指向科學教育的“四味”課堂教學設計與實踐

郝建仕

科學教育是學校課程教育中的重要組成部分，主要以課堂教學和活動實踐等形式開展，旨在培養學生對科學本質的認識，提升科學素養，充分發揮科學領域各學科的教育價值。科學教育中核心概念教學是重點，以科學事實為載體，通過分析來龍去脈、相互關聯，學生在把握一般概念形成的過程中，領悟科學本質，形成科學思維方法。“四味”課堂教學模式，即尋味、探味、悟味、回味，以科學史為教學材料，將科學家實驗探索的歷程設置為課堂教學情境，讓學生沿著科學家的足跡主動思考、分析，獲取新知識，構建核心概念，形成科學本質觀，提升科學思維和探究能力，發展生物學學科核心素養。

1 尋味——培養學生發現問題的能力

尋味是通過觀察、調查、資料分析等科學方法，根據已有的知識經驗，認識世界事物現象、本質、規律時而產生認知沖突的過程。學生在尋味過程中，能自發地提出問題。教師通過創設問題情境，啟發學生在已有知識經驗與新學習任務之間產生矛盾，引發認知沖突，喚起學生的探究欲望，激發學生發現問題和提出問題的興趣。在科學史教學中，教師可以帶領學生將時光追溯回當時的科學情境中，基于史實材料，引發學生主動地提出問題。

例如，在學習“DNA 是主要的遺傳物質”時，教師展示一對父子的照片，請學生觀察這對父子的相同和不同之處。教師提出問題：性狀的異同之處是基于蛋白質表征出來的特性，父子之間具有種種相似之處的原因是什么呢？學生很快回答出，孩子繼承了父親的遺傳物質DNA。教師出示DNA 和蛋白質的分子結構示意圖，請學生觀察兩者的相似之處。學生發現它們均具有單體（核苷酸和氨基酸），因其排序不同、數量不同、空間構型不同等原因，均可形成多種類型的結構，兩者都具有多樣性和特異性。學生提出疑問：究竟DNA和蛋白質，哪個才是“真正”的遺傳物質呢？教師出示科學史資料：20世紀20～30年代，人們對蛋白質認識比DNA 要相對清晰些，因其靈活多樣的特點，可能蘊含著大量遺傳信息，認為蛋白質是遺傳物質的觀點占主導地位。某位生化學家曾經認為，染色體上核酸只是“分子結構的支持物”，也可以說是凸顯基因地位的分子骨架。蛋白質才是真正攜帶遺傳信息的物質，而DNA不過是核酸間隙的填充物罷了。學生在此情境下，對探索誰是遺傳物質的興趣愈發強烈，教師順勢將學生帶入了一個科學教育課堂的氛圍之中。

2? 探味——發展學生科學探究能力和科學方法

探味，是針對提出的問題進行探究的過程，只需符合科學探究的本質、不一定非要按照“六步驟”完成整個探究過程。提出的問題可以分析、討論和交流或進行邏輯推理解決，也可以通過查找資料解決;當然，也可以通過實驗或調查等實踐活動解決，這樣的科學探究主要體現在獲取新知上。科學史更多是形成概念的歷史，包含有科學家研究的過程、方法、現象和結果。教學中，教師可以對史實材料做一定的調整，引導學生分析、推理，對比自己的設計思路和科學家的設計思路，學習科學家的研究思想和方法，提升科學探究能力和科學方法。

關于“肺炎鏈球菌的轉化實驗”部分，教師對格里菲思的實驗可以做些調整，對肺炎鏈球菌不做介紹，改編2019年人教版教科書43頁圖3-2的轉化實驗順序，先給學生呈現第四組實驗過程和現象，引導學生分析實驗現象、提出小鼠死亡的可能假設、設計實驗思路、驗證假設。學生根據實驗分析，提出假設：小鼠死亡的可能原因是 R 型活菌或者是 S 型死菌導致的。并提出實驗思路：將兩種菌分別注射小鼠體內，觀察小鼠死亡情況。預測實驗結果時，多數學生認為會死亡，部分學生給出“不確定”的答案。教師隨后呈現出教材的第一組和第三組實驗，使學生發現小鼠不死亡，與預測結果產生了沖突，更加激發出學生的探究興趣。教師追問：導致小鼠死亡的真兇究竟是誰呢？學生提出：對第四組實驗的小鼠尸體進行尸檢，分離出肺炎鏈球菌，因R 型活菌和S 型死菌已經驗證過了，只需把可能發現的S 型活菌注射小鼠體內實驗，觀察小鼠是否會死亡。教師呈現第三組實驗，發現與之相吻合，學生喜悅之感油然而生。教師加工處理科學史材料，展開驗證性探究活動，符合學生的認知規律，讓學生在問題情境中通過分析問題、提出假設、設計實驗的方式來提升科學探究能力。最后，教師呈現科學家的實驗思路和結果，讓學生容易理解學科知識。

