程銳創(chuàng)

摘 要 《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)“探究性學(xué)習(xí)”的基本理念，在能力目標(biāo)上提出了“發(fā)展科學(xué)探究能力”，要求“注重生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)”。高中生物科學(xué)史中的經(jīng)典實驗是培養(yǎng)學(xué)生探究能力的典范，把科學(xué)史教學(xué)和培養(yǎng)學(xué)生探究能力結(jié)合在一起，幫助學(xué)生掌握生物科學(xué)的產(chǎn)生，理解科學(xué)的本質(zhì)，對于學(xué)生系統(tǒng)地掌握生物學(xué)的研究方法、啟迪思維是非常有利的。

關(guān)鍵詞 高中生物科學(xué)史 探究能力 培養(yǎng)

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）解讀》將生物科學(xué)史描述為：“以生物科學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的過程為輪廓，以科學(xué)發(fā)展歷程中帶有重大轉(zhuǎn)折作用的課題及事件為主線，用詳實的資料論述科學(xué)家們的創(chuàng)造性勞動，生動地描述他們進(jìn)行科學(xué)探索的思維過程和方法，同時也對生物學(xué)發(fā)展的邏輯和社會歷史背景等重大問題進(jìn)行評論。”新課程標(biāo)準(zhǔn)提出倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)的理念，我們把探究過程與生物科學(xué)史相互整合，不僅讓學(xué)生理解科學(xué)的產(chǎn)生過程，而且有利于學(xué)生系統(tǒng)地掌握生物學(xué)的研究方法。通過學(xué)習(xí)生物科學(xué)史，使學(xué)生了解科學(xué)家的探索過程，掌握科學(xué)研究的思維。在學(xué)習(xí)生物科學(xué)史的基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，進(jìn)而發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識。

1 高中生物科學(xué)史教學(xué)中探究能力培養(yǎng)的現(xiàn)狀

1.1 新舊高中生物教材中生物科學(xué)史內(nèi)容比較分析

1.1.1 《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）對科學(xué)史要求的強(qiáng)化

與《教學(xué)大綱》比較，《標(biāo)準(zhǔn)》在知識目標(biāo)要求和教學(xué)建議部分對生物科學(xué)史作了“點(diǎn)名”要求，《標(biāo)準(zhǔn)》中被列入具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)史增加為10個，而且由了解水平上升為理解、應(yīng)用、經(jīng)歷、反應(yīng)水平。同時要求對于《標(biāo)準(zhǔn)》中沒有列出的其他生物科學(xué)史實也應(yīng)注意引用。

1.1.2 生物科學(xué)史是數(shù)量增加

新課標(biāo)教材在舊教材的基礎(chǔ)上增加了內(nèi)容，由38個增至50個。教師還可以根據(jù)教學(xué)實際的需要作適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充，對于某些極少涉及科學(xué)史的章節(jié)應(yīng)該有計劃、有針對性的呈現(xiàn)。

1.1.3 生物科學(xué)史的形式更加多樣化

舊教材中多以課內(nèi)小段文字、“課外讀”的形式呈現(xiàn)；新課標(biāo)教材中除課程基本內(nèi)容外，還有科學(xué)家訪談、資料分析、科學(xué)前沿、科學(xué)史話、科學(xué)家的故事、科學(xué)·技術(shù)·社會、拓展視野、科技探索之路等形式的呈現(xiàn)。

1.2 生物科學(xué)史教學(xué)中探究能力培養(yǎng)存在的問題

1.2.1 教師對生物科學(xué)史的教學(xué)價值認(rèn)識有待提高

教師對生物科學(xué)史的教學(xué)價值普遍認(rèn)可，但在教學(xué)中，大多只是將其單純地作為歷史資料，用于吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，對其他深層次的價值認(rèn)識不夠。生物科學(xué)史在呈現(xiàn)歷史的同時，還蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)知識、科學(xué)方法和科學(xué)人文精神，能夠讓學(xué)生探究知識產(chǎn)生的過程、幫助學(xué)生認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)、理解概念和學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)生的人文素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)。因此，教師應(yīng)該積極主動地去挖掘科學(xué)史的價值，沖破原有的局限，從而確保生物科學(xué)史教學(xué)的有效開展。

