（上海師范大學(xué)教育學(xué)院 上海 200234）

生物學(xué)經(jīng)歷了漫長的發(fā)展歷史，生物科學(xué)知識的產(chǎn)生是一個過程，且是不斷變化發(fā)展的。這是生物科學(xué)的本質(zhì)特點之一。生物學(xué)科學(xué)史記錄了科學(xué)家在生物科學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展中不斷探索的過程，展示了科學(xué)家進(jìn)行創(chuàng)造性勞動的經(jīng)過和成果，以及他們進(jìn)行科學(xué)探索的思維過程和方法。因此，生物學(xué)科學(xué)史教學(xué)的內(nèi)容除了科學(xué)知識，還應(yīng)包含科學(xué)家的科學(xué)態(tài)度和人文精神?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確提出要重視生物學(xué)科學(xué)史的學(xué)習(xí)。把生物學(xué)科學(xué)史融入高中生物教材和課堂教學(xué)中，不僅可以讓學(xué)生了解科學(xué)家的探索過程，理解科學(xué)的本質(zhì)。并且，學(xué)生通過學(xué)習(xí)生物學(xué)科學(xué)史，從而掌握蘊(yùn)含其中的科學(xué)研究方法和思維，在潛移默化中提高科學(xué)探究能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和不畏艱難的探索精神。

因此，深入挖掘高中生物教材中科學(xué)史這一寶貴教育資源的價值，對高中生物課程與教學(xué)的進(jìn)一步改革和發(fā)展具有重要的啟發(fā)和借鑒意義。下面對高中生物學(xué)教材中科學(xué)史在培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)方面的價值進(jìn)行簡要的探討。

1 生物科學(xué)史的教育價值

1.1 體會概念的形成過程，加深對知識的理解，培養(yǎng)生命觀念

生命觀念是指人們能夠?qū)τ^察到的生命現(xiàn)象或事件進(jìn)行解釋的品格和能力。在高中生物學(xué)中具體表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀等。高中生物學(xué)教材中有很多概念是以定論的形式出現(xiàn)的，以學(xué)生現(xiàn)有的知識水平很難真正理解這些概念的內(nèi)涵和外延。而生物學(xué)科學(xué)史記錄著一些概念的形成過程，可以啟發(fā)學(xué)生的思維，使學(xué)生隨科學(xué)家一起思考，親自見證概念的產(chǎn)生過程，從而體會到概念的本質(zhì)，加深對知識的理解，而不僅僅是一個需要死記硬背的結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生形成生命觀念，為日后工作或生活中解釋生命現(xiàn)象、探索生命規(guī)律打下基礎(chǔ)。

例如，在學(xué)習(xí)“酶的化學(xué)本質(zhì)”時，教師介紹介紹酶研究的科學(xué)史，描述科學(xué)家對酶本質(zhì)的探索過程，使學(xué)生加深對“酶的本質(zhì)”的理解，即“酶是活細(xì)胞所產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物，并且大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA”的理解。這樣，學(xué)生不需要死記酶的概念，而是通過教材呈現(xiàn)的科學(xué)家探究之路，經(jīng)歷了類似科學(xué)研究的過程，從中不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、得出結(jié)論，并不斷修正、完善結(jié)論。在這個過程中，學(xué)生經(jīng)歷了由知識的接受者到知識探索者的角色轉(zhuǎn)變，從而理解了“絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，而少部分酶是RNA”的事實。學(xué)生通過科學(xué)史探索概念的發(fā)展過程，更好地掌握概念的實質(zhì)，更深刻地理解概念的內(nèi)涵與外延，初步形成“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生命觀念；同時，也能認(rèn)識到生物學(xué)概念的最終形成不是一蹴而就的，而是在探索中不斷發(fā)展和完善的。

1.2 引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入探究情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展科學(xué)思維

科學(xué)思維貫穿于科學(xué)本質(zhì)學(xué)習(xí)的全過程，是一種基于證據(jù)和邏輯推理的思維方式。興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)的動力和源泉。布魯納認(rèn)為，學(xué)生應(yīng)該用自己的頭腦主動獲取知識，而不是做一個被動的信息接收者。學(xué)生只有對知識的獲取充滿興趣，才能在學(xué)習(xí)中由被動轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃印？茖W(xué)史是優(yōu)秀科學(xué)家充滿智慧的探索和發(fā)現(xiàn)過程。教師再現(xiàn)生物學(xué)科學(xué)史，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)科學(xué)探索的真實情境，讓學(xué)生跟隨科學(xué)家的步伐一起發(fā)現(xiàn)問題，讓學(xué)生進(jìn)行推理得出假說，并鼓勵學(xué)生提出質(zhì)疑，師生共同探討，對觀點進(jìn)行辯駁，最后得出相關(guān)主張。整個過程中，師生進(jìn)行激烈的思維碰撞，學(xué)生的批判與質(zhì)疑、歸納與總結(jié)、演繹與推理等科學(xué)思維方法都得到充分的呈現(xiàn)與發(fā)展。教師要激發(fā)學(xué)生思考，給學(xué)生創(chuàng)造繼續(xù)探究的機(jī)會，以滿足學(xué)生解決問題、理解并掌握相關(guān)概念和原理的興趣。

