依托科學史，培養高中學生科學思維

盧志薇

核心素養的發展培養是現階段教師所要研究的重要內容，核心素養培養的價值并不僅僅體現在學生的發展上，在現階段高考的核心考點也開始與核心素養出現高度融合，這意味著學生核心素養的發展情況將會直接影響學生的升學。為此，高中生物學教師需聯系生物學科核心素養的構成，設計有效的教學培養方案。科學思維是生物核心素養中的一個維度體現，這一素養主要體現在學生科學思維方式的形成上。為了有效地推動學生的科學思維培養，教師需聯系生物學科實際，選擇合適的方法進行設計。通過研究可以發現，科學史內容的展現可以給學生展示多個科學研究史中存在的內容，讓學生在其中對照著進行分析研究，就能讓學生逐步進行多種方法的探究與思考。接下來，筆者將結合自身教學研究發現，對利用科學史培養高中學生科學思維核心素養的方法進行簡要展示。

一、科學思維的培養價值簡析

科學思維也可以被稱之為理性思維，是指能運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法探討生命現象及規律，審視或論證生物學社會議題。通過對學生科學思維的有效培養，學生能有效地經歷上述四種思維研究過程，獲得思維能力的發展與思維方式的改變。這對學生今后的研究性學習開展或實驗探究的進行非常有利。

在現階段，隨著新高考改革的開展，新高考標準中明確提出了核心素養的考查要求，教師培養學生的核心素養就有了更加直接的價值。即通過核心素養的培養，可以幫助學生更好地突破高考，進而考取心儀的大學。

基于上述內容，筆者認為，科學思維作為生物學科核心素養的構成，其培養價值較高，且對學生的發展有著直接的影響。高中生物學教師則要想辦法構建更加有效的生物學教學，推動學生的發展。

二、利用科學史培養高中學生科學思維的方法

（一）做好課前分析，搜集科學史資源

科學史的有效展示可以幫助學生見證各個生物學家做出研究分析的過程，學生也可以在模仿性的研究、建模、推論過程中得到科學思維的發展。而為了更好地發揮科學史的效果，教師需在課前研究，就當前教學中適宜展示的科學史內容進行搜集與開發，設計有效化的教學過程。為了達到這一點，教師在教學實際中需利用課下時間作出研究，搜集本課相關的科學史資源內容。其中，教師可以就教材內容進行研讀，分析其中涉及的各個生物學家及其相關的事例和成就。當然，在教材中很多生物學家的事例列舉得都較為簡略，若作為了解類內容尚可，但想利用其推動學生進行研究就顯得略有不足。為此教師在通過教材找出基本的生物學家和其成就后，可以利用計算機多媒體進行網絡檢索，搜集更加具體的事例記載。在完成資源搜集后，教師可以對相關內容進行總結整理，想辦法構建教學展示的流程。

例如，在進行“細胞”相關章節的知識教學時，教師可以在對應的知識教學開始前進行科學史資源的搜集，將其作為教學展示融入的內容。其中，筆者研究發現，在高中階段，與細胞學建立的相關的科學家主要有維薩里——比利時人，從人體解剖入手研究，發表了巨著《人體構造》，揭示了人體在器官水平的結構;比夏——法國人，他指出器官由低一層次的結構——組織構成，并把組織分為21種;虎克——英國人，細胞的發現者和命名者。1665年，他用顯微鏡觀察植物的木栓組織，發現由許多規則的小室組成，并把“小室”稱為cell——細胞;列文虎克——荷蘭著名磨鏡技師，他用自制的顯微鏡觀察，對紅細胞和動物精子等活細胞進行了精確的描述;德國植物學家施萊登和動物學家施旺——19世紀30年代提出了細胞學說，指出細胞是一切動植物結構的基本單位。相應地，在實際的教學中，教師可以聯系實際的教學內容，對相應的生物學家事跡進行進一步檢索，將其作為教學的內容構成。

（二）聯系學生發展，優化教學開展方法

為了有效地發展學生的科學思維，教師需在展示科學史的同時讓學生聯系科學史中提到的科學家事跡進行研究，讓其嘗試著模仿復制一些實驗的過程。為確保學生在整個過程中可以獲得較高的發展，教師需就給學生提供實際探究分析的機會。在過去的教學中，理論講授法是教師常用的教學方法，這一教學方法的使用雖然可以幫助學生快速記憶一些生物知識，但學生缺乏自由論述研究的機會。目前，為了推動學生進行研究學習，教師可以對教學方法作出調整，聯系學生的實際發展情況構建學生學習小組，推動學生進行合作學習。