同樣，“噬菌體侵染細菌的實驗”也可以通過教師的深度加工，改變以往“講解實驗”的方式。教師展示 T2噬菌體的結構，介紹噬菌體的基本特性，引導學生思考：噬菌體是如何在細菌體內繁殖的？提出假設并進行實驗驗證。學生思考后，提出3種假設：①只有噬菌體的 DNA 注入細菌;②只有其蛋白質外殼進入細菌;③整個噬菌體進入細菌。教師通過學案提示，使學生明確：可以采用放射性同位素標記法進行實驗設計，分別用35S標記蛋白質和32P標記DNA。學生經過演繹推理，填寫學案中的預期實驗結果，見表1。教師提供教材中科學家赫爾希和蔡斯的實驗結果。他們的實驗結果顯然支持第①種假設，表明：噬菌體侵染細菌只注入DNA，并利用細菌體內物質進行繁殖，產生子代噬菌體;DNA在親子代間有連續性，即DNA是噬菌體的遺傳物質。學生通過演繹、推理分析，預期實驗結果，發展了科學探究能力;對比科學家的實驗結果，激發了自豪感和繼續探究生物學知識的興趣。

3 悟味——幫助學生建立科學本質觀

悟味，是引導學生領悟科學研究的規律、本質、特征等，體悟科學與技術之間的關系、科學與社會文化之間的關系，形成科學本質觀。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》明確提出：“學生在學習該課程中不僅要獲得諸如細胞、遺傳、進化等生物學知識，還應該學習一些關于自然科學的知識。在科學教育領域，關于自然科學的知識也稱為科學本質。”教師引導學生分析科學實驗研究的歷程、科學家人物、科學與技術的關系等，促進學生悟出科學的本質，形成科學本質觀，發展生物學學科核心素養。

在本節課的教學中，教師可以引導學生討論：通過不同科學家歷時多年的一系列探究實驗，最終揭示了 DNA 是遺傳物質。你有什么感悟？從對遺傳物質的早期推測到證實DNA 是遺傳物質，學生說出“科學知識可能隨著研究的深入，不斷完善、更加準確”。在肺炎鏈球菌的體內轉化實驗中，科學家經過對實驗結果進行觀察分析，給出推論“存在促使 R 型活細菌轉化為S 型活細菌的活性物質——轉化因子”，基于此，才有后面艾菲里的體外轉化實驗，學生說出“科學工作依賴觀察和推論”。通過比較自己的實驗設計思路和科學家的實驗設計的優缺點，學生說出“科學是創造性的工作”。另外，教師還可以通過引導學生討論科學家探究實驗采用的技術手段，讓學生關注科學與技術的關系，深刻體悟出“科學是技術發展的理論基礎，技術是科學發展的重要手段，兩者之間相互支持、相互促進”。這些內容在平時教學中很少有教師專門引導學生概括，往往是課堂上潤物細無聲地發生，卻沒有給學生點悟。科學教育恰恰需要這樣的教學方式，通過科學史引導學生產生感悟，使學生形成一定的科學本質觀，讓課堂起到畫龍點睛的效果。

此外，教師通過補充艾菲里相關背景資料，讓學生從科學家人物角度領悟科學精神和科學態度。艾菲里面對來自各方面的質疑，甚至在多次與諾貝爾獎失之交臂的情況下，不但沒有影響他從事科學研究的熱情，反而是一生都在從事自己喜歡的研究工作，并取得了很多成就，獲獎無數。他雖然沒有得過諾貝爾獎，并沒有感到遺憾。教師以此對學生進行不畏艱難、持之以恒等良好科學品質的教育，使學生認同從事科學研究事業必需具備一定的科學精神和科學態度。

4 回味——構建概念圖，科學知識結構化

回味，是對整堂課的回顧與總結，幫助學生將零散的知識按照一定邏輯主線結構化、網絡化，將不同的概念建立起關聯，易于學生整體把握單元知識，提升學生在復雜情境中靈活運用知識解決實際問題的能力。構建概念圖是知識結構化的常用教學手段，將元知識與新知識、新知識與新知識通過內在聯系以網絡圖形式表征，也是思維可視化的表征。例如，本節課就可以按照圖1所示幫助學生將科學知識建立關聯，隨著科學進程的不斷推進，知識不斷完善，突出知識間的聯系，幫助學生建構核心概念，發展生命觀念。

在本節課上，教師運用“四味”課堂教學模式，基于教材文本，深入挖掘并充分利用科學史，將其改編為教學材料，通過加工處理變成以學生自主探究為主的教學方式，從發現問題、提出假設、演繹推理到實驗驗證的科學研究進程展開，培養學生的發現問題能力、科學思維、實驗論證意識，進而提升科學探究能力。學生通過比較科學家實驗研究思路，習得科學思想方法，認同嚴謹務實的科學精神，形成科學本質觀，發展生物學學科核心素養。

參考文獻：

[1]馮華.科學本質觀：發揮科學教育育人價值的關鍵[J].中小學管理，2019，（11）：12-14.

[2]胡玉華.科學教育中的核心概念及其教學價值[J].課程·教材·教法，2015，35（3）：79-84.

[3]悉達多·穆克吉.馬向濤，譯.基因傳·眾生之源[M].北京：中信出版社，2018：140.

[4]吳成軍.生物學學科核心素養的教學與評價[M].上海：華東師范大學出版社，2020：45.

[5]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：61.