鄭繼剛 王 濤 楊 帆 錢(qián)亞群 楊 容

（北京市第五中學(xué) 北京 100007）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱新課程標(biāo)準(zhǔn)）的基本理念中，第1 位就是以核心素養(yǎng)為宗旨，因?yàn)閷W(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。如何發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，是每一位生物學(xué)教師都在思考的問(wèn)題。在課程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施建議中提及，學(xué)習(xí)生物科學(xué)史能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的思路和方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神，這對(duì)提高學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是很有意義的［1］。如何有效地利用生物科學(xué)史進(jìn)行教學(xué)，進(jìn)而達(dá)成發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo)？筆者所在的課題組通過(guò)教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了探索。

1 新課程標(biāo)準(zhǔn)中適合開(kāi)展科學(xué)史教學(xué)的內(nèi)容

經(jīng)過(guò)上一輪的課程改革，一線教師對(duì)于科學(xué)史在教學(xué)中的重要作用都有了很大的認(rèn)同，并將在教學(xué)中使用科學(xué)史作為一種重要的教學(xué)策略。為了能在新課程標(biāo)準(zhǔn)框架下更加充分發(fā)揮科學(xué)史對(duì)提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的作用，課題組成員在認(rèn)真學(xué)習(xí)課程標(biāo)準(zhǔn)、重點(diǎn)解讀其中有關(guān)學(xué)科核心素養(yǎng)方面的內(nèi)容后，結(jié)合以往的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)現(xiàn)行人教版高中生物學(xué)教材中科學(xué)史資源進(jìn)行整合與拓展，并學(xué)習(xí)了有關(guān)高中生物科學(xué)史教學(xué)的文獻(xiàn)，從必修課程和選擇性必修課程的重要概念和次位概念中選取了18 個(gè)適合應(yīng)用科學(xué)史的內(nèi)容（表1，見(jiàn)下頁(yè)）。

2 構(gòu)建通過(guò)科學(xué)史提升學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)策略

科學(xué)史具有多方面的教育功能，能促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。如何使用科學(xué)史進(jìn)行教學(xué)？本課題組總結(jié)了4 種運(yùn)用科學(xué)史進(jìn)行教學(xué)的策略。

2.1 以科學(xué)史作為線索組織教學(xué) 在進(jìn)行重要概念的教學(xué)時(shí)，若能用一條主線將概念的各部分內(nèi)容有機(jī)組織起來(lái)，必然會(huì)使教學(xué)更具有系統(tǒng)性和邏輯性，會(huì)更符合高中學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。利用重要概念形成過(guò)程的科學(xué)史作為主線，組織一節(jié)課或一個(gè)主題的教學(xué)，在一些概念的教學(xué)上不失為好的方法。

例如，對(duì)新課程標(biāo)準(zhǔn)必修課程中“2.2.3 說(shuō)明植物細(xì)胞的葉綠體從太陽(yáng)光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘桥c氧氣的過(guò)程中，轉(zhuǎn)化并儲(chǔ)存為糖分子中的化學(xué)能”這一次位的概念進(jìn)行教學(xué)，課題組成員利用現(xiàn)行教材和搜集的相關(guān)科學(xué)史資料，進(jìn)行篩選和整合，向?qū)W生呈現(xiàn)了如圖1所示的科學(xué)史主線。