例如，在進行“光合作用與能量轉化”這一課的教學時，為了推動學生更加積極主動地進行分析研究，教師可以結合實際，圍繞學生的綜合發展情況，對教學開展的方法進行優化。在實際中，為了有效地利用小組合作教學法開展教學，教師需先圍繞學生的能力發展情況作出分析，研究學生現階段存在的能力發展差異，再作出學生小組的劃分。在學生小組劃分完成后，教師在課上可以引領學生對相關的知識內容進行學習，讓其感悟相關的科學史內容，推動其思維的發展。

（三）運用媒體工具，構建有效化展示

科學史內容能否有效展現，對學生的科學思維發展有著重大的影響。而為了確保科學史內容展示的有效進行，教師需對教學展示工具進行開發研究，構建有效展示的過程。多媒體是現階段已經普及化的信息化教學工具，可以幫助教師進行更加有效的教學展示過程，這對學生的發展也是非常有利的。為了推動學生的發展，教師在教學實際中就可以利用多媒體教學工具展示科學史相關的圖片視頻內容，幫助學生對科學家的事跡與生平進行分析，感悟相關的實驗內容。

例如，在進行“遺傳因子的發現”這一課的教學時，為了幫助學生對孟德爾遺傳定律有一個深刻的認識，教師可以利用課余時間搜集更加豐富的孟德爾遺傳定律的材料。這些材料可以包含孟德爾的個人信息，其發現遺傳因子的條件和事件等。在教學的實際過程中，教師可以將相關科學史材料的展現融入教學，給學生構建豐富且有效的教學展示，推動學生進行理解研究。又如，在進行“有絲分裂”這一課的教學時，為了引導學生進行認知，教師可以搜集波蘭科學家麥克和瑞士植物學家內格里的成就，讓學生了解“第一個看到細胞核分裂的人”和“第一個看到染色體的人”，以此增加其感悟。像這樣，學生通過相關圖片文字資料的分析，其能力和知識認知就可以得到有效提升與發展。

（四）引導學生討論，發展學生思維

學生討論的進行對學生思維的發展非常關鍵，為了確保學生可以進行有效的討論過程，教師在教學實際中需做出教學設計上的研究，就學生討論的激發進行分析。問題導學是一種常用的教學方法，其核心內容是利用問題的提出引導學生進行討論學習。為確保問題導學可以有效地發揮其設計效果，教師在教學實際中需就問題的設計和提出做出分別研究。在問題的設計方面，教師需聯系科學史內容進行拓展研究，找出合適的主題與科學史事件，圍繞實際情況設計問題。在提問時機的選擇上，教師則可以將其放到教學開始前作為導入問題，也可以將其放在課堂的引申環節引領學生思考。

例如，在進行“DNA是主要的遺傳物質”這一課的教學中，教師可以聯系本課的實際內容設計一些問題，引領學生進行思考。通過分析可以明確，本課的內容包含幾個經典的病毒實驗，即1928年，英國科學家的R型菌和S型菌的轉化實驗;1944年，美國科學家艾佛里和他的同事所做的肺炎雙球菌體外轉化實驗;1952年赫爾希和蔡斯，以同位素標記法進行的實驗。這幾個實驗證明了DNA是主要的遺傳物質。在明確相關的內容后，教師在教學中可以將這幾個實驗展現給學生，并引導性的設計提問，引領學生思考為什么這些實驗可以證明DNA是主要的遺傳物質，為什么DNA不是全部的遺傳物質。通過這些問題的思考探究，學生就可以逐漸加深理解。

（五）融合實際事例，幫助學生進行感悟

實際的案例總能更加打動學生，為了幫助學生深入地了解科學史內容，發展其科學思維，教師在教學中設計教學展示時，可以融入一些現代的科學家實例進行展現，讓學生分析現代科學家中那些偉大的存在，感受其奉獻精神。現代科學家由于時代較為接近，學生通過一些網絡媒體途徑也可以接收到他們的相關信息，這一類事例內容展示可以更好地打動學生，讓學生產生感悟，并聯想到自身該怎么做。

