甘肅 楊 勇

一、教學背景

筆者所在學校使用的高中生物學教材是人教版，在許多內容的編排上都是按照科學史的先后順序安排的?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準》始終把科學史的教學放到一個較高的位置。2003年《普通高中生物學課程標準(實驗)》在第四部分“實施建議”的“教學建議”中提出“注重生物科學史的學習”，指出“科學是一個發(fā)展的過程。學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學研究的方法，學習科學家獻身科學的精神。這對提高學生的科學素養(yǎng)是很有意義的?！钡葍热?。2017年《普通高中生物學課程標準(2017年版)》第六部分“實施建議”的“教學建議”中再次提出“注重生物科學史和科學本質的學習”，并在2003年版《普通高中生物學課程標準(實驗)》的基礎上，進一步強調“這對提高學生的生物學學科核心素養(yǎng)是很有意義的”“教師應充分利用這些科學史來開展教學”。

二、教學現(xiàn)狀

重視科學史教學，首當其沖要重視科學史類“經典實驗”的引領示范作用。受“高考指揮棒”和傳統(tǒng)“應試教育”的影響，學生們迫于高考升學的壓力，片面追求成績，許多教師忽略了科學史“經典實驗”的教學育人價值，在實際教學中，往往縮短了《課程標準》所規(guī)定的科學史的教學課時，只注重實驗結果，忽略了實驗過程。部分教師認為不論是以前的會考還是現(xiàn)在的學業(yè)水平考試，亦或是高考，涉及生物學科學史知識的考題都較少，且題目容易，教師只需念念教材，學生只需背背考點，記住簡單的實驗過程和實驗結論，能選出(填出)正確答案就可以，沒必要詳細介紹科學史“經典實驗”的相關知識和研究過程，所以教也容易，學也容易。教師往往對科學史“經典實驗”的教學策略是先簡要介紹相關科學家的生平簡介(也有部分教師不做介紹)，再粗略說明實驗研究的簡單過程，最后讓學生機械地記住其研究成果及結論。如對選擇性必修1第5章第1節(jié)“植物生長素”——“生長素的發(fā)現(xiàn)過程”的授課，部分教師先簡要介紹科學家達爾文、鮑森·詹森、拜爾和溫特的生平簡介，另一部分教師直奔主題，依據(jù)課本(人教版)第90～92頁圖片，直接向學生簡單講述這幾位科學家各自的實驗設計思路及現(xiàn)象，最后告知實驗結論，讓學生機械記住結論即完成教學任務。教師沒有引導學生深入思考科學家的研究過程，沒有引導學生領悟科學家是如何發(fā)現(xiàn)問題、尋找證據(jù)、合理推理的，導致學生根本無法體驗到科學家不斷深化對問題的認識過程和科學探索的過程。這樣的教學沒有達到知識傳授、能力培養(yǎng)和價值引領的有機統(tǒng)一，而一味地追求機械記憶，只能應付考試，導致“高分低能”的現(xiàn)象發(fā)生。

筆者在本節(jié)的授課中，先搜索了有關“生長素發(fā)現(xiàn)”的科學史材料，如胚芽鞘形態(tài)結構圖片等，利用信息技術媒體，制作了PPT課件，再根據(jù)“生長素發(fā)現(xiàn)的過程”設計了一系列誘導問題，引導學生沿著科學家的邏輯思維路線，從所提供的材料和設置的問題中去主動分析、推理和探究，最終得到符合邏輯的結論。筆者針對“達爾文設計實驗探討植物向光性的原因”設置誘導問題，如：“放在窗臺上的花卉，若長時間不轉動花盆，花卉會朝向窗外生長，這與外界的什么因素有關？”“你怎么設計實驗才能證明這一點？如何設計對照組？”“植物的向光性生長與植物的哪個部位有關？怎樣設計實驗證明這種猜測？”……學生帶著誘導問題展開討論、交流，教師適時滲透介紹達爾文的研究方法和實驗結果。

