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        一道科學(xué)史中考生物學(xué)試題評(píng)析及教學(xué)啟示*

        2018-07-23 02:37:06沈偉云浙江省嵊州市教育體育局教研室浙江嵊州312400
        生物學(xué)通報(bào) 2018年9期
        關(guān)鍵詞:科學(xué)史光合作用生物學(xué)

        沈偉云 (浙江省嵊州市教育體育局教研室 浙江嵊州 312400)

        科學(xué)史為科學(xué)教學(xué)提供了科學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷史背景、探索歷程及典型案例,在傳統(tǒng)教學(xué)中對(duì)于導(dǎo)入新課、激發(fā)學(xué)生興趣等方面起著一定的作用,但令人遺憾的是還停留在較淺顯的學(xué)習(xí)階段。通過(guò)對(duì)近幾年浙江省中考科學(xué)試題的分析,許多地市都出現(xiàn)了基于科學(xué)史背景的中考生物學(xué)試題,而學(xué)生得分普遍偏低,這對(duì)科學(xué)史教學(xué)提出了新的要求。為此,以2017年金華市第35題為例作一探討。

        1 試題評(píng)析

        例:海爾蒙特、普利斯特利、薩克斯等多位科學(xué)家用了200多年的時(shí)間,經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)才對(duì)光合作用有了一個(gè)比較清楚的認(rèn)識(shí)。其中為了驗(yàn)證葉片在光合作用和呼吸作用過(guò)程中有氣體的產(chǎn)生和消耗,就有許多經(jīng)典實(shí)驗(yàn)流傳至今?,F(xiàn)將其一實(shí)驗(yàn)思路及過(guò)程簡(jiǎn)述如下:

        (注:NaHCO3稀溶液能維持溶液中CO2濃度恒定,其原理是當(dāng)CO2濃度降低時(shí),NaHCO3稀溶液能釋放CO2,當(dāng)CO2濃度升高時(shí),NaHCO3稀溶液能吸收CO2。)

        ①剪取一煙草葉片,立即將其放入盛有NaHCO3稀溶液的容器中,發(fā)現(xiàn)葉片浮于液面。

        ②用真空泵抽去該葉片中的氣體后,發(fā)現(xiàn)葉片下沉至容器底部。

        ③將該容器放在陽(yáng)光下一段時(shí)間,發(fā)現(xiàn)葉片逐漸上浮。

        ④再將該容器放在黑暗環(huán)境中一段時(shí)間,發(fā)現(xiàn)葉片又慢慢下沉至試管底部。

        請(qǐng)你用所學(xué)的知識(shí)對(duì)以上實(shí)驗(yàn)③、④中的上浮與下沉現(xiàn)象進(jìn)行解釋。

        圖1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程示意圖

        解析:③在光照條件下,當(dāng)葉片光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用時(shí),吸收CO2,放出O2,釋放出的氣泡附著在葉片表面,葉片受到的浮力會(huì)逐漸增大,當(dāng)浮力大于重力時(shí),葉片就上浮。

        ④在黑暗條件下,葉片只進(jìn)行呼吸作用不進(jìn)行光合作用,消耗O2,放出CO2,而放出的CO2會(huì)被NaHCO3稀溶液吸收,此時(shí)葉片受到的浮力逐漸變小,當(dāng)葉片受到的浮力小于重力時(shí),葉片即下沉。

        該題是基于科學(xué)史上有關(guān)光合作用和呼吸作用的一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)而命制的,較完整呈現(xiàn)了科學(xué)探索的過(guò)程,并且較好地將化學(xué)(NaHCO3)、物理(浮力)、生物學(xué)知識(shí)融合在一起,考查學(xué)生的學(xué)科整合能力。要求學(xué)生對(duì)其現(xiàn)象作出解釋?zhuān)灿欣诳疾閷W(xué)生的說(shuō)理表達(dá)能力。

        2 教學(xué)啟示

        初中科學(xué)教材呈現(xiàn)的內(nèi)容大多偏重于成熟的實(shí)驗(yàn)和理論,強(qiáng)調(diào)知識(shí)點(diǎn)的具體內(nèi)容,缺乏知識(shí)的歷史性和探索性,若在生物學(xué)教學(xué)中引入科學(xué)史,讓學(xué)生重溫科學(xué)家當(dāng)年研究探索的歷程,使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí),能感受到歷史的厚重感,不僅有助于學(xué)生深刻體驗(yàn)科學(xué)家的經(jīng)歷、思想,而且也有利于學(xué)生在主動(dòng)探索中理解掌握知識(shí)重點(diǎn),學(xué)會(huì)科學(xué)的思維方法。

