”等。學生通過上述科學史，既可探究、歸納出光合作用的原料、條件、產物，進而自主構建光合作用的概念；也可掌握科學探究的一般程序和方法，如實驗選材的注意事項，遵循實驗設計的對照性原則、單一變量原則等的必要性；并能從中獲得科學思維能力的發展。

1.2 樹立科學價值觀的科學史

科學價值觀就是用科學的世界觀和方法論來看待某一事物所具有的價值。教材在課程內容中突出了科學、技術和社會的相互關系，如設置了“科學·技術·社會”欄目，分布在相關章節后面。該欄目的科學史內容與生產生活聯系緊密，有助于學生正確認識科學、技術、社會的互動關系，建立科學價值觀。

例如，八年級下冊第二章第三節“基因的顯性和隱性”一節的“科學·技術·社會”欄目以“中國擁抱‘基因世紀’”為題，介紹了人類基因組計劃及中國在“基因世紀”的貢獻。這一史料會讓學生感受到生物技術發展對生物科學進步的推動、生物科學進步對生物技術提供的理論支持，也會引發學生深度思考人類基因組研究計劃可能對科學、經濟、倫理、法律及社會的影響，認識到科學技術這把“雙刃劍”不僅能造福于人類，也可能帶來災難，從而建立科學的價值觀。

1.3 激發愛國主義的科學史

愛國主義是民族精神的核心，關乎國家和民族的凝聚力。教材中有多處科學史料介紹了我國科學家的研究成果以及在科技、經濟、環保、醫療衛生等方面取得的巨大成就，弘揚了愛國精神、激發了學生的愛國志向。

例如，八年級下冊第七單元第二章第五節“生物的變異”、第八單元第二章“用藥與急救”章節的“科學家的故事”欄目，分別介紹了“袁隆平與雜交水稻”“李時珍與《本草綱目》”。通過上述科學史料，學生可了解“袁隆平院士攻克雜交水稻”這一世界難題對全世界人類的重要意義、李時珍的中藥巨著歷時五百多年仍然是世界各國廣泛查閱的醫學寶典。學生會肅然起敬，強烈的民族自豪感和愛國主義情感油然而生，會激發奮發圖強、報效祖國的責任意識和擔當。

2 生物科學史育人價值的實踐策略

基于生物科學史的教學不僅僅有助于學生理解生物學學科的本質，把握生物學的核心內容，更有助于學生理解科學本質，養成科學思維，提升科學素養，進而實現知識的自主構建。科學史在學生科學思維的養成方面發揮著關鍵作用，是學生科學思維養成的重要驅動力。

2.1 以史為媒，激發學生對生物學的學習興趣

教學內容的意義價值促進學生學習興趣的形成和發展，科學史所蘊含的豐富的教育價值有助于培養學生對生物學科的興趣，包括維持對科學探究的情境興趣、形成對生物科學的個人興趣等。

2.1.1 助力學生維持對科學探究的情境興趣

教材中科學史的呈現方式多種多樣，編排在單元序言、教材正文、教材正文中“想一想，議一議”“技能訓練”“資料分析”等欄目、教材正文后“科學家的故事”“科學·技術·社會”等課外閱讀欄目。教師可以這些豐富的科學史為載體，創設富有探究性、挑戰性的學習情境，通過富有邏輯性、啟發性、開放性的問題串進行任務驅動，引領學生穿越時空、在生物科學發展的歷史長河中感受科學探究的樂趣和魅力，維持其對科學探究的情境興趣。

例如，七年級上冊第三單元引言中提到植物生理學家季米里亞捷夫對綠色植物在生物圈中作用的描述：“它是竊取天火的普羅米修斯，它所獲取的光和熱，不僅養育了地球上的其他生物，而且使巨大的渦輪機旋轉，使詩人的筆生輝”。教師可順勢激發學生的科學探究興趣：你認為季米里亞捷夫將綠色植物比喻成“竊取天火”的普羅米修斯，確切嗎？你有哪些論據證明自己的觀點？你的論據能通過實驗進行展現嗎？綠色植物“竊取天火”這一生理活動對生物圈產生了哪些影響？

2.1.2 助力學生形成對生物科學的興趣

教材中有很多介紹科學家經典案例的科學史，將其和教學內容有機整合，可使學生在科學家的科學態度和科學精神中受到熏陶和感染，潛移默化中形成對生物科學的個人興趣。

例如，“遺傳學之父”孟德爾歷經8年，堅持不懈地進行了多種植物的雜交實驗，提出了“分離定律”和“自由組合定律”。再如，“雜交水稻之父”袁隆平從1964年找到一株“天然雄性不育株”開始，開啟了前無古人的雜交水稻研究之路，培育出多個高產而優質的雜交水稻新品種，90多歲高齡依然活躍在實驗室和實驗田上。諸如此類的科學史料不勝枚舉，學生會被科學家們堅韌的毅力、奮斗的精神、卓越的成就所震撼，會認識到生物科學發展對人類生產生活的重要意義，會生發出熱愛、獻身生物科學的興趣，并將其納入個人職業規劃考量。

2.2 以史為媒，培育學生的學科核心素養

科學史是全面培育學生學科核心素養的好素材，教師要根據教學目標，采取多樣化的教學策略，有所側重地突出相關科學史的育人價值，因材施教。

2.2.1 在實驗操作中提高學生的科學探究能力

教師要注意選取科學史上的經典實驗，組織學生開展實驗探究活動，讓學生體驗科學探究的一般過程、在實驗操作中有切身的發現和感悟，掌握科學探究的思路和方法，提升科學探究能力。

