在高中生物教學中開展科學方法教育的研究

摘? 要：我國科學方法教育存在發展不夠成熟、研究少、實施不容樂觀等問題。本文以生物科學史中“酶的發現及其本質的探索”為例，在生物教學中開展科學方法教育的研究，并提出相應策略，以促進學生的全面發展，培養和提高學生的生物科學素養。

關鍵詞：科學方法教育；教學案例；高中生物

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：A ? ? ? ?文章編號：1001-0769（2024）01-0095-03

在教學中，教師要能夠發掘教材中的科學方法，在學生學習生物科學史、感受科學精神的過程中，滲透科學方法教育。教育工作者要懂得如何有效地使用科學方法教育來潛移默化地提高學生的科學素養。

對于高中生物，可將科學方法教育的內容分為兩個層次：一個是高中生物特有的科學方法，這些方法適用于生物某些特定的實驗，如細胞膜的制備方法、同位素標記法、差速離心法分離細胞器等；另一個是科學研究的一般方法，如觀察法、實驗法、調查法、歸納法和演繹法等。本研究調查及實施的方法主要是科學研究的一般方法。

1? 生物科學史

生物科學史教育符合《普通高中生物課程標準（實驗稿）》的相關理念^[1]，充分展現科學家的科學態度和科學精神，有利于培養學生的生物科學素養，使科學方法教育更好、更有效、更高質量地實施。生物科學史的相關資料能夠體現生物科學的產生和發展，展現科學探究過程中科學家科學探索的思維和方法，在生物科學發展史上具有重大的學習和實踐意義^[2]。下面以生物科學史中“酶的發現及其本質的探索”為例進行科學方法教育。

2? “酶的發現及其本質的探索”教學設計

2.1 教學內容分析

本節內容是第五章內容的基礎，為后續學習光合作用和呼吸作用的知識奠定基礎，主要包括酶的作用機理、本質、特性，并設計實驗探究活動和科學史資料的分析，以培養學生的探究能力，明確科學方法的重要性。

2.2 學情分析

在前面章節的學習中，學生已經初步認識到酶具有催化作用，但并不知道酶的特性、作用機理和本質。由于本節內容較多，而且原理性的知識較多，需要運用實驗探究、科學史資料分析、實例討論等方法進行學習，讓學生加深理解。

2.3 目標及重難點

教學目標：（1）通過對酶本質的討論，歸納概括出酶是蛋白質或RNA，并認同科學理論是一個不斷發展的過程（科學思維）；（2）通過對過氧化氫在不同條件下的分解、淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用、影響酶活性的條件的探究實驗，掌握控制變量和設計對照組的科學方法，并從結構與功能的角度理解酶的作用機理和特性（生命觀念、科學探究）；（3）舉例說明酶在現實生活中應用的實例，并能解釋其作用機理，分析酶工程技術的重要意義。

2.4 教學過程

2.4.1 創設情境，導入新課

教師活動：回顧物質運輸的知識，說明細胞的生命活動離不開物質與能量，引入能量知識的學習，呈現本章首頁的資料和章小結。提出問題，讓學生思考細胞如何通過化學反應獲取和利用能量，并簡要說明本章各小節的邏輯聯系。

學生活動：觀看視頻，談體會。思考酶為什么能降低反應活化能，通過閱讀教材的相關資料，思考、討論并回答課本上的討論問題。

設計意圖：回顧舊知識可以實現知識點的銜接，分析視頻內容及本章首頁的資料和小結可以激發學生的學習興趣，說明本章各小節的邏輯聯系可以讓知識點更具條理性。

2.4.2 教學任務

2.4.2.1 通過實驗探究酶的作用，通過建構數學模型理解原理

教師活動：⑴讓學生回憶初中階段食物消化的知識，思考食物的消化過程，然后提出兩百多年前人們認為食物只進行了物理消化，沒有化學消化，接著呈現斯帕蘭扎尼的實驗，讓學生完成問題探討中的問題；⑵講解斯帕蘭扎尼的實驗，結合食物的消化吸收、光合作用、呼吸作用的實例，歸納概括細胞代謝的概念，并說明細胞代謝反應的特點，讓學生思考化學反應的條件和特點。