圖1 光合作用探索歷程的科學(xué)史主線

簡(jiǎn)述教學(xué)過(guò)程如下：

呈現(xiàn)亞里士多德的觀點(diǎn)，引發(fā)學(xué)生對(duì)此觀點(diǎn)的贊同或質(zhì)疑的情緒，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。出示赫爾蒙特的實(shí)驗(yàn)，提問(wèn)赫爾蒙特得出了什么結(jié)論？他在分析實(shí)驗(yàn)時(shí)忽略了什么？引出普利斯特里的實(shí)驗(yàn)，提問(wèn)普利斯特里的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是什么？他的實(shí)驗(yàn)有時(shí)成功有時(shí)失敗，他本人不知道原因，請(qǐng)你分析可能的原因是什么？引出英格豪斯的實(shí)驗(yàn)資料，出示其結(jié)論。展示拉瓦錫的資料，使學(xué)生了解對(duì)事物的認(rèn)知不限于單一學(xué)科，還會(huì)受到其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展水平的限制。提問(wèn)光能去哪里了？引出梅耶根據(jù)能量守恒定律作出的推斷：植物在進(jìn)行光合作用時(shí)，將光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲(chǔ)存。這一處理使學(xué)生對(duì)物質(zhì)與能量觀有較深刻的感受。提問(wèn)梅耶所提及的化學(xué)能儲(chǔ)存于什么物質(zhì)中？引出薩克斯的實(shí)驗(yàn)，提問(wèn)薩克斯的實(shí)驗(yàn)中暗處理的目的是什么？實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組分別是什么？實(shí)驗(yàn)結(jié)論是什么？至此，人類對(duì)于光合作用的原料、產(chǎn)物和能量來(lái)源已基本清楚，但光合作用的場(chǎng)所在哪里？引出恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)，提問(wèn)選用水棉作為實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)點(diǎn)是什么？應(yīng)如何設(shè)置對(duì)照組？實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么？至此，人類已清楚光合作用的原料、產(chǎn)物、能量和場(chǎng)所，并于1897年提出了光合作用的概念，這是否意味著人們對(duì)于光合作用已經(jīng)研究透徹？提問(wèn)光合作用產(chǎn)物氧氣中的氧原子來(lái)自于哪個(gè)原料？引出同位素標(biāo)記法并提問(wèn)該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？如何選擇實(shí)驗(yàn)材料？學(xué)生討論后，教師展示魯賓和卡門(mén)的實(shí)驗(yàn)以印證學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。提問(wèn)產(chǎn)物有機(jī)物中的碳來(lái)源于原料二氧化碳，二氧化碳中的碳經(jīng)歷了什么過(guò)程進(jìn)入到終產(chǎn)物中？該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以研究？該選擇何種實(shí)驗(yàn)材料？經(jīng)學(xué)生討論后，教師展示卡爾文的實(shí)驗(yàn)。最后進(jìn)行總結(jié)并展示光合作用研究的最新進(jìn)展和應(yīng)用展望，激發(fā)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

本節(jié)課以光合作用過(guò)程的發(fā)現(xiàn)歷程為線索，整合現(xiàn)行教材中的科學(xué)史和補(bǔ)充的科學(xué)史，將光合作用的能量來(lái)源、原料，場(chǎng)所、產(chǎn)物等內(nèi)容有機(jī)組織。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中較好地掌握了概念的內(nèi)容及其背后的內(nèi)涵，并在以科學(xué)史為主線的學(xué)習(xí)中體會(huì)了物質(zhì)與能量的生命觀念，嘗試了演繹與推理的科學(xué)思維，進(jìn)行了純思維的科學(xué)探究。在落實(shí)概念學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上發(fā)展了學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.2 以科學(xué)史為載體進(jìn)行科學(xué)探究 科學(xué)史就是一部發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的科學(xué)探究史。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，選擇相應(yīng)的科學(xué)史內(nèi)容作為載體，讓學(xué)生在以科學(xué)史為載體的背景中思考、發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，提高學(xué)生思維的積極性和主動(dòng)性，既可以使學(xué)生獲得新知，又促進(jìn)了核心素養(yǎng)的發(fā)展。

例如對(duì)新課程標(biāo)準(zhǔn)必修課程中“3.1.1 概述多數(shù)生物的基因是DNA 分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA 分子上”這一次位概念，現(xiàn)行人教版教材利用3 則科學(xué)史幫助學(xué)生構(gòu)建這一概念，而在針對(duì)T2 噬菌體侵染細(xì)菌這則科學(xué)史進(jìn)行教學(xué)時(shí)，課題組成員利用該策略進(jìn)行了如下的設(shè)計(jì)：

