高中生物必修1中科學史的內容變動及教學策略

金小英 羅媛媛

【摘要】生物學作為自然學科中一門重要的基礎學科，對于提高學生科學文化素養具有非常積極的作用。新一輪的課程改革給予了學生在選科上很大的自由度，選擇生物學很大程度上取決于學科興趣，若一線教師能在課堂教學中根據設定的教學目標、教學內容恰當地選取生命科學史史料作為教學素材，根據所需進行合理地加工處理后應用于教學之中，可以拓寬教學路徑，創設更加有效的教學情境，引導學生感受生物學的學科邏輯和科學本質，體會生物學探究的樂趣，同時收獲知識，提高學生的科學文化素養。基于此，筆者選擇了人教版高中生物必修1新教材（2019年6月第一版），對生命科學史內容的出現數目、呈現方式、研究時間、主要貢獻和新教材中科學史內容的變動等情況進行了匯總，并對變動的內容如何應用于教學實踐闡述了幾點建議，使生命科學史的教育價值得到更大程度的發揮。

【關鍵詞】高中生物；新教材；科學史；內容；變動；教學策略

【中圖分類號】G633.91【文獻標志碼】A【文章編號】1004—0463（2022）05—0075—05

隨著一次次的課程改革與教材革新，生命科學史在其中所占的比重悄然增加，科學史與教學的融合也逐漸成為教學研究應用的熱點對象，因為生命科學史不光是單純的歷史，更蘊含著生命科學的發生、發展、完善的歷程，其中傳達了科學知識的本質、科學方法的內涵，也有科學精神淋漓盡致的體現，還有科學、技術與社會的完美融合，如此豐富的教學素材若加以合理應用，一定可以幫助生物教師實現知識與技能、過程與方法、情感態度和價值觀的三維立體教學目標。

對于學生而言，生物課堂也將不再是死板、空洞的知識傳授，而是一個個鮮活的人物、事件的呈現以及在這個過程中或有形或無形地接收到知識的傳承、方法的理解、情感的熏陶、價值觀的創建。

在新版必修1教材中，共有6個章節插入了17例科學史。教材中以科學家訪談《探究微觀生命世界的奧秘——與施一公院士的一席談》為開端開始生物課程必修1的學習。該訪談與必修模塊名稱“分子與細胞”緊密聯系，其中施一公院士的研究內容與本模塊的教學內容緊密聯系，結構與功能觀也是貫穿整個必修1的重要生命觀點，他的工作就是探究微觀生命世界的奧秘，主要研究生老病死等生命過程在微觀世界的分子基礎。一旦該項研究能成功，不僅能滿足人類的好奇心，而且具有巨大的應用價值，此項研究對理解生命具有十分重要的意義。施一公院士也談到了科學精神在科學研究中的重要作用，即便是不從事科研的人，這也是能讓自己在崗位上表現的難能可貴的品質，也是學生在現實生活中尤其是學習中值得深思的，對他們樹立正確的價值觀和世界觀具有重要意義。

在整個必修1教材中，科學史主要集中在“思考討論”“生物科技進展”“生物科學史話”“科學技術社會”“思維訓練”和相關發現歷程的正文等欄目中，涉及科學家們堅持不懈、鮮為人知的科學研究中或艱辛或有趣的過程，一些與課本相關知識點緊密聯系的前沿領域的發展和與之相關的職業，讓學生在學習之余思考今后學習研究的方向。

在這些科學史內容中，既有觀點產生的大致過程，也有體現科學家們堅持創新等對學生進行情感教育素材的人文精神。這不僅使學生對高中生物的學習產生濃厚的興趣，而且在聽故事的過程中學到相應的生物學知識，也為接下來的生物學科的學習奠定了良好的基礎。現將新版必修1教材中生命科學史內容的變動總結如下：

1.生命科學史內容更加翔實。如，在“細胞膜成分”的探索中，明確指出了科學家姓名、實驗時間，還增加了細胞膜張力的描述；在“光合作用與能量轉化”一節的探究歷程中，增加了甲醛對植物毒害作用、希爾反應、阿爾農實驗等科學史內容，更完整、真實地還原了當時的研究情形，使知識點的呈現不突兀，更連貫，更豐滿。具體見表1。

2.增加了更多我國科學家和科技成就的研究史實。新教材更注重反映我國的科技成就和我國科學家的研究成果，以此弘揚愛國精神，激發學生的愛國志向，培養學生的愛國情懷，增強學生的民族自信心和自豪感，增進學生的國家認同，樹立文化自信。具體見表2。