        2.1 滲透教育,熏陶學(xué)生科學(xué)思想精神 情感態(tài)度價(jià)值觀是科學(xué)教學(xué)的三維目標(biāo)之一,立德樹(shù)人是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的根本要求。學(xué)習(xí)科學(xué)史,以史為鑒,能增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感,培養(yǎng)正確的情感態(tài)度與價(jià)值觀[1]。

        該試題第1句表述了海爾蒙特、普利斯特利、薩克斯等科學(xué)家在200多年的時(shí)間內(nèi),通過(guò)無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)才對(duì)光合作用有了較為清楚的認(rèn)識(shí),從中可讓學(xué)生感受到科學(xué)探索是一個(gè)長(zhǎng)期的、百折不撓克服困難的過(guò)程。

        在教學(xué)中教師可適時(shí)補(bǔ)充相應(yīng)的科學(xué)史素材,對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思想精神的熏陶。例如在學(xué)習(xí)遺傳時(shí),可提供沃森和克里克密切合作發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的史實(shí),對(duì)學(xué)生進(jìn)行協(xié)作精神教育。在學(xué)習(xí)血液循環(huán)時(shí),可補(bǔ)充哈維大膽推翻蓋侖學(xué)說(shuō),創(chuàng)立血液循環(huán)理論的史實(shí),讓學(xué)生接受敢于沖破傳統(tǒng)和權(quán)威的束縛,去偽存真的科學(xué)精神。

        科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出,應(yīng)不失時(shí)機(jī)地介紹我國(guó)古代一些曾長(zhǎng)期在世界居于領(lǐng)先地位并產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響的科學(xué)技術(shù)成就和科學(xué)思想方法[2]。例如在學(xué)習(xí)分類(lèi)知識(shí)時(shí)可舉明代李時(shí)珍提出的“三界十六部”分類(lèi)法,較世界著名分類(lèi)學(xué)家林奈早160多年。在講生命起源時(shí),可向?qū)W生介紹我國(guó)科學(xué)家于1965年第1次合成了具有全部生物活性的蛋白質(zhì)結(jié)晶牛胰島素。

        通過(guò)科學(xué)史教育,展現(xiàn)科學(xué)家在科學(xué)探索中表現(xiàn)出的實(shí)事求是、不畏艱難、開(kāi)拓創(chuàng)新的科學(xué)精神和民主討論、尊重事實(shí)和服從真理的科學(xué)態(tài)度,有助于學(xué)生掌握和運(yùn)用人類(lèi)優(yōu)秀智慧成果,涵養(yǎng)內(nèi)在精神,形成正確的科學(xué)價(jià)值觀。

        2.2 拓展史實(shí),培養(yǎng)學(xué)生信息搜集能力 搜集生物學(xué)信息資料是學(xué)生自主學(xué)習(xí),拓展知識(shí),進(jìn)行判斷、推理和論證的必要的學(xué)習(xí)手段和方式。教材限于篇幅,僅提供少量的科學(xué)史,教師可結(jié)合學(xué)習(xí)需要,引導(dǎo)學(xué)生搜集科學(xué)史料,既可作為拓展性課程的重要內(nèi)容,也可培養(yǎng)學(xué)生信息搜集能力。

        例如在學(xué)習(xí)有關(guān)酶的知識(shí)時(shí),可以作業(yè)形式讓學(xué)生搜集相關(guān)資料,匯總?cè)缦拢?773年,斯帕蘭扎尼發(fā)現(xiàn)在胃里存在化學(xué)消化。之后,其他科學(xué)家分離出胃里的某種物質(zhì),并稱(chēng)之為“胃蛋白酶”。1857年,通過(guò)酵母制酒實(shí)驗(yàn),李比希認(rèn)為酶是無(wú)生命的化學(xué)物質(zhì),巴斯德認(rèn)為酶是有生命的物質(zhì),他們展開(kāi)了討論。1897年,畢希納偶然的實(shí)驗(yàn):從死亡的酵母細(xì)胞中提取出一種物質(zhì),也能催化發(fā)酵,從而解決了上述爭(zhēng)論。20世紀(jì)30年代科學(xué)家相繼提取出多種酶,并證實(shí)其成分是蛋白質(zhì),20世紀(jì)80年代,切赫和奧特曼發(fā)現(xiàn)少數(shù)酶不是蛋白質(zhì)。

        教師可引導(dǎo)學(xué)生在提取科學(xué)史實(shí)信息的基礎(chǔ)上,回答問(wèn)題,例如:①胃蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)說(shuō)明了什么?②李比希與巴斯德哪一個(gè)觀點(diǎn)正確?什么實(shí)驗(yàn)可以證實(shí)?③酶是否一定就是蛋白質(zhì)?④酶的研究歷史告訴了我們一個(gè)什么道理?學(xué)生通過(guò)從科學(xué)史獲取信息,從而獲得問(wèn)題的解決。