1.2.2 生物教師的精力及能力的限制

傳統(tǒng)教育中所培養(yǎng)的大部分教師知識結(jié)構(gòu)單一，缺乏科學(xué)探究的經(jīng)驗。部分教師對生物科學(xué)史知識的了解和掌握僅限于課內(nèi)教材，或者通過網(wǎng)絡(luò)臨時補(bǔ)充些，沒有真正思考科學(xué)史如何對教學(xué)起作用，因此教師對其知識的儲備不足導(dǎo)致生物科學(xué)史的教學(xué)無法深入，從而影響學(xué)生探究能力的培養(yǎng)效果。許多教師在應(yīng)試教育的重壓下，為完成教學(xué)任務(wù)，忽視學(xué)生探究能力的培養(yǎng)。這些因素都可導(dǎo)致教師在學(xué)生探究能力培養(yǎng)中教學(xué)設(shè)計不當(dāng)，指導(dǎo)不利，點(diǎn)撥不到，嚴(yán)重影響了探究教學(xué)的有效開展。

1.2.3 課程改革與高考的矛盾沖突 雖然素質(zhì)教育的觀點(diǎn)早已深入人心，但考試成績?nèi)允侵饕P(guān)注點(diǎn)。而探究能力的培養(yǎng)對素質(zhì)的提高卻是一個需長期積累才能逐漸顯現(xiàn)的過程，絕大多數(shù)學(xué)生雖然在科學(xué)探究思維、創(chuàng)新與實踐能力等方面會有提高，但卻不一定在考分上得到“立竿見影”的效果。雖然科學(xué)史已經(jīng)在高考中有所體現(xiàn)，但科學(xué)史內(nèi)容的教學(xué)仍是淺嘗輒止。

1.2.4 學(xué)生需要一定的適應(yīng)期

學(xué)生多年在灌輸?shù)沫h(huán)境下學(xué)習(xí)，習(xí)慣于做大量的課外練習(xí)，以練代學(xué)，不注重動手能力的培養(yǎng)，不注重對知識的理解、綜合和運(yùn)用，更少有創(chuàng)新思維，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。探究能力的提升在剛開始時難度偏大，需要一定的適應(yīng)時期。

教師在生物科學(xué)史教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，不僅能使學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)理論知識，同時有助于引導(dǎo)學(xué)生體驗探究過程，領(lǐng)會科學(xué)探究需要一絲不茍的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方式、科學(xué)的實驗設(shè)計，以及堅持不懈的科學(xué)精神。

2 高中生物科學(xué)史教學(xué)中探究能力培養(yǎng)的一般模式

新課程理念倡導(dǎo)科學(xué)探究學(xué)習(xí)，主張學(xué)生通過探究活動主動地學(xué)習(xí)科學(xué)方法，獲取科學(xué)知識，生物學(xué)探究的一般程序：提出問題——作出假設(shè)——制定實驗計劃——實施實驗計劃（驗證假設(shè)）——記錄——資料和信息處理——得出結(jié)論——表達(dá)和交流——進(jìn)一步提出問題。每一個環(huán)節(jié)又包含多種方法，如提出問題中包括觀察、質(zhì)疑等；制定計劃包括材料選擇、方案設(shè)計等；得出結(jié)論包括判斷、歸納、推理等?？茖W(xué)探究是一個復(fù)雜的、不斷發(fā)展進(jìn)步的過程。

在生物科學(xué)史教學(xué)中提倡探究教學(xué)，就是要引導(dǎo)學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，親身體驗。將生物科學(xué)史學(xué)習(xí)與探究能力培養(yǎng)結(jié)合起來需要教師進(jìn)行精心設(shè)計，圖1為生物科學(xué)史與探究學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合的一般過程。

但是教師也不能為了探究而探究，那只會成為“形式上的探究”，因此要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同、教學(xué)目標(biāo)的不同，結(jié)合學(xué)生已有的知識水平層次、教師的個人教學(xué)風(fēng)格等，采用多樣化的探究能力培養(yǎng)模式，同時可以有重點(diǎn)、有針對性的進(jìn)行個別環(huán)節(jié)的探究。

3 高中生物科學(xué)史教學(xué)中探究能力培養(yǎng)的實踐

3.1 利用生物科學(xué)史導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生探究興趣

興趣是學(xué)習(xí)的原動力，學(xué)生有了興趣，才能積極主動地探索知識，追尋真理發(fā)現(xiàn)的過程。在課堂教學(xué)中適時地引入生物科學(xué)史，可以使學(xué)生消除“高不可攀”的心理，降低其認(rèn)識起點(diǎn)，充分激發(fā)學(xué)生的好奇心理，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