例如，在教學實際中，教師可以為學生展示我國科學家屠呦呦的事跡，讓學生通過其生平的分析和杰出的貢獻加以感悟。其中，為了幫助學生更好地了解屠呦呦研究的重要性，教師可以為學生展示“瘧疾”相關的圖片材料，讓學生明確這一疾病的危害。通過這一展示過程，學生就可以認識到其貢獻。又如，教師還可以為學生展示鐘南山的事跡，引領學生認識其貢獻，幫助學生了解生物學在疾病防治上的作用和價值。再如，教師可以從“克隆”這一概念入手，為學生展示我國生物學家童第周的事跡，讓其感受“中國克隆之父”這一稱號的重量。在完成上述內容的展示后，教師可以讓學生從科學家的實際聯想自己，分析自己又該如何做，才能為我國未來生物科學事業的發展增磚添瓦。

（六）創建學生活動，引導學生分析探究

科學思維的培養不應僅僅停留在理論的展示和引導上，教師還需聯系實際設計一些學生實踐探究的活動，讓其自主地進行一些科學家事跡的追尋和研究。為此，教師在教學實際中可以在教學準備環節作出分析，思考有效學生活動的構建方法。在實際的活動構建中，教師除了要考慮學生的發展之外，還需聯系活動的難度進行思考，給學生設計幾個可行的探究目標，引領學生進行學習。

例如，在進行“基因突變和基因重組”相關知識的教學時，教師可以構建學生探究活動，引領學生通過網絡檢索的方式搜集相關的材料和資源，讓其更加充分認識事物的兩面性，感知基因突變的特點。在學生研究的過程中，教師可以引導其搜集我國雜交水稻之父袁隆平的材料，讓學生分析其貢獻。像這樣，通過學生活動的開展，學生就可以獲得分析研究的機會，其自身的能力也能得到提升。

（七）研究歷史實驗，感悟生物學內容

生物學的科學史與實驗是密不可分的，其中敘述了很多科學家的經典實驗，正是這些實驗的開展，推論出了很多重要的生物知識。通過對這些歷史實驗的研究與模仿，學生就可以體會科學家鉆研研究的過程，這對學生的知識理解是很有幫助的。為了幫助學生體驗這些實驗，教師在教學實際中需利用準備環節搜集相關的實驗并作出研究分析，探究將其展現給學生的有效方法。其中部分難度較大或操作煩瑣的實驗，教師可以借助媒體展示的方式對相關信息進行解析，讓學生有所認識即可。對那些操作難度較低或可以簡化模擬的實驗，教師則可以鼓勵學生嘗試進行實驗探究。

例如，在教學實際中，教師可以讓學生研究1952年赫爾希和蔡斯所進行的T2噬菌體實驗。由于該實驗具有較高的要求，中學實驗室并不具備完成條件。所以教師可以給學生提供相關的具體材料，讓學生進行分析。在學生研究的過程中，教師可以引導性地作出展現，為學生解釋噬菌體和相關實驗的原理，幫助學生進行解析與理解。通過這一過程，學生就可以認識歷史實驗的開展背景與成就，也能更好地理解生物學研究的特點。

（八）設計有效評價，展現學生發展

教學評價是教學的重要構成部分，在學生科學思維的培養過程中，教師同樣需要借助教學評價的有效設計將學生的科學思維發展情況展現出來。為了達到這一目的，教師在教學實際中需圍繞學生的素養發展做出教學評價設計的拓展。在原本的生物教學設計中，教師設計的教學評價多是圍繞學生的知識掌握和課堂表現而展開，在當前，為了量化學生的科學思維發展，教師需從教學實際出發作出架構，選擇合適的依據定性學生的發展水平，進而設計有效化的教學評價。

例如，在一段時間的教學完成后，為了評測學生的科學思維發展情況，教師可以設計相對應的教學評測設置。其中，教師可以通過實際調研和實驗開展的方法進行。首先，針對實際調研，教師可以采取問卷調查的形式對學生進行評測，分析科學思維培養教學開展前后學生科學思維的變化情況。其次，在實驗開展方面，教師則可以通過有效教學實驗的創建讓學生展現自己，最后，教師再從學生在實驗中表現出的各項素質評價學生的科學思維發展情況。

三、結語

綜上所述，在當前，核心素養的培養已經成為教師開展教學的重要內容。為了推動學生科學思維核心素養的培養，教師在教學實際中可以借助科學史內容的展現幫助學生感悟歷史實驗，分析科學家的事跡。在實際的教學中，教師需圍繞教學設計作出分析，想方設法將科學史的有效展現融入其中。

注：本文為福建省教育科學“十三五”規劃2020年度教育教學改革專項課題“基于科學史開展科學思維訓練教學的案例研究”（課題號：Fjjgzx20-071）研究成果。

（宋行軍）