3.教材中的生命科學史內容數量和分布均有所增加。舊版必修1教材（2009年6月第一版）中共出現生命科學史內容11處，新版中增加至18處，除一處刪減外，其余均為不同程度的增加和充實。在教材中的分布也遍及“思考討論”“生物科技進展”“生物科學史話”“科學技術社會”“思維訓練”和相關發現歷程的正文等欄目中，由此也提示生物教師在教學中要更加重視挖掘生命科學史的教學價值。

4.生命科學史中體現的科學方法更直觀。新教材中進一步設計了“科學方法”欄目內容，完善了科學方法，充實了“思維訓練”的內容。如在第1章第1節增加科學方法“歸納法”，第5章增加“運用證據和邏輯評論觀點”的思維訓練[1]。再如，在利用豚鼠胰腺腺泡細胞進行分泌蛋白的合成與運輸實驗的科學史中，明確指出使用的科學方法——同位素標記法。這是生物學實驗研究中常用的方法之一，明確此法后，學生在之后學習中解決類似的問題也可以第一時間想到。

5.出現以生命科學史為背景的課后習題。如在第1章練習題中增加了2002年紐約州立大學病毒學家人工合成脊髓灰質炎病毒的科學史；在“細胞呼吸的原理和應用”思維訓練欄目中增加了真核細胞線粒體起源的解釋。在第2章練習題中增加了1969年隕石中發現氨基酸的史料。這樣的設問使學生能體會到生物與生活實際的聯系，增強學習成就感。

6.生命科學史在教材中的呈現順序有所調整。如將舊教材中第4章“生物膜的流動鑲嵌模型”移到了“細胞膜的結構與功能”一節，將細胞膜的功能與結構整合在一起。這樣既符合教師的教學習慣，也能更好地體現生物學科核心素養中生命觀念里的結構與功能觀。

1.利用生命科學史培養學生的科學思維能力。科學思維涵蓋了認知動機、認知行為、認知方式、認知品質等人認識自然界的基本特征，主要有：歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等[2]，而在生命科學史內容中這些科學思維方式都有著淋漓盡致的體現，學生通過學習科學家們利用這些科學思維進行科學研究的過程，逐漸體會科學思維的內涵，并逐漸應用到自己的生物學習、解決問題之中，從而無形中提升了學生的生物學科核心素養。

在新教材中進一步設計了“科學方法”欄目內容，完善了科學方法，充實了“思維訓練”的內容。如在第1章第1節增加了科學方法“歸納法”，此法在進行分泌蛋白的合成與運輸、細胞核的功能、關于酶本質的探索、對生物膜結構的探索歷程、細胞學說的建立等諸多內容中都有很明確的體現。

在第1章練習題中增加了2002年紐約州立大學病毒學家人工合成脊髓灰質炎病毒的科學史，這其中也蘊含了批判性思維的重要性，讓學生學會認同研究意義的兩個方面：絕對肯定或者否定的態度都是不全面的。批判性思維涉及光合作用探究歷程、對生物膜結構的探索歷程、細胞學說的建立過程、授予諾貝爾化學獎的通道蛋白、干細胞的研究進展與人類健康等，讓學生學會對這些實驗設計進行評價，認同科學的發展性，在了解科學前沿知識的同時，學會評價科學工作是否會給人類生活帶來風險等。

在第2章練習題中增加了1969年隕石中發現氨基酸的史料，這對學生演繹推理的思維能力是很好的鍛煉，通過對材料推斷：除地球外，其他星球上可能存在生物。演繹推理的科學思維還蘊含在新版必修1教材的斯帕蘭扎尼研究鷹的消化作用（推斷胃液中含有消化肉塊的物質）、葉綠體的功能（葉綠體是光合作用的場所）等。當然演繹推理的思維能力在必修2教材孟德爾的豌豆雜交實驗中體現得更加淋漓盡致，可以給學生埋下伏筆，讓學生學習生物學知識也是有章可循。

2.利用生命科學史培養學生的生命觀念。《普通高中生物學課程標準》指出，生命觀念是對觀察到的生命現象及相互關系及特性進行解釋后的抽象，是能夠理解或解釋生物學相關事件和現象的意識、觀念和思想方法[3]。主要包括結構與功能觀、物質與能量觀、穩態與平衡觀、進化與適應觀等。