【例1】 在“孟德爾的豌豆雜交實驗”教學(xué)中導(dǎo)入孟德爾的生平、雜交實驗等的簡介，體現(xiàn)生物科學(xué)史激發(fā)學(xué)生探究興趣的作用。

如：“八年耕耘源于對科學(xué)的癡迷，一畦畦豌豆蘊(yùn)藏遺傳的秘密。實驗設(shè)計開辟了研究的新路，數(shù)學(xué)統(tǒng)計揭示出遺傳的規(guī)律。”教師以此開始，指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，初步認(rèn)識孟德爾（由教材中的詩引入，將學(xué)生的注意力集中到孟德爾身上，激發(fā)學(xué)生對孟德爾本人及其事跡的好奇，同時達(dá)成情感、態(tài)度與價值觀目標(biāo)）。

師：孟德爾（1822-1884）其實只是一個默默無聞的奧地利修道士，為什么他能發(fā)現(xiàn)遺傳的基本規(guī)律而聞名于世？孟德爾是個喜歡學(xué)習(xí)的“窮學(xué)生”，因家境貧寒，21歲成為了修道士。曾經(jīng)到維也納大學(xué)進(jìn)修自然科學(xué)和數(shù)學(xué)，這為他之后的研究奠定了一定的知識基礎(chǔ)。在科學(xué)研究中，他觀察非常細(xì)致、態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，而且善于記錄

學(xué)生在了解孟德爾的生活背景后，發(fā)現(xiàn)一個默默無聞的修道士，竟然可以做一般人做不到的事情，體會到原來科學(xué)發(fā)現(xiàn)離我們這么近，只要有心，人人都可以有所作為。同時介紹孟德爾擅長數(shù)學(xué)，為遺傳比例的得出埋下伏筆。

師：孟德爾在修道院的小園地里開始了長達(dá)8年的豌豆實驗。他選擇不同的豌豆品種進(jìn)行實驗，如高莖或矮莖、種子圓滑或皺縮等。在種植過程中，對豌豆不同代的性狀和數(shù)目進(jìn)行了細(xì)致入微的觀察、計數(shù)和分析。為什么選擇豌豆作為實驗材料？

學(xué)生仔細(xì)觀察豌豆花的結(jié)構(gòu)，討論分析，得出豌豆適宜實驗的特點(diǎn)。在此過程中，學(xué)生的觀察、分析能力得到了鍛煉。

師：孟德爾種了8年的豌豆，究竟做了什么實驗?zāi)?？（教師展示一對相對性狀的雜交實驗過程，強(qiáng)調(diào)孟德爾做了大量的實驗，記錄了21 000棵豌豆的實驗結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析，因此數(shù)據(jù)是完全可靠的）① 為什么子一代全部表現(xiàn)為高莖？矮莖性狀消失了嗎？② 子二代中高莖與矮莖表現(xiàn)為3∶1是偶然的嗎？③ 為什么先進(jìn)行一對相對性狀的遺傳實驗，不同時進(jìn)行多對相對性狀的雜交實驗？

教師引導(dǎo)學(xué)生思考這些問題，分析實驗的要點(diǎn)，促使學(xué)生理解相關(guān)概念。教師由問題串展開，自然而然地過渡到“3∶1”的分析。通過討論分析，學(xué)生的思維能力得到提高。

師：歷經(jīng)8個寒暑的辛勤勞作，記錄了無數(shù)的實驗數(shù)據(jù)，孟德爾將數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法運(yùn)用于生物學(xué)，同時開創(chuàng)了假說一演繹法，最終發(fā)現(xiàn)了遺傳學(xué)的基本規(guī)律。1865年，他在布魯恩科學(xué)協(xié)會的會議廳，宣讀了自己的研究論文，可惜沒人能夠理解。在孟德爾逝世16年后，他的研究成果終于為世人所了解。為了紀(jì)念孟德爾的貢獻(xiàn)，人們將分離、自由組合定律分別稱為“孟德爾第一定律”“孟德爾第二定律”，其也被尊稱為“遺傳學(xué)之父”。