三、教學策略

筆者根據(jù)多年對科學史“經典實驗”的教學，提出以下幾點策略。

1.播放視頻，重現(xiàn)史料

教師課前搜集、整理、制作相關科學史“經典實驗”研究及探索過程的圖片和視頻史料，在課堂教學中適時展示和播放，激發(fā)學生的學習興趣和社會責任感。對科學史“經典實驗”的學習，不是讓學生僅僅簡單記住科學家研究的成果，更重要的是讓青年一代感悟科學家探索問題的艱苦歷程，尊重事實、實事求是的科學態(tài)度，勇于創(chuàng)新、迎難而上的科學精神。由于學生的生活閱歷有限，只憑教師講解科學家的故事，學生并不一定能理解和體會當時的真實情景?！鞍俾劜蝗缫灰姟?，實踐證明，在課堂上播放科學家的生平簡介和實驗過程的記錄視頻或圖片，會達到事半功倍的教學效果。筆者曾實驗嘗試，必修2第1章第1節(jié)“孟德爾的豌豆雜交實驗(一)”授課時，在第一個班級授課沒有運用多媒體輔助教學，先口述孟德爾的清貧一生，然后結合課本講述實驗過程及結論。從課堂反應來看，有80%的同學并未體會到這位偉人的偉大之處和實驗設計的巧妙之處。在第二個班級使用多媒體教學，先視頻播放孟德爾清貧、艱苦的一生(簡介)，接著播放他在修道院做豌豆雜交實驗過程的情景模擬視頻，學生立刻情不自禁地討論起來，感慨孟德爾艱苦的生活條件，感慨他認真嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，感慨他持之以恒的實驗精神，從而從內心產生敬仰，最后結合PPT課件總結講述實驗過程及結論，得到的教學效果與第一個班級截然不同。

2.角色扮演，模仿探索

以小組為單位，分工合作，扮演科學家團隊，模擬當時實驗情景，模仿探索過程，親身體驗科學家的探索過程、思維方式、科學方法，體會科學家堅持不懈、持之以恒的科學精神。如在必修1第5章“細胞的能量供應和利用”第4節(jié)“光合作用與能量轉化”——“光合作用的探究歷程”的授課時，第一組同學扮演英國化學家普利斯特利(圖1)，模擬“植物可以更新空氣”的實驗探索；學生結合制作的PPT課件，展示普利斯特利的實驗裝置圖片(圖2)。

圖1

圖2

通過實驗證明，植物可以更新因蠟燭燃燒或小白鼠呼吸而變得污濁的空氣。但是沒有發(fā)現(xiàn)光在植物更新空氣中的作用。接著第二組同學扮演荷蘭科學家英格豪斯團隊，結合制作的PPT課件模擬探索在普利斯特利的實驗基礎上，發(fā)現(xiàn)植物更新空氣必須在陽光照射下才能成功；只有植物體的綠葉才能更新污濁的空氣，然而，由于當時化學發(fā)展水平的限制，人們尚不了解植物吸收和釋放的究竟是什么氣體。接著第三組同學模擬探索……

3.制作模型，交流探討

模型向來是教師在課堂教學中突破重點、攻克難點的一種常規(guī)教學手段，能直觀展示抽象事物，使抽象問題直觀化，復雜問題簡單化，可以達到很好的教學效果。如必修1第3章第1節(jié)“細胞膜的結構和功能”——1972年辛格和尼克森提出的“流動鑲嵌模型”，筆者讓學習小組利用課余時間準備材料，用乒乓球和細鐵絲制作磷脂分子，用包裝泡沫代替蛋白質分子，用卡紙折疊模型代替糖鏈(或用其他材料替代)，來制作細胞膜的流動鑲嵌模型(部分學生制作的模型如圖3、圖4所示)，然后在課堂上由小組組長展示并講解模型，這樣，不但能培養(yǎng)學生的動手實踐能力，還有利于深刻理解科學的本質。

圖3

圖4

4.實驗模擬，理解本質

對于科學史“經典實驗”，人們只能模擬，無法重做。通過實驗模擬，學生可以體會到科學家設計實驗的嚴密性、選擇材料的恰當性、實驗過程的科學性等要素。如選擇性必修1第5章第1節(jié)“植物生長素”——“生長素的發(fā)現(xiàn)過程”，學習興趣小組可在實驗室里培養(yǎng)幾盆燕麥或小麥等其他植物的幼苗，分成兩組；用紙箱模擬黑暗環(huán)境。在紙箱的側面開一個窗口模擬單側光照射，把培養(yǎng)的一組幼苗置入箱內，放在陽光照射較充足的窗臺上，窗口朝向陽光一側，花盆不動；另一組幼苗暴露放置在陽光照射較充足的窗臺上，每天把花盆原地轉動1/4圈，模擬均勻光照射。培養(yǎng)一段時間后觀察兩組幼苗的彎曲生長狀況，進而理解植物的向光性生長原理：植物接受單側光照射后，引起背光一側生長素含量多于向光一側，使植物背光一側生長快于向光一側，因此植物向光源彎曲生長。

圖5

5.微課翻轉，再現(xiàn)經典

大數(shù)據(jù)時代，信息技術輻射人們生活的各個角落。教師可運用現(xiàn)代信息技術，把科學史“經典實驗”制作成微視頻或微課，發(fā)送到班級QQ群或其他師生共建信息平臺，亦可拷貝到教室的一體機電腦中，通過微課翻轉課堂來再次模擬“經典實驗”過程圖片或視頻，展現(xiàn)科學家的研究過程，讓學生利用閑暇時間隨時回放觀看，加強對“經典實驗”本質的理解。

四、教學反思