        通過(guò)基于學(xué)習(xí)主題搜集科學(xué)史,拓寬了學(xué)生學(xué)習(xí)視野。通過(guò)科學(xué)史料提取信息,解決問(wèn)題,有助于增強(qiáng)學(xué)生的閱讀能力,也有利于培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

        2.3 分析說(shuō)理,訓(xùn)練學(xué)生邏輯思維能力 邏輯思維是指在感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,以概念為基本單元,以判斷、推理為基本形式,以辯證方法為指導(dǎo),間接、概括地反映客觀事物規(guī)律的理性思維過(guò)程[3]。長(zhǎng)期以來(lái),對(duì)生物學(xué)的學(xué)習(xí)存在一種誤解,認(rèn)為它是一門(mén)偏重記憶的學(xué)科,忽視對(duì)邏輯思維能力的培養(yǎng)。通過(guò)對(duì)科學(xué)史的分析說(shuō)理,有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。

        例如在學(xué)習(xí)光合作用時(shí),涉及到英國(guó)科學(xué)家普里斯特利實(shí)驗(yàn),其現(xiàn)象是“與綠色植物一起放在密閉玻璃罩內(nèi)點(diǎn)燃的蠟燭不易熄滅,與綠色植物一起放在密閉玻璃罩內(nèi)的小鼠不易窒息”。對(duì)此現(xiàn)象,可引導(dǎo)學(xué)生分析說(shuō)理如下:若鐘罩內(nèi)只有蠟燭燃燒,則消耗了O2釋放出CO2,隨著氧氣濃度的降低,CO2濃度增加,蠟燭很快熄滅。若鐘罩內(nèi)有綠色植物,則蠟燭燃燒產(chǎn)生的CO2成為植物光合作用的原料被吸收,當(dāng)光照充足時(shí),光合作用較呼吸作用強(qiáng),綠色植物能為蠟燭繼續(xù)燃燒補(bǔ)充氧氣,所以鐘罩內(nèi)蠟燭燃燒時(shí)間長(zhǎng)。

        通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)科學(xué)史進(jìn)行分析說(shuō)理,既可加深學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念和規(guī)律的理解,又可訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用生物學(xué)語(yǔ)言,準(zhǔn)確邏輯表述思維的本領(lǐng),從而培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力。

        2.4 經(jīng)歷過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力 科學(xué)探究是科學(xué)的本質(zhì),具有重要的教育價(jià)值,在科學(xué)教學(xué)中,教師往往注重實(shí)驗(yàn)探究,而忽視科學(xué)史探究的教學(xué)??茖W(xué)史在很大程度上反映了科學(xué)家的探究活動(dòng)與方法,學(xué)生較易領(lǐng)悟科學(xué)探究過(guò)程和學(xué)習(xí)科學(xué)方法,對(duì)科學(xué)方法的學(xué)習(xí),對(duì)探究本質(zhì)的理解,為教學(xué)中探究活動(dòng)的開(kāi)展提供了科學(xué)理論的指導(dǎo)和依據(jù)[4],即科學(xué)史探究彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)探究的不足。

        例如關(guān)于生物能否自然發(fā)生,科學(xué)史上有過(guò)許多探究實(shí)驗(yàn),教師可通過(guò)呈現(xiàn)科學(xué)史,引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)家的探究過(guò)程。

        圖2

        圖3

        例如尼達(dá)姆按圖2做了實(shí)驗(yàn):將煮沸的肉湯先放入瓶中,然后用軟木塞迅速蓋住。幾天后,發(fā)現(xiàn)瓶子內(nèi)肉湯中出現(xiàn)了微生物。于是他提出了生物會(huì)自然發(fā)生的觀點(diǎn)。但斯巴蘭扎尼認(rèn)為微生物可能來(lái)自軟木塞,于是他做了如圖3所示實(shí)驗(yàn),將肉湯倒入瓶中,然后立即將瓶口燒熔封閉。第1次加熱至沸騰時(shí)間很短僅為2 min,幾天后,發(fā)現(xiàn)肉湯中仍有微生物。第2次加熱至沸騰時(shí)間較長(zhǎng)為60 min,幾天后,肉湯中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)微生物。后來(lái)通過(guò)巴斯德等多位科學(xué)家的探究,最終得出生物不能自然發(fā)生的結(jié)論。

        科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出,科學(xué)探究是指學(xué)生經(jīng)歷與科學(xué)家相似的探究過(guò)程,以獲取知識(shí)、領(lǐng)悟科學(xué)的思想觀念、學(xué)習(xí)和掌握方法而進(jìn)行的各種活動(dòng)[2]。通過(guò)學(xué)生深入學(xué)習(xí)領(lǐng)會(huì)科學(xué)史中的探究,引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣開(kāi)展探究,有助于學(xué)生進(jìn)一步理解科學(xué)探究本質(zhì),提高科學(xué)探究能力。

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