通過史實介紹，學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)研究方法在實驗探究中的重要性，好的方法是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的捷徑。同時認(rèn)識到生物科學(xué)知識、理論、真理的發(fā)現(xiàn)都不是一蹴而就的，都需要?dú)v經(jīng)艱辛才能獲得，因此應(yīng)該尊重知識，珍惜知識。

3.2 利用生物科學(xué)史引導(dǎo)質(zhì)疑，激發(fā)假設(shè)欲望

科學(xué)研究始于問題，通過思考、分析所遇到現(xiàn)象產(chǎn)生的原因或規(guī)律，然后合理假設(shè)。在學(xué)生探究能力培養(yǎng)過程中，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生觀察分析實驗現(xiàn)象，大膽質(zhì)疑，激發(fā)學(xué)生提出科學(xué)合理假設(shè)的欲望。

【例2】 “植物生長素的發(fā)現(xiàn)”的教學(xué)重點(diǎn)是生長素的發(fā)現(xiàn)過程，教材根據(jù)科學(xué)家的實驗順序闡述生長素的發(fā)現(xiàn)過程。教學(xué)中，教師應(yīng)以科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的研究方法為主線，采用探究的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，體會科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程，領(lǐng)悟科學(xué)探究方法。

當(dāng)教師播放“觀察黑暗條件和單側(cè)光照下胚芽鞘的生長情況”的動畫，引導(dǎo)學(xué)生得出“胚芽鞘向光性生長與單側(cè)光有關(guān)”的結(jié)論。繼續(xù)播放“切除尖端和保留尖端的胚芽鞘在單側(cè)光照下的生長情況”實驗的動畫，引導(dǎo)學(xué)生得出“胚芽鞘生長與尖端有關(guān)”的結(jié)論。再追問這些結(jié)論是否真正解決了問題？同學(xué)們有沒有其他疑問產(chǎn)生？教師鼓勵學(xué)生從疑問中作出假設(shè)。

學(xué)生假設(shè)：尖端產(chǎn)生某種物質(zhì)促使生長；胚芽鞘的生長部位是尖端；胚芽鞘的生長部位是尖端下部；胚芽鞘感光部位是尖端……

然后，學(xué)生通過觀察實驗“放過胚芽鞘尖端的瓊脂與未放過尖端的瓊脂分別在切去尖端的胚芽鞘上的生長情況”和“觀察保留尖端的胚芽鞘生長情況以及沾過胚芽鞘尖端的瓊脂放在切去尖端的胚芽鞘上的生長情況”，來檢驗假設(shè)，解決矛盾。在這個過程中矛盾疊生，問題起伏，教師利用生物科學(xué)史材料以及適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，促使學(xué)生大膽質(zhì)疑，激發(fā)假設(shè)欲望。

合理假設(shè)往往是創(chuàng)新的萌芽和開始，也可能是一種科學(xué)的創(chuàng)舉和發(fā)現(xiàn)。教學(xué)中，教師應(yīng)著重培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的假想推斷能力，把學(xué)生的思維引入一個自由開闊而又有著豐富內(nèi)涵的探究空間，拓寬學(xué)生的探究路徑和思維視野，讓學(xué)生能夠而且善于突發(fā)奇想。

在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生不僅要掌握發(fā)現(xiàn)問題、作出假設(shè)的技巧，而且要感受科學(xué)探究的魅力?？茖W(xué)是不斷發(fā)展的，不應(yīng)囿于原有的理論，而是應(yīng)該大膽質(zhì)疑，挑戰(zhàn)權(quán)威，才能有所創(chuàng)新。

3.3 利用生物科學(xué)史分析實驗，體驗探究樂趣

生物科學(xué)史中蘊(yùn)含實驗方法、思考方式、探究過程及實驗結(jié)論，學(xué)生可以根據(jù)科學(xué)史進(jìn)行思維探究與分析，體驗科學(xué)家探究的樂趣。

【例3】 怎樣才能改變以往閱讀教材實驗材料，背誦實驗結(jié)論或利用學(xué)案，結(jié)合教材中的填空等索然無味的課堂呢（以“生物膜流動鑲嵌模型”為例）？教師應(yīng)該利用教材中的生物科學(xué)史，并且在教材的基礎(chǔ)上豐富生物膜流動鑲嵌模型的探究過程（如增加電子顯微鏡的知識），提高學(xué)生探究樂趣的同時，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生探究能力的目的。

