生物學科學史賦能高中生物學學科教育

程 明

(江蘇省南菁高級中學 江蘇江陰 214437)

目前的高中生物學教學,主要關注生物學學科知識及對學科知識的運用。 學以致用固然是高中生物學學習需要實現的重要目標之一,但倘若學生不了解所學的知識從何而來,就無法真正掌握生物學知識的生成方式,難以領悟生物學家在解決問題時所采用的思路和方法,無法養成科學思維的習慣、積極的科學態度和創新實踐的能力。 因此,追根溯源,深入挖掘生物學學科知識的來龍去脈,方能更好地用知識指導生活,實現學科育人的終極目標。 高中生物學中很多核心概念的形成,就是科學家通過一系列的探索過程獲得的。 《普通高中生物學課程標準(2017 年版)》(以下簡稱《課程標準》)明確提出:“科學是一個發展的過程,學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路,理解科學的本質和科學研究的思路和方法,學習科學家獻身科學的精神。”以下將從生物學科學史有助于高中生物知識結構的形成,科學思維的養成及學科育人三個方面,談談生物學科學史具體如何賦能高中生物學學科教育。

1 生物學科學史有助于高中生物學知識結構的形成

赫爾巴特在統覺論中提到:“只有擁有知識結構,才能去同化相類似的知識,順應體系外的知識,從而讓知識結構變得越來越飽滿,讓知識點變得越來越豐富”。 遺憾的是,在當下的生物學學科教學中,老師和學生都忙于學科知識點的講授和學習,更習慣“滾雪球”式的教學方式,以期通過知識點的學習,使得“知識雪球”越滾越大。 但卻忽略了雪球的內部并沒有形成“結構化”,當雪球越滾越大時,破碎的風險也更大。 就像在建樓時,如果沒有搭建穩固的內部“隱性”結構(如地基等),就無法建造起摩天大樓。 因此,在高中生物學教學中注重學科知識結構的生成,并用知識結構來同化和順應新的知識點,才能事半功倍,有助于學生形成穩固的“結構化”知識。

教材中的生物學知識基于邏輯關系架構獲得,符合知識學習的內在規律和邏輯關系。 但這些知識是去背景化的生物學知識,如果教師單純依照教材授課,學生容易把學科知識結構理解為生物學知識點間的邏輯結構,而忽略了其立體化、情境化和故事化的真正意義上的學科知識結構。 生物學知識結構究竟是怎樣形成的? 生物學教師應如何幫助學生建立屬于自己的生物學知識結構呢? 當前比較流行的做法是繪制概念圖。 但是,即使學生建構出了概念圖,也很難生成對知識點間的多維度內涵及內在規律的關聯。 生物學科學史是幫助學生建立有效知識結構的重要路徑之一。

例如,光合作用是指綠色植物通過葉綠體,利用光能,將二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物,并且釋放出氧氣的過程。 所以,在學習光合作用概念時,可以利用光合作用的科學史,帶領學生分析光合作用的原料、條件、產物及過程,讓學生逐步認識到光合作用過程中物質和能量轉移的來龍去脈,形成“結構與功能相適應”和“物質與能量相統一”的生命觀念(圖1)。

圖1 光合作用的科學史(部分摘錄)

以生物學科學史為載體的光合作用學習,讓學生重走生物學知識(光合作用)的發現、發展之路,以科學史為載體提煉出學科知識間的“隱性”結構(關聯),并自主重構生物學學科知識。 當教師為生物學知識尋回本源時,既保有知識的科學性,又賦予知識以歷史情境。 學生了解生物學知識生成的歷史脈絡,進一步形成對生物學學科知識結構的感性認知,有助于高中生物學知識結構的形成。

2 生物學科學史助力科學思維的養成

《課程標準》指出:“科學思維是指尊重事實和證據,崇尚嚴謹和務實的求知態度,運用科學思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。”在真實的教學活動中,教師眼中的學科知識是已經結構化的,而學生接觸到的則是一個個具體的知識片段。 當學生忙于知識片段的習得,而不把握學科知識學習的思維方式時,學習就將變得低效,學生就愈發失去學習的動力和興趣。 因此,要提高學生的學習動力和興趣,就需要教師引導學生透過現象看本質,透過學科知識培養科學思維,用科學思維理解學科結構,讓學生從“生物學知識覆蓋”走向“科學思維養成”。

教材中的知識除了去背景化,也是去問題化的。此時,學生的任務也不再是探究生物學學科問題的解決方法及思路。 大量的教學實踐啟示我們:在尋找問題解決的方法及思路時,一個好的辦法就是追溯相關知識的科學史,引導學生深入了解知識的來龍去脈,直面生物學家如何生成這些生物學知識,并用這些知識解決當時的問題。

“促胰液素的發現”是《選擇性必修1·穩態與調節》的第三章第一節,本節內容涉及三個科學史故事,分別是“囿于定論的沃泰默”“另辟蹊徑的斯他林和貝利斯”及“巴甫洛夫的感慨”。 教師通過優化教學設計,設置啟發性問題,如“根據沃泰默的實驗,請分析哪兩組實驗可以形成對照實驗?”“根據實驗能夠得出怎樣的結論?”以及“巴甫洛夫會接受斯他林和貝利斯所提出的胰液的分泌是受化學調節這個觀點嗎?”,讓學生了解相關科學史,發展科學思維,并在此基礎上感受科學家嚴謹的科學態度和實事求是的科學精神,領會科學本質(圖2)。

圖2 促胰液素的發現相關科學史中科學思維的培養點

通過優化的科學史學習,學生產生對歷史和當下真實生物學學科問題的探索興趣,發現知識形成過程中蘊藏的問題解決思路,逐漸養成科學思維的習慣,發展終身學習及創新實踐能力。

3 生物學科學史助力學科育人

生物學學科教學應始于知識傳授,聚焦素養提升,終于人格培養。 學科教學最終肩負的是學科育人的責任,指向的是培養全面發展的人。 生物學科學史是在一位位科學家探索生物學現象,理解生命現象本質的過程中逐漸形成的。 教學中,教師不僅要運用好教材提供的科學史素材,還要通過其他方式補充相關的背景資料,充分挖掘科學史的教育價值。 讓學生通過科學史的學習,重走科學家探究生命世界的道路,理解生命現象的本質,體驗科學研究的方法,感悟科學探究的精神,最終實現生物學的學科育人目標,必修2 部分科學史見表1。

表1 必修2 部分科學史的育人價值

生物學科學史將科學與人文教育有機融合,具有獨特的育人價值,是實現人全面發展的重要載體之一。 通過學習科學史,既可以讓學生了解生物學知識背后的故事,更能夠讓學生學習科學家是如何發現新知并為之堅持,進而培養學生創新知識的底氣和追求真理的勇氣。

通過生物學科學史的學習,不僅有助于學生形成高中生物學知識結構,也有助于科學思維的養成。 同時,提供生物學科學史的資料故事,可以拉近學生與科學家的距離,讓學生更生活化地感受生物學大師的故事,體會科學家在推動生物學發展進程中堅持不懈的品質;可以為生物學知識賦予學科發展的真實過程和人物情境,令學生近距離地看到生物學知識演變的歷程。 生物學科學史賦能高中生物學學科教育,可以讓生物學教學在學科育人方面充分發揮作用,為生物學學科教育建立豐富的時代背景,從而幫助學生站在知識結構和科學思維的角度思考生物學問題,并為學生提供更多的精神滋養,進一步增強學生的文化自信。