向?qū)W生提供資料1：人們偶然發(fā)現(xiàn)了噬菌體這種生物，因?yàn)槭删w的作用使得細(xì)菌死亡，噬菌體被人們認(rèn)為是“治療細(xì)菌感染”的新思路而被重視，進(jìn)而被大量研究。資料2：通過(guò)化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)噬菌體是蛋白質(zhì)和DNA 構(gòu)成的，追問(wèn)學(xué)生T2 噬菌體的遺傳物質(zhì)是DNA 還是蛋白質(zhì)？資料3：提供電子顯微鏡下發(fā)現(xiàn)的一系列的照片，包括噬菌體附著在大腸桿菌表面、噬菌體在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)、大腸桿菌被裂解釋放了大量噬菌體。引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)以上資料對(duì)噬菌體侵染細(xì)菌的過(guò)程進(jìn)行猜想，通過(guò)這一過(guò)程的實(shí)施將“遺傳物質(zhì)是什么”的研究問(wèn)題轉(zhuǎn)化為“哪種物質(zhì)進(jìn)入大腸桿菌，哪種物質(zhì)就是遺傳物質(zhì)”的認(rèn)識(shí)。這樣的問(wèn)題轉(zhuǎn)化立刻讓學(xué)生抓住了解決問(wèn)題的核心。教師鼓勵(lì)學(xué)生利用已很熟悉的同位素標(biāo)記法設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證自己的猜想。當(dāng)學(xué)生作出預(yù)期后，教師又呈現(xiàn)赫爾希和蔡斯的實(shí)驗(yàn)，結(jié)合視頻讓學(xué)生真正理解噬菌體侵染細(xì)菌的過(guò)程，仔細(xì)推敲赫爾希和蔡斯的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)結(jié)果與其預(yù)期相悖之處，并引導(dǎo)學(xué)生解釋出現(xiàn)這樣結(jié)果的原因和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，讓其在分析理解的過(guò)程中體會(huì)探究之美。

本節(jié)課以赫爾希和蔡斯所做的T2 噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)這則科學(xué)史作為載體，讓學(xué)生以研究者的身份親歷探索T2 噬菌體侵染細(xì)菌的科學(xué)過(guò)程，通過(guò)親身參與在學(xué)習(xí)過(guò)程中體會(huì)了結(jié)構(gòu)與功能、物質(zhì)與能量（唯物觀）的生命觀念，運(yùn)用了演繹與推理的科學(xué)思維，提升了科學(xué)探究能力。

2.3 利用科學(xué)史導(dǎo)入展開(kāi)教學(xué) 上課伊始精心安排的導(dǎo)入，可使學(xué)生迅速進(jìn)入角色，按要求進(jìn)行學(xué)習(xí)和思索。而利用與教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的科學(xué)史進(jìn)行導(dǎo)入，是很好的選擇。經(jīng)過(guò)選擇和編排的科學(xué)史資料也可在導(dǎo)入環(huán)節(jié)中發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

例如對(duì)新課程標(biāo)準(zhǔn)選擇性必修課程中“1.3.3闡明神經(jīng)沖動(dòng)在突觸處的傳遞通常通過(guò)化學(xué)傳遞方式完成”這一次位概念的教學(xué)，在新課導(dǎo)入時(shí)可選用突觸發(fā)現(xiàn)過(guò)程的2 個(gè)科學(xué)史資料進(jìn)行。一個(gè)是英國(guó)神經(jīng)生理學(xué)家謝靈頓對(duì)狗屈腿反射時(shí)興奮在反射弧上和在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)速度不同進(jìn)行的研究，另一個(gè)是德國(guó)生理學(xué)家勒維的蛙心灌流實(shí)驗(yàn)［2］。通過(guò)這2 個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，學(xué)生迅速進(jìn)入針對(duì)教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)狀態(tài)，并通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的分析感受結(jié)構(gòu)和功能的生命觀念，進(jìn)行了演繹與推理的科學(xué)思維，體會(huì)了科學(xué)探究的簡(jiǎn)單過(guò)程。

2.4 開(kāi)展以科學(xué)史為核心的活動(dòng) 在教學(xué)中開(kāi)展一些有趣的活動(dòng)，例如課堂辯論、表演等。學(xué)生可以口、腦、手、耳多個(gè)感官參與學(xué)習(xí)，往往會(huì)收到比較好的效果。而利用科學(xué)史教學(xué)也可采用這樣的策略，讓學(xué)生在活動(dòng)參與中提升學(xué)科的核心素養(yǎng)。

