項林

摘要：本文結(jié)合具體案例，論述如何充分利用教材中的生物科學史培養(yǎng)學生的科學思維和科學探究精神，發(fā)展學生的生物學學科核心素養(yǎng)。

關鍵詞：生物科學史?案例?科學思維和科學探究

《普通高中生物課程標準（2017年版）》把核心素養(yǎng)確定為課程學習的主要目標，要求教師在生物學科教學過程中注重發(fā)展學生的關鍵能力和必備品格。學科核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力。

生物科學史體現(xiàn)了科學家的探究歷程，教學中重視科學史的學習，幫助學生感悟、體會、理解科學家的探究過程，有助于培養(yǎng)學生的科學思維和科學探究精神。筆者在教學過程中注重科學史的探究，帶領學生一起重溫科學家的探究歷程，體會科學家探究時遇到的困難和百折不撓的精神，引導學生像科學家一樣去思考，感悟科學家的探究精神。下面筆者將結(jié)合實際教學案例來談談自己的經(jīng)驗。

一、沿著科學家的探究足跡，體驗探究歷程，培養(yǎng)科學思維

科學思維是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務實的求知態(tài)度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力，探討生命現(xiàn)象及規(guī)律。在教學過程中，筆者充分利用科學史幫助學生體驗科學家的科學研究歷程，感知科學探究的過程，培養(yǎng)科學思維。例如“生物膜的流動鑲嵌模型”這節(jié)內(nèi)容中關于科學家對生物膜的探究歷程，教師教學中引導學生探究構(gòu)建生物膜的結(jié)構(gòu)模型，按照科學史時間主線，引導學生體驗生物膜結(jié)構(gòu)的探究過程。首先，由19世紀歐文頓利用大量實驗，提出假說“膜由脂質(zhì)組成的”;根據(jù)20世紀初科學家從哺乳動物成熟紅細胞中提取出細胞膜化學分析成分，教師設疑“為何歐文頓不直接提取進行化學分析”，引導學生思考;“確定成分后，磷脂與蛋白質(zhì)如何排布呢？”教師設疑，激發(fā)學生興趣。然后，在“荷蘭科學家Gorter和Grendel的紅細胞膜實驗”教學中，教師引導學生大膽推測細胞膜中有兩層磷脂分子，并讓學生結(jié)合磷脂分子頭部親水、尾部疏水的特點，利用教具在紙上貼出它們可能的排列方式，嘗試說出理由。通過分析不同的排列方式，最終確定正確的雙層排列，激發(fā)學生思考。1959年，羅伯特森（J.D.Robertsen）利用電鏡觀察，提出“三明治”模型，并認為膜是靜止的。教師引導學生小組討論：是否贊成膜是靜止的？能否利用所學生物學知識找到質(zhì)疑的證據(jù)？學生根據(jù)前面學習的質(zhì)壁分離及復原實驗、變形蟲運動等，會提出疑問，總結(jié)膜是可以運動的，展示“人-鼠細胞融合實驗”來證實。同時引導學生猜測：蛋白質(zhì)是否均勻分布？20世紀60年代，利用冰凍蝕刻和掃描電子顯微鏡技術，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)分布不對稱。接著，引導學生總結(jié)生物膜結(jié)構(gòu)模型，展示1972年桑格和尼克森提出的流動鑲嵌模型結(jié)構(gòu)，并和學生一起利用教具構(gòu)建生物膜結(jié)構(gòu)模型并分組展示。

最后，教師拋出問題：這個模型就是完美的嗎？對生物膜結(jié)構(gòu)的探究到此結(jié)束了嗎？從而提出“科學無止境，科學家在不斷完善和發(fā)展”，引導學生繼續(xù)思考。在必修二《遺傳與進化》第三章第二節(jié)“DNA分子結(jié)構(gòu)”中，教師同樣可以充分利用科學史發(fā)現(xiàn)時間軸，引導學生思考，構(gòu)建DNA分子結(jié)構(gòu)模型，培養(yǎng)學生的科學思維能力。

教師創(chuàng)設情境讓學生進行推理、得出假說，并鼓勵學生提出疑問，師生共同探討，對觀點進行辯駁，最后得出相關主張。在整個過程中，師生的思維進行激烈的碰撞，學生的批判與質(zhì)疑、歸納與總結(jié)、演繹與推理等科學思維方法都得到充分的呈現(xiàn)與發(fā)展。