例如，學(xué)習(xí)“免疫調(diào)節(jié)”時，教師呈現(xiàn)人類與天花病的抗?fàn)幨芬约捌鞴僖浦驳难芯繗v程，使學(xué)生感受到病人被病痛折磨的痛苦，喚起學(xué)生的同情心，從而使學(xué)生對“如何使人類免于天花病毒的折磨”和“降低器官移植的排異反應(yīng)”等與人類息息相關(guān)的問題產(chǎn)生探究興趣，對人體的免疫調(diào)節(jié)產(chǎn)生極大的探索欲望。繼而，學(xué)生嘗試針對疑問思考解決的措施，根據(jù)科學(xué)家的實驗過程解釋問題，分析并尋找結(jié)論，甚至可以根據(jù)現(xiàn)有的知識做出自己的假設(shè)。再如，具有很強(qiáng)故事性的植物生長素發(fā)現(xiàn)歷程可吸引學(xué)生隨著達(dá)爾文、詹森、拜爾、溫特等科學(xué)家進(jìn)行的胚芽鞘向光彎曲及相關(guān)改良實驗一步步得出結(jié)論并提出新的問題，最終揭開生長素的迷紗。這些科學(xué)家也正是憑借著對生命現(xiàn)象的強(qiáng)烈好奇心和探究興趣，才共同完成了植物生長素發(fā)現(xiàn)史的“接力賽”。他們從問題提出到進(jìn)行假設(shè)、驗證實驗以及結(jié)果的分析等都滲透著科學(xué)思維。因此，學(xué)生通過分析研究歷程中的各個環(huán)節(jié)，可以提升科學(xué)思維。

1.3 體悟探究歷程，掌握科學(xué)探究的方法，提高科學(xué)探索能力

科學(xué)探究是一種基于觀察、設(shè)計實驗等的綜合能力，滲透著科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。其核心內(nèi)涵主要包括提出問題、自主設(shè)計實驗方案、收集并記錄數(shù)據(jù)、小組合作討論交流、得出相關(guān)結(jié)論?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》重點強(qiáng)調(diào)要培養(yǎng)學(xué)生自主探究的能力，在掌握生物知識的同時，習(xí)得一些科學(xué)的探究方法和思維方式，對于學(xué)生今后的生物學(xué)習(xí)及其他科目的學(xué)習(xí)都大有裨益?？茖W(xué)的研究方法是認(rèn)識自然以及獲取科學(xué)知識的重要程序或過程，生物學(xué)科學(xué)史揭示了科學(xué)家在進(jìn)行探究活動時思考和解決問題的思想歷程和方法。這無疑可以幫助學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法并在以后的學(xué)習(xí)和探索中應(yīng)用，提高學(xué)生的探索能力。

例如，在學(xué)習(xí)“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”時，教材選取在遺傳物質(zhì)探索歷程中具有里程碑式意義的重要實驗來讓學(xué)生親歷探索之路，包括格里菲斯和艾弗里的肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗、赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染大腸桿菌的實驗，引導(dǎo)學(xué)生與科學(xué)家一起發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、設(shè)計實驗、預(yù)測實驗結(jié)果，指示學(xué)生科學(xué)的探究過程。他們對實驗材料的選擇、實驗變量的控制等都讓學(xué)生置身于實驗探究的全過程，使學(xué)生在了解科學(xué)史的同時，掌握科學(xué)的思路和科學(xué)的方法。這些是進(jìn)行獨立探索的必備技能。

1.4 學(xué)習(xí)科學(xué)家的可貴品質(zhì)，塑造科學(xué)精神，培養(yǎng)社會責(zé)任感

社會責(zé)任是指學(xué)生基于對生物科學(xué)的認(rèn)識，能參與到個人與社會事務(wù)的討論中，能對其作出理性的解釋和判斷，并有嘗試解決生產(chǎn)生活中的生物學(xué)問題的擔(dān)當(dāng)和能力?？茖W(xué)史中科學(xué)家具有的可貴的品質(zhì)和精神是進(jìn)行科學(xué)探索必不可少、值得學(xué)生學(xué)習(xí)的。其中，敢于質(zhì)疑權(quán)威、不畏艱苦、嚴(yán)謹(jǐn)求實的態(tài)度和精神在進(jìn)行科學(xué)研究時尤為重要。生物學(xué)科學(xué)史讓學(xué)生追尋科學(xué)家探索的曲折歷程，以史為鏡，從中逐漸領(lǐng)悟到做研究要敢于否定和批判，敢于提出自己創(chuàng)造性的觀點，而不是人云亦云。同時，科學(xué)研究也不是拍著腦袋想問題，在經(jīng)歷一次次實驗的失敗后，仍要堅韌不拔，用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和科學(xué)的方法不斷探索?？茖W(xué)史可以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家百折不撓、追求真理的探索精神，樹立回報社會、保護(hù)環(huán)境等社會責(zé)任感。