以八年級上冊第五單元第四章第二節“細菌”一節為例，教材介紹了巴斯德的實驗。教學中，發現學生對該實驗結果和結論心存疑惑：鵝頸瓶暴露在空氣中，空氣中有細菌，細菌真得進入不到瓶內嗎？加熱可以殺死肉湯中的細菌，若其中有芽孢，也能被殺死嗎？鵝頸瓶里的肉湯真的不腐敗嗎？為解疑釋惑，筆者購置了鵝頸瓶和直口圓底燒瓶，重現、創新巴斯德實驗，將實驗裝置擺放在教室展示架上，時時觀察記錄肉湯的點滴變化。實驗伊始，教室室溫28℃左右，后期25℃左右。直口圓底燒瓶中的肉湯一周后出現明顯菌斑，兩周開始出現明顯腐敗氣味，第31天嚴重腐敗、有臭味。而鵝頸瓶中的肉湯始終澄清、無臭味。學生通過該探究活動，驗證了巴斯德實驗結果的真實性，明白了其中的科學原理：空氣中的細菌無法從鵝頸瓶的曲頸進入肉湯，鵝頸瓶雖與外界相通，瓶內能形成無菌環境；高溫加熱煮沸肉湯時，大量的水蒸氣從狹窄的瓶頸噴出，使瓶內形成了高壓高溫的環境，可將肉湯中的細菌和芽孢全部殺死。另外，學生設計實驗方案、觀察、記錄、分析實驗現象等科學探究能力也得到了提升，并體悟到了巴斯德富有創意的思維方式和研究方法。

2.2.2 在思考辯論中建構生命觀念、發展科學思維

科學史是建構生命觀念、發展科學思維的重要載體，如“光合作用的發現史”“達爾文的自然選擇學說”是進行“觀察—歸納法”訓練的經典史料，“孟德爾的豌豆雜交實驗”是進行“演繹與推理”訓練的經典史料。教師要依據課標和學情，將科學史轉化為結構化的問題串，有所側重地進行科學思維訓練。

以八年級下冊第七單元第二章第三節“基因的顯性和隱性”一節為例，教師可用“孟德爾的豌豆雜交實驗”貫穿整個教學過程。首先，通過自制微課直觀還原孟德爾的實驗過程，使學生在思維上與孟德爾共情：如果你是孟德爾，看到這樣的實驗結果，你有哪些疑問？你會怎樣解釋？學生會提出：親代高莖豌豆和矮莖豌豆雜交，為什么子一代只有高莖？矮莖“消失”了嗎？子一代的高莖豌豆長成的子二代中既有高莖又有矮莖，子一代“消失”的矮莖是怎么產生的？在學生提出問題的基礎上，教師引領學生回顧前兩節“基因控制生物的性狀”“基因在親子代間的傳遞”的相關知識，鼓勵學生大膽假設，嘗試運用所學知識解釋現象，設計實驗驗證假說，得出實驗結論。學生在“猜想—推理—再猜想—再推理”的過程中，認同并建構起遺傳學基本規律，領悟“假說-演繹法”的本質，掌握科學研究的思想和方法，感受科學家鍥而不舍、一絲不茍的科研精神。

2.2.3 在評價質疑中培養學生的批判性思維

科學史上的很多研究發現受當時社會環境及科學技術發展水平的制約，可能存在一定的局限性。教師在教學中要引導學生對其進行客觀的評價，大膽質疑，提出自己的主張。

以八年級下冊“達爾文的自然選擇學說”為例，教師展現達爾文基于環球考察搜集的大量實證事實和廣泛的調查研究資料及其對生物進化原因提出的科學解釋這一史實，既引導學生認識到達爾文敢于打破“特創論”和“物種不變論”的科學精神，又引導學生結合所學的基因與性狀關系的知識，大膽質疑，發現該學說的局限性——對生物進化的解釋處于個體水平、不能科學地解釋遺傳和變異的本質，從而激發起學生深入探究的熱情，為高中進一步學習“現代進化理論”打下基礎。

2.2.4 在實踐活動中提升學生的社會責任

教師要注意選取與生產生活緊密聯系的科學史內容，引導學生走進社會大課堂、應用所學知識分析解決實際問題，提升其參與社會事物的責任擔當。

例如，教師可結合八上第五單元第四章“科學·技術·社會”欄目中“‘超級細菌’近在咫尺”這一科學史內容，開展“抗生素使用現狀”調查實踐活動，讓學生圍繞研究目的自主設計調查問卷、制定實施方案、撰寫調查報告、展覽調查成果。通過該實踐活動，學生可了解到公眾有關抗生素的認知及使用誤區、抗生素的濫用現狀及其危害，主動宣傳相關知識、解決現實問題的使命和責任，會對科學、技術、社會相互關系有更深層理解。

正如科學史學家恩斯特·邁爾所揭示的：“幾乎對任何科學問題的研究都必然地引向對其歷史的研究。”生物學教師要充分認識到科學史在科學教育中所具有的多重角色和功能，要通過研修和學習努力提高自身的科學史素養，要結合初中生的認知水平特點，更好地運用科學史引領學生建構生命觀念、提高科學思維及科學探究能力、形成科學態度和科學精神，實現生物學課程特有的育人價值。