二、聚焦科學史探究方法，培養(yǎng)科學探究能力

科學探究是一種基于觀察、設計實驗等的綜合能力，滲透著科學態(tài)度和科學精神。其核心內(nèi)涵主要包括提出問題，自主設計實驗方案，收集并記錄數(shù)據(jù)，小組合作討論交流并得出相關結(jié)論。

例如，在“細胞膜流動鑲嵌模型”一節(jié)教學中，認識“熒光染料標記人-鼠細胞融合”實驗時，教師可以先介紹熒光染料和細胞融合技術，然后設問“如何利用技術設計實驗驗證膜不是靜止的”“實驗會出現(xiàn)什么樣結(jié)果”，引導學生小組合作、討論、設計實驗。小組分享后師生共同分析，從而理解膜具有一定的流動性。在必修二第三章第一節(jié)“DNA是主要遺傳物質(zhì)”教學中，針對格里菲斯提出轉(zhuǎn)化因子，教師設疑：S型菌中含有DNA、RNA、蛋白質(zhì)等成分，誰才是轉(zhuǎn)化因子呢？如果你是科學家，你會如何探究？從而引導學生小組討論、探究，引導學生像科學家一樣思考，培養(yǎng)其探究能力。艾弗里利用肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實驗證明DNA是遺傳物質(zhì)，但是由于技術所限，DNA的純度不夠，無法將蛋白質(zhì)和DNA完全分開，仍有人表示懷疑。對此，教師提出問題：如何設計才能讓人無可挑剔呢？學生能答出“將DNA和蛋白質(zhì)完全分開，分別觀察其遺傳效應”。教師給予肯定后繼續(xù)設疑：如何才能完全分開呢？提醒學生生物學上常用什么方法追蹤物質(zhì)。學生認識到利用同位素標記技術。然后教師拋出一連串問題：如果讓你來設計實驗，你的思路是什么？選擇什么材料更適合？如何標記DNA和蛋白質(zhì)呢？實驗結(jié)果又如何檢測呢？引導學生小組合作探究，分享自己的設計思路和步驟。教師不斷補充相關知識，引導學生步步深入，探究知識，最后順理成章地得出“DNA是遺傳物質(zhì)”的結(jié)論，學生解決疑惑，獲得新知并且體會到科學家的探究精神。教師再提出疑問：所有生物的遺傳物質(zhì)都是DNA嗎？學生深入思考，不難得出“有的病毒只有RNA”的結(jié)論。那么對于RNA病毒，誰是遺傳物質(zhì)呢？又該如何設計實驗探究呢？這樣打破平衡，激發(fā)學生的興趣，使其進一步探究，最終理解DNA是生物的主要遺傳物質(zhì)。

生物科學史資料蘊藏著大量的科學實驗探究方法，教師引導學生對科學實驗方法進行分析，能讓學生體驗知識的形成過程，感悟科學家設計實驗的巧妙和技術發(fā)展對科學研究的貢獻;讓學生既能深刻理解并掌握科學知識，又能培養(yǎng)科學探究能力。

三、完善資料，拓展科學史，構(gòu)建完善知識體系

科學探究往往需要很多科學家的共同努力，過程曲折、復雜，教材上并未完全呈現(xiàn)，教師在教學中可以根據(jù)需要適度補充。比如，在“生物膜流動鑲嵌模型”教學中，教師可以補充利用冰凍蝕刻技術發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)是貫穿、鑲嵌、嵌入磷脂雙分子層中的，通過資料展示，讓學生對“流動鑲嵌模型”的“鑲嵌”理解得更為深刻。在“遺傳因子的發(fā)現(xiàn)”教學中，教師可以補充孟德爾的生平介紹，有助于學生感悟科學家孜孜不倦的科學精神。在“基因在染色體上”教學中，教師可補充摩爾根與果蠅的故事。在“DNA分子結(jié)構(gòu)”教學中，關于沃森和克里克的構(gòu)建歷程，教師補充富蘭克林的故事。教師通過介紹科學家的故事使得生物課堂變得有趣，知識變得豐滿，同時也能讓學生走近科學家，感悟科學探究精神。

總之，在教學過程中，我們不能忽視生物科學史，認為其不重要甚至只讓學生在課后自行閱讀，而應該充分利用科學史，引導學生深入探究，像科學家一樣去思考、質(zhì)疑、試誤，最終探得真知。通過重溫科學家的探究歷程，感悟科學探究，體會科學家的精神，學生不再是機械地了解知識，而是學會了探究知識的能力和鉆研的精神。這樣的課堂教學不僅僅傳授知識，更培養(yǎng)了學生的科學思維和科學探究能力，提高了學生的生物學學科素養(yǎng)。

參考文獻：

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