摩爾根在發(fā)現(xiàn)基因連鎖和交換這一規(guī)律之前，孟德爾的兩大遺傳規(guī)律已經(jīng)作為生物遺傳的“金科玉律”。然而，摩爾根在發(fā)現(xiàn)自己所做的實驗并沒有取得與孟德爾的豌豆雜交實驗相似的實驗結(jié)果時，并沒有就此放棄或自我懷疑，而是對孟德爾遺傳規(guī)律的適用性提出了質(zhì)疑，認(rèn)為還存在未被發(fā)現(xiàn)的規(guī)律。于是，他利用果蠅做了大量的實驗，充分發(fā)揮自己的想象力，經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炘O(shè)計，得到了基因位于染色體上并呈直線排列的實驗證據(jù)，從而得出了不同于孟德爾兩大遺傳定律的第三定律——基因連鎖和交換定律。這一規(guī)律的獲得離不開摩爾根的質(zhì)疑精神，同樣離不開科學(xué)家面對實驗時嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和鍥而不舍、為追求真理而探索的科學(xué)精神。

2 生物科學(xué)史教學(xué)策略

高中生物學(xué)教材中的生物學(xué)科學(xué)史蘊(yùn)含著極大的教育價值。教師應(yīng)該在教學(xué)中選取合適的材料、運用恰當(dāng)?shù)氖侄?，讓學(xué)生身臨其境般地感受和領(lǐng)悟科學(xué)探索的過程，學(xué)習(xí)科學(xué)家的思維方法和科學(xué)方法，形成一定的生命觀念和社會責(zé)任，從而提升生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。然而，在實際的教學(xué)實踐中，科學(xué)史的教學(xué)存在很多問題，使得科學(xué)史的教育價值無法充分挖掘出來，不能真正發(fā)揮科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的育人價值。主要存在的問題有：①教師思想上不重視科學(xué)史的教學(xué)價值，從而在課堂教學(xué)中很少滲透科學(xué)史的內(nèi)容。②教師獲取科學(xué)史內(nèi)容的途徑單一，對材料的篩選過于盲目，無法對科學(xué)史進(jìn)行合理的取舍和安排。③教師進(jìn)行科學(xué)史教學(xué)的方法單一，以“平鋪直敘式”的直接講授為主，使學(xué)生覺得索然無味，無法達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)。

教師只有認(rèn)同科學(xué)史的價值，才能落實其在生物教學(xué)中的重要地位。下面以高中生物教科書中具體的科學(xué)史內(nèi)容教學(xué)設(shè)計為例，探討運用生物科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的方法。

2.1 還原科學(xué)史內(nèi)容，提煉重要概念，滲透生命觀念

教師直接向?qū)W生展示重要概念的界定；學(xué)生在沒有對該知識的直觀體驗的情況下，概念對學(xué)生來說無疑是“晦澀難懂”的，從而阻礙學(xué)生生命觀念的形成。在高中生物學(xué)教學(xué)中，教師可以利用生物學(xué)科學(xué)史有目的地讓學(xué)生關(guān)注生命觀念，從中提煉出重要的概念，在理解生物學(xué)相關(guān)知識的基礎(chǔ)上，形成生命觀念，使其對生命本質(zhì)有更加科學(xué)、系統(tǒng)的認(rèn)識。

例如，在進(jìn)行“物質(zhì)的跨膜運輸方式”這一章節(jié)的教學(xué)時，教師可以借助視頻資料和實驗?zāi)Ｊ綀D依次呈現(xiàn)水分子穿過半透膜的自由擴(kuò)散過程、科學(xué)家分離出了水通道蛋白，從而證實了以前的推測“可能有特殊的輸送水的通道”。這樣呈現(xiàn)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)水通道蛋白的過程，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)：在這個歷程中，科學(xué)家通常發(fā)現(xiàn)一種現(xiàn)象，而后做出合理的推測，并為證實該推測尋找實現(xiàn)該現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)。接著，教師再逐步引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)出自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散等重要概念的涵義和特征，促進(jìn)學(xué)生樹立一種“生物功能的完成需要相應(yīng)物質(zhì)結(jié)構(gòu)支持”的觀點，即結(jié)構(gòu)與功能觀。