師：歐文頓用500多種化學(xué)物質(zhì)對植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行上萬次的實驗，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜對不同物質(zhì)的通透性不一樣，凡是可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，展示圖片（補(bǔ)充相關(guān)知識背景：相似相溶原理）。

學(xué)生觀察探究并分析歐文頓的實驗現(xiàn)象，依據(jù)實驗現(xiàn)象，學(xué)生作出推理：細(xì)胞膜的組成成分中含有脂質(zhì)。

教師介紹細(xì)胞膜能被蛋白酶分解。依據(jù)實驗現(xiàn)象，學(xué)生作出推理：還有蛋白質(zhì)。

結(jié)合兩個實驗，學(xué)生小組得出結(jié)論：生物膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成。

在上萬次的實驗后才得出生物膜的組成成分中有脂質(zhì)，學(xué)生領(lǐng)會到科學(xué)實驗是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，很多實驗都需要反?fù)操作才能得出結(jié)論。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生分析現(xiàn)象，討論推理，體驗探究過程和體驗科學(xué)研究的一般思路：由成分分析進(jìn)入結(jié)構(gòu)分析，起到過渡的作用。

教師指導(dǎo)學(xué)生閱讀磷脂分子的資料，提出問題：① 如果將磷脂分子放入水槽中，磷脂分子在“空氣一水”界面上有幾種可能的排布方式？試著畫簡圖并解釋？② 在什么情況下，把單層磷脂分子按入水中時，既不浮起也不沉底？試著畫出磷脂分子的排布并解釋？③ 生物膜中，磷脂分子最有可能的排布？原因是什么？是單層還是雙層？（補(bǔ)充背景知識：紅細(xì)胞膜中的脂質(zhì)單分子層是紅細(xì)胞表面積的兩倍）依此得出相關(guān)結(jié)論。

教師展示羅伯特森的細(xì)胞膜電鏡照片，補(bǔ)充電子顯微鏡的工作原理（電子顯微鏡通過入射電子與蛋白質(zhì)和磷脂碰撞產(chǎn)生不同散射度，從而形成不同影像。蛋白質(zhì)密度高，影像呈黑色，磷脂密度低，影像發(fā)亮）。教師提出問題：① 蛋白質(zhì)分子與磷脂雙分子層存在什么樣的位置關(guān)系？② 推測羅伯特森的模型？

在此基礎(chǔ)上，學(xué)生小組合作，分析資料，處理、整合實驗數(shù)據(jù)，大膽推理和想象，探究蛋白質(zhì)在磷脂雙分子層中的排布情況，推理得到羅伯特森的生物膜模型：“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”三層結(jié)構(gòu)。

學(xué)生分析實驗過程和結(jié)果，進(jìn)行演繹推理。雖然學(xué)生無法親自實驗，但是通過學(xué)習(xí)科學(xué)家探究細(xì)胞膜模型的歷程，由資料進(jìn)行模型構(gòu)建，同樣可以加深對細(xì)胞膜模型的理解。

師：羅伯特森把“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”模型描述為靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)，這能否與生物膜的生理功能相適應(yīng)？（展示變形蟲的變形運(yùn)動，白細(xì)胞吞噬細(xì)菌過程等）。

學(xué)生根據(jù)科學(xué)資料，分析靜態(tài)模型的缺陷，得出結(jié)論：靜態(tài)模型無法解釋細(xì)胞膜的某些功能，細(xì)胞膜應(yīng)該是動態(tài)的結(jié)構(gòu)而不是靜止的。

教師介紹人—鼠細(xì)胞融合實驗資料，提出問題：根據(jù)該資料你能進(jìn)一步得出什么結(jié)論？

學(xué)生在資料中尋找實驗證據(jù)，推理得出結(jié)論：細(xì)胞膜具有流動性。最后，水到渠成的明確流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容。

在無法真實操作科學(xué)史的探究實驗時，教師按照科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程逐步展現(xiàn)實驗。學(xué)生通過分析推理，循著科學(xué)家的探究思路，猶如抽絲剝繭般將知識呈現(xiàn)。這樣學(xué)生不僅加深了對知識的理解，培養(yǎng)了實驗分析能力，領(lǐng)會了科學(xué)探究的一般方法，還體會到科學(xué)探究的艱辛及科學(xué)探究的創(chuàng)新性，真正體驗探究樂趣。