例如，對(duì)于新課程標(biāo)準(zhǔn)必修課程中“3.1.1 概述多數(shù)生物的基因是DNA 分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA 分子上”這一次位概念，教學(xué)時(shí)即可采用該策略。教學(xué)案例如下：

課前將學(xué)生分為4 組：①格里菲斯組；②艾弗里組；③蔡斯組；④諾貝爾評(píng)委會(huì)。學(xué)生閱讀肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程。格里菲斯組匯報(bào)R 型和S 型細(xì)菌的比較。師生討論分析4 組實(shí)驗(yàn)，教師提出：S 菌從哪來(lái)？學(xué)生交流和討論，格里菲斯組學(xué)生回答：“被加熱殺死S 型細(xì)菌中某種物質(zhì)將R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S 型活細(xì)菌。”教師表?yè)P(yáng)學(xué)生并提出：格里菲斯是否確定轉(zhuǎn)化因子的本質(zhì)？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定“轉(zhuǎn)化因子”？學(xué)生討論，獲得實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法：?jiǎn)为?dú)研究各種成分的作用。教師呈現(xiàn)艾弗里的實(shí)驗(yàn)和結(jié)果。教師對(duì)艾弗里實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性提出疑問(wèn)。學(xué)生進(jìn)行討論時(shí)，諾貝爾評(píng)委會(huì)組的學(xué)生相對(duì)積極。學(xué)生回答：“艾弗里提取的DNA 不是100%。”教師利用多媒體呈現(xiàn)艾弗里增設(shè)的對(duì)照組，師生分析實(shí)驗(yàn)。師生互動(dòng)討論蔡斯的實(shí)驗(yàn)，并用多媒體展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果。教師提出：“蔡斯實(shí)驗(yàn)表明DNA 是真正的遺傳物質(zhì)。”學(xué)生接受此觀點(diǎn)時(shí)，教師提出：“在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，嚴(yán)謹(jǐn)是至關(guān)重要的。假如你是諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)成員，你對(duì)該實(shí)驗(yàn)是否有質(zhì)疑？”此時(shí)，諾貝爾評(píng)委會(huì)組提出：該實(shí)驗(yàn)中35S 標(biāo)記的一組實(shí)驗(yàn)，沉淀物不應(yīng)有放射性等。蔡斯組進(jìn)行討論，教師組織其他學(xué)生思考［3］。

本例案中將學(xué)生分組，模仿不同的科學(xué)家，提出問(wèn)題，開(kāi)展討論活動(dòng)，并激發(fā)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)性。教師先布置任務(wù)或提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)（例如比較S 型和R 型菌），小組討論（例如分析對(duì)照實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論并匯報(bào)；教師組織小組間相互提出問(wèn)題），進(jìn)一步討論，使教學(xué)“活”起來(lái)。在活動(dòng)中，學(xué)生不僅獲得了新知，還通過(guò)活動(dòng)感受了結(jié)構(gòu)與功能、物質(zhì)與能量（唯物觀）的生命觀念，鍛煉了演繹與推理、批判性思維等科學(xué)思維，提升了科學(xué)能力，使得學(xué)科核心素養(yǎng)得到發(fā)展。

以上為本課題組的一些研究心得，表1列出的可進(jìn)行科學(xué)史教學(xué)的內(nèi)容，是筆者的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，但肯定還不充分，僅供各位同仁參考。此外，在應(yīng)用科學(xué)史內(nèi)容時(shí)，該選擇何種教學(xué)策略并無(wú)一定之規(guī)，使用者可根據(jù)自身情況和具體學(xué)情進(jìn)行選擇。例如針對(duì)“DNA 是主要的遺傳物質(zhì)”這一科學(xué)史內(nèi)容的教學(xué)，既可采取以科學(xué)史為載體進(jìn)行科學(xué)探究的策略，也可采取開(kāi)展以科學(xué)史為核心開(kāi)展活動(dòng)的策略。