學生活動：⑴結合教師展示的啟發性問題進行小組討論，分析總結細胞核的功能；⑵小組代表發言，展示小組研討成果，小組成員補充完善答案。

設計意圖：通過對一系列實驗的合作探究提高學生分析問題、解決問題的能力；體會科學實驗的方法和實驗設計的精巧之處；培養學生歸納總結的能力以及團隊合作精神。

教師活動：⑴呈現細胞內外的環境，讓學生比較化學反應與細胞代謝反應的區別，提問在溫和的環境中細胞代謝反應是如何高效有序地進行，然后讓學生以學習小組形式合作探究“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗；⑵講解實驗原理、目的，闡明實驗變量的科學方法，讓學生分析本次實驗的自變量、因變量和無關變量，引導學生進行實驗設計，在實驗過程中掌握設計對照組的科學方法；⑶結合圖示講解活化能的概念，讓學生嘗試畫出物質三種狀態的曲線圖，講解無機催化劑、加熱、酶對活化能的影響，并以實例類比讓學生加深理解，之后讓學生嘗試自主構建曲線圖模型。

學生活動：學習小組討論，明確實驗的變量，理解對照組的意義；完成討論中的問題，得出實驗結論并構建數學模型。

設計意圖：對比細胞代謝反應與化學反應，可以降低學生的理解難度，實驗探究可以讓學生掌握控制實驗變量、設置對照組的科學方法，利于激發學生的積極性，構建數學模型可以培養模型與建模的科學思維，并且加深對活化能概念的理解。

2.4.2.2 在酶本質的科學探究史中理解科學的本質

教師活動：講解我國人民利用酶的事例；介紹西方的釀酒業，如蓋-呂薩克發現酵母菌可將糖類轉化為酒精，并說明當時科學家認為這是一個純化學反應過程，與生命活動無關；講解巴斯德的實驗、李比希的觀點、畢希納的實驗研究，讓學生分析其實驗思路以及巴斯德、李比希實驗方法的區別，并闡明其提取液中含有的物質；講解薩姆納的研究，讓學生領悟其體現的科學精神；講解切赫和奧特曼發現RNA具有生物催化活性，讓學生填寫科學史發展的邏輯關系圖。

學生活動：⑴回顧科學探究史，引導學生思考其中體現的科學本質觀；⑵分析資料，比較巴斯德與李比希的觀點，梳理實驗思路，比較區別；⑶理解科學與技術的關系，領悟科學精神；⑷填寫關系圖，歸納概括酶的本質。

設計意圖：科學史資料蘊含著豐富的科學本質觀內容，讓學生可以認識到科學方法的嚴謹性，科學與技術的密切聯系，科學知識的發展性，同時領悟科學家的科學精神。

3? 總結

教育是鮮活的，沒有模板，任何一種策略都不可能適用于全部的教學目標。本文僅針對如何加強科學方法教育提出了相應策略，廣大教育工作者不能固化思維，要擇優選取。教學策略的有效實施需要建立在好的教學活動上，并及時補充教材中所欠缺的內容，如教學評價。這要求教師在日常教學中轉變教育理念，在日?？疾鞎r加大對科學方法的考核力度，引起學生的重視，防止不考就不學的現象發生。同時，教師要以學生全面發展為目標，培養和提高學生的生物科學素養。

參考文獻

[1] 郭思樂．素質教育的生命發展意義[J]．教育研究，2002，23（3）：9-13.

[2] 蔡紅英．應用生物學史開展高中生物科學方法教育的研究[D]．沈陽：沈陽師范大學，2011.

作者簡介：倪朕（1998－ ），女，碩士，主要從事學科教學（生物）研究