教師在教學中可以選擇適當的生命科學史史料進行學生生命觀念的培養。如在培養學生結構與功能觀時，可以選擇第四章第1節，生命科學史話中的“人類對通道蛋白的探索歷程”的科學史（必修1第68頁），在學習第1節“被動運輸”時，關于水分子的擴膜運輸方式的探究中，教師可結合初中學過的尿液形成過程中水分子被重吸收的過程，讓學生明白僅靠自由擴散是實現不了的，再加上教材中描述“過去人們普遍認為，水分子都是通過自由擴散進出細胞的，但后來研究表明，水分子更多是借助細胞膜上的水通道蛋白以協助擴散的方式進出細胞的”，那水通道蛋白是如何被科學家發現來使人們更準確認識水分子擴膜運輸方式的？同學們可以學習68頁的科學史，科學家們通過同位素標記、物質分離等技術發現了細胞中存在特殊的輸送水分子的通道，并且認識到是一種蛋白質，隨后水通道蛋白就被發現了。反觀水通道蛋白的發現過程，學生不難發現科學家們先是發現細胞的功能，然后去尋找與該功能相匹配的結構，借此明白結構與功能觀的含義。在必修1中能培養學生結構與功能觀的史料還有很多，如細胞核、細胞膜、線粒體、葉綠體的結構與功能、蛋白質結構和功能的多樣性等。

在培養學生的物質與能量觀時，可利用光合作用和呼吸作用的相關科學史，使學生認識到物質中包含能量，物質的變化必然引起能量的釋放或者吸收，而能量要依賴物質作為載體。再如，通過學習研究螢火蟲發光過程中能量轉化的相關科學史，認識到能量儲存于ATP這一高能磷酸化合物中，ATP的水解伴隨式能量的釋放，ATP的合成伴隨著能量的吸收。在培養學生的“穩態與平衡觀”時，可利用“秀麗隱桿線蟲與細胞凋亡研究”的相關科學史，認識到在多細胞生物發育的過程中，有很多細胞選擇性地消除以形成組織和器官，以此來維護機體正常的生長發育。

3.利用生命科學史培養學生的科學探究素養。《普通高中生物學課程標準》指出，科學探究是指能夠發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及結果的交流與討論能力[3]。

教師在教學中可以選擇適當的生命科學史史料進行學生科學探究素養的培養，創設真實的研究情境，使學生置身于探究歷程中，切身體會科學探究的一般歷程，訓練學生的科學探究精神。如在進行“對生物膜成分和結構的探索”“光合作用的探究歷程”等科學史的教學時，可以讓學生通過閱讀按照時間順序整理出科學家們通過發現什么問題建立何種假說，設計什么實驗，得出什么結論，讓學生知曉科學探究的一般歷程[4]。除此之外，還可以引導學生思考在設計實驗時要注意的問題，遵循的原則，找出實驗設計中是否存在不足之處，該如何補充完善等，以培養學生善于思考、敢于質疑的科學精神。

生物學作為自然科學中的重要組成部分，是一門博大精深、歷史悠久、發展前景廣闊的重要學科，與傳統的理科課程相比較，生物學既有復雜多樣的科學知識，也有形象生動的科學方法，同時又具有豐富的人文底蘊。通過對生命科學史的學習，可以使學生站在巨人的肩膀上，跟隨著科學家探索、發現生物世界奧秘的道路，知曉科學知識的本質，體會、學習科學家們的科學精神，建立正確的科學觀、人生觀、價值觀。

總之，作為生物教師不僅要關注學生對科學知識的習得，更要注重他們科學素養的培養，同時培養他們的觀察能力、探索精神以及為實現夢想堅持不懈、鍥而不舍的科學品質，真正使學生成長為滿足新時代要求的有用之才。

[1]譚永平.人教版《普通高中教科書生物學》修訂情況簡介[J].生物學教學，2019（10）：10-13.

[2]劉恩山，曹保義.普通高中生物學課程標準（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2017：45.

[3]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：65-66.

[4]譚永平.發展核心素養為宗旨的高中生物學新教材[J].課程·教材·教法，2019（11）：104-109.

（本文系2018年度甘肅省“十三五”教育科學規劃課題“高中生物教材中生命科學史在教學中的應用研究”的研究成果，課題立項號：GS[2018]GHB4118）

編輯：張昀