基于科学本质的HPS教学实践

2016-06-21傅秋月绍兴海郑美婷杨华

广西教育·B版 2016年4期

傅秋月+绍兴海+郑美婷+杨华

【摘要】在中小学科学课程教学中融入科学本质教育是当今世界研究的热点问题。本文收集了与“关于酶本质的探索”相关的科学史料，挖掘这些史实蕴含的科学本质内涵，有效地将HPS教育融入教学过程中，旨在帮助学生理解科学探究的过程与方法，构建科学知识，提高科学素养。

【关键词】HPS教学酶的本质

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2016）04B-0108-02

HPS教育（科学史、科学哲学和科学社会学的缩写）是近年来国际上的全新教育理念，HPS教学模式是提升学生科学素养的有效教学模式之一。“关于酶本质的探索”这节课的核心是掌握酶的本质和概念，教师可以采用HPS教学，让学生沿着科学家探索酶的足迹，体验科学的方法与过程，培养其正确的科学情感。

一、“酶的探究史”的科学本质内涵

刘健智从科学本质的“科学知识”“科学探究”和“科学事业”三个维度把科学本质内涵归纳为认识性、相对性、累积性、重复性、公开性等17点。酶的发现历程前后经历了200多年，在长达两个多世纪的时间里，每一个发现都体现了科学本质的不同内涵（见表1）。

二、教学过程

（一）演示实验，导入新知

[师]多媒体演示斯帕兰扎尼的“鹰吞金属笼”实验，设疑：（1）这个实验需要解决的问题是什么？（2）肉块为什么要放在笼子里？（3）肉块为什么消失了？如何证明你的推测？

[生]展开激烈讨论，纷纷说出自己的想法。

1.胃能否进行化学性消化。

2.排除胃对肉的物理性消化作用。

3.胃里有某种物质消化了肉块。证明方法：体外检验胃液是否能把肉块分解。

（设计意图：趣味导入，激发学生对酶本质的探究热情。由于当时年代人们相信胃只有物理消化，没有化学消化，斯帕兰扎尼大胆地提出质疑，设计巧妙的实验验证，渗透科学本质的预见性）

（二）走入历史，感悟科学

[师]那胃里的这种物质到底是什么呢？当时的人怎么去探究它呢？

[生]阅读资料“关于酶本质的探索”，体会科学家的逻辑思想，思考每一位科学家的观点的积极性和局限性。

[师]启发思考：19世纪，什么引发了人们对发酵机制的研究？

[生]酒变酸。

[师]追问：从这个现象，说明了科学研究与社会有什么关系呢？

[生]科学界对“酒变酸”问题的关注引发了对酶本质的探索。由此可见，科学与社会是息息相关的。

（设计意图：培养学生的自主阅读能力和问题分析能力，渗透科学研究来源于社会，又促进了社会的发展，启发学生多关注社会，善于观察和发现问题）

[师]他们为什么会出现争论？分歧点在哪里？

[生]巴斯德认为酒精发酵是由于活酵母代谢活动的结果，而同时代的李比希则认为酒精发酵仅仅是一种化学反应，与酵母菌的活动无关，最多只是酵母菌中的某种物质参与反应。巴斯德作为微生物学家，更倾向于以生物学的角度分析，认为酒精发酵是一个生理过程，强调了活细胞的整体作用，而李比希是化学家，也是以自己专业的眼光分析，得出这是一个纯化学过程。

[师]科学研究中出现争论是难以避免的，如果你也是当时的一位科学家，根据他们的观点，你会怎么设计实验来证明到底谁对谁错？教师引导学生分组讨论，写出实验设计思路。

[生]汇报实验方案，其他组聆听，指出该操作的优缺点。

[师]（演示）多媒体播放毕希纳的实验过程，回顾巴斯特和李比希的观点，试辩证他们的观点，并让学生与自己的实验进行比较。

[生]他们的观点都是片面的。李比希认为引起发酵是酵母菌产生的某种物质是正确的，但这些物质要脱离活细胞才能发挥作用的观点是片面的。巴斯德认为发酵需要活细胞的参与是正确的，但发酵时活细胞本身参与这个观点是片面的。

（设计意图：让学生体会科学的正确性取决于实验的检验，科学理论形成过程中科学家产生的争论、质疑、检验片面概念，可以避免学生重蹈覆辙，并帮助其转变错误观念）

[师]毕希纳获得的酵母菌提取液含有多种物质，由于技术上的难题，当时还无法鉴定酵酶的化学性质。你认为科学的发展与实验技术有关系吗？

[生]实验技术的发展制约着科学进步。

（设计意图：深化科学发展与技术发展的关系）

[师]在今后的9年时间里，萨姆纳尔尝试了种种方法，经历了一次次的失败，终于发现用丙酮可以从刀豆种子中提取较纯的脲酶结晶，证明脲酶是蛋白质。从这个过程中你有什么启示呢？

[生]科学探究的过程不是一帆风顺的，要经历过不断的尝试，才能有结果，我们要学习科学家不畏艰苦、持之以恒的精神。

（设计意图：从科学探究的艰辛历程启发学生学习要持之以恒，不畏劳苦）

[师]后来科学家又相继发现了胃蛋白酶、胰蛋白酶等也是蛋白质。奥特曼补充了少数的RNA也具有酶的特性。那么酶的本质是蛋白质还是RNA或者两者都是？