2.2 再現(xiàn)探究歷程，巧設(shè)疑問，發(fā)展科學(xué)思維

生物科學(xué)史中的每一項研究發(fā)現(xiàn)、每一個實驗結(jié)果的得出，都是經(jīng)過科學(xué)家們不斷地觀察、質(zhì)疑、推理、思考的過程。因此，教師在生物學(xué)科學(xué)史尤其是有關(guān)實驗的教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生運用批判性思維去分析科學(xué)家的實驗過程，及時引導(dǎo)學(xué)生提出質(zhì)疑并做出猜想。在此過程中，教師可采用分組的形式，引導(dǎo)小組成員提出問題，做出猜想，利用已有的知識經(jīng)驗解決問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

例如，在學(xué)習(xí)“光合作用發(fā)現(xiàn)史”時，教師可以展示薩克斯的實驗，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)薩克斯提出的實驗假設(shè)，思考其實驗過程中采用的實驗方法的目的。并提出問題：為什么要將選用的葉片事先進(jìn)行黑暗處理一晝夜？葉片如何進(jìn)行遮光處理？實驗變量是什么？用酒精處理葉片的目的是什么？根據(jù)用碘液檢驗，可推測出薩克斯實驗的假設(shè)是什么?這些問題可以有效地推動學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程，并以此幫助學(xué)生運用已有的知識和邏輯進(jìn)行思考或論證，嘗試對實驗現(xiàn)象和結(jié)論做出解釋，培養(yǎng)他們的批判質(zhì)疑能力和科學(xué)思維。

2.3 關(guān)注科學(xué)史探究方法，安排實驗活動，提升科學(xué)探究能力

實驗是生物學(xué)得以建立的基礎(chǔ)，是進(jìn)行科學(xué)研究和取得一系列研究成果的的重要方法和手段之一。因此，生物學(xué)實驗是生物科學(xué)的重要組成部分，在生物學(xué)教學(xué)中應(yīng)給予足夠的重視。科學(xué)史資料中蘊(yùn)含有大量的實驗探究活動，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生親身體會科學(xué)家如何提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計實驗方案、收集實驗數(shù)據(jù)、得出實驗結(jié)論等，使學(xué)生從中學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法，提高其科學(xué)探究能力。

例如，在學(xué)習(xí)“生長素的發(fā)現(xiàn)過程”的時候，教師可應(yīng)用幾位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)生長素的經(jīng)典實驗，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究：先向?qū)W生介紹達(dá)爾文的胚芽鞘向光彎曲實驗，對實驗現(xiàn)象進(jìn)行分析，作出自己的假設(shè)；在此基礎(chǔ)上，學(xué)生分組討論、分析詹森和拜爾的瓊脂片插入實驗的目的和意義；接著，學(xué)生分組自主完成溫特的實驗設(shè)計，教師可以在此過程中強(qiáng)調(diào)實驗設(shè)計的原則和注意事項，并對溫特的實驗過程提出改進(jìn)的建議。這部分的科學(xué)史教學(xué)過程不僅讓學(xué)生了解了生長素的發(fā)現(xiàn)歷程，還在學(xué)生自主參與的過程中深化了學(xué)生對向光性原理的理解，使學(xué)生學(xué)到了科學(xué)探究的方法，從而提升了科學(xué)探究能力。

2.4 拓展學(xué)習(xí)材料，感悟科學(xué)家精神，承擔(dān)社會責(zé)任

生物學(xué)科學(xué)史描繪著人類科學(xué)家探索生命的起源、發(fā)現(xiàn)生命規(guī)律、促進(jìn)社會的進(jìn)步和生物技術(shù)的發(fā)展等過程。教師通過科學(xué)史的教學(xué)，能夠幫助學(xué)生辨別科學(xué)和迷信，并對個人生活及社會生活中的相關(guān)事務(wù)做出理性的判斷與解釋，對科學(xué)家的質(zhì)疑和不懈奮斗有敬佩之心，珍惜生命的來之不易，能自覺保護(hù)生態(tài)環(huán)境、關(guān)愛生命，并積極參與社會實踐，承擔(dān)相應(yīng)的社會責(zé)任。

例如，在“器官移植所面臨的問題”這一科學(xué)史的教學(xué)時，教科書中展示了器官移植面臨的問題和困境。但是，這些資料簡短且缺乏前沿性。此時，教師可以展示一些器官移植病人或患處的圖片以及一些成功病例的視頻資料，甚至是一些因找不到匹配的供體而悄然逝去病人的案例。學(xué)生在此過程中體會到生物科學(xué)的進(jìn)步給生命延續(xù)提供的機(jī)會，也意識到目前生物學(xué)發(fā)展的局限和生命的珍貴，從而理性地看待器官移植問題。另外，教師還可以要求學(xué)生在課后分組搜集資料，關(guān)注器官移植技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任。