基于科学探究的科学史教学策略研究

黄增寿

摘要：为探究多样有效的生物科学史教学策略，采用案例分析法进行研究，充分利用生物科学史培养学生科学思维和科学探究等生物学学科核心素养

关键词：生物科学史教学策略科学思维科学探究

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

生物科学史既包括科学家对生命现象的研究过程，又包括科学家研究生命现象时所持有的观点和态度;既包括生物学理论和方法的形成演变，又包括不同学科之间的联系、科学与社会的相互影响。现行的高中生物教材中引入科学史的目的，是让学生从知识的发生过程来理解知识，进一步理解和掌握“科学探究”的基本思路和基本方法，从而感悟科学家严谨、求真、坚持不懈的科学态度和精神。教师可将思维教学与科学史的教学、探究活动的设计和实施有机结合起来，利用科学家不迷信权威、敢于质疑的事例，让学生感受批判质疑精神的启迪;引导学生分析科学家的实验和亲身参与探究活动，促进学生提升获取证据、逻辑推理等方面的能力。在教学过程中，教师重视和做好生物科学史的教学对培养学生“科学探究”和“科学思维”等学科素养具有重要意义。

下面从高中生物学科核心素养之“科学探究”和“科学思维”中所包含的实验设计、模型构建、创设问题、自主拓展四个方面，进行教学策略指导与相应的案例分析，以及具体的教学过程设计阐述。

1基于实验设计的教学策略

实验设计是科学探究的重要环节，生物科学史中有着大量的实验设计内容。在利用生物科学史的教学过程中，教师应引导学生到科学家当时的情境中去设计实验，引导学生把注意力集中在提出问题、实验设计上，并根据实验结果得出相应的结论，使学生在积极、主动的实验探究活动中，形成探究的技术和方法，提升“科学探究”能力。

案例1：生长素的发现。

案例分析：生长素的发现前后历时几十年，由几代科学家通过一系列实验完成，可以说是集体智慧的结晶。教材中列出了达尔文、詹森、拜尔、温特4位科学家所做的代表性实验，其他科学家最终在他们实验成果的基础上，应用现代的生物技术分析出生长素的化学本质是吲哚乙酸。4个实验的分析讲解需要在一个课时内完成。以往的教学常规处理方式是教师逐个讲解科学家的实验，先分析科学家发现的问题，再介绍实验过程，最后得出结论。教师讲完4个实验，学生听了一节整课，觉得枯燥无味，反馈发现，学习效果并不理想。如果教师引导学生设计这些实验，促进学生深入理解其中的实验方法，能发展学生的科学思维，培养探究能力。

教学过程：教师展示植物向光性的图片，引入向光性，并介绍生长素发现的时间跨度和主要的代表科学家，让学生感受科学家的坚持、艰辛和投入，感悟每一项科学的发现和进展都是许多科学家一点一滴心血的集合。在此基础上，学生扮演当时的科学家，自行设计这些实验，复习对照实验、对照组、实验组、自变量、因变量、无关变量、单一变量原则等实验设计知识点。准备工作完成后，学生跟随教师的引导来开始实验设计。教师将以往讲解完后才得出的实验结论，转换成实验题目，先展示出来，再提供相应的实验材料，然后让学生每4人一组，讨论设计出对照组和实验组。以达尔文的实验为例，教师先把实验的相关结论转换成3个实验题目：证明胚芽鞘向光弯曲的外因是单侧光;证明胚芽鞘向光弯曲的内因是胚芽鞘的尖端;证明胚芽鞘的感光部位是胚芽鞘的尖端。教师先出示第一个实验题目，并给出实验材料——胚芽鞘、两个纸箱（一个一边有个小孔，一个没有小孔），然后要求学生分组讨论。由于给的材料的提示作用很明顯，学生很快设计出对照组（用没有孔的纸箱盖着胚芽鞘）和实验组（用带孔的纸箱盖着胚芽鞘）。教师再引导学生分析该实验中的自变量、因变量和无关变量，并引导学生思考：①胚芽鞘没有光能否生长？②对照组应该怎样设计？学生会注意到黑暗中胚芽鞘也能生长。也有学生想到：将胚芽鞘放在均匀光中，也可以作为对照组。学生有了第一个实验设计的成功经验，在后续的几个实验中，根据实验题目和给出的材料提示，都能很快设计出实验。同时，他们对以实验题目形式给出的实验结论，也有了很深的印象。

2基于模型构建的教学策略

一些重要生物结构的发现对生物学的发展具有划时代的意义，教材中呈现了科学家构建这些结构模型的过程，这也是生物科学史的重要部分。通常，教师在课堂上多展示图片，或用现成的实物模型教具来为学生讲解结构。图片是平面的，很难直观地为学生展示立体的空间结构，而实物教具数量有限，由教师拿着讲解，很难让每个学生清楚地看清细节结构。教师不如让每个学生亲自动手制作这些结构模型，使学生体会这些结构由零部件一步步构建成一个整体的过程，也体会科学家不断探索、反复修改完善的艰辛历程，从而培养学生的“科学思维”和提升“科学探究”能力。

案例2：构建DNA双螺旋结构模型。

案例分析：DNA的双螺旋的结构是教学中的一个难点，要求学生有一定的空间想象能力。教材内容上也有DNA双螺旋结构的构建实验，但由于课时或材料的限制，许多教师都予以忽视，或者是讲完课后让学生自己回家做。如果教师能做到边讲解，边让学生亲自动手做，可使学生更好地理解结构特征，弄清一些教师难以解释清楚的细节问题，再在课外自己构建完整的DNA双螺旋结构模型，学习效果会比较好。

教学过程：课前，教师要求每两名学生为1个小组先准备好所需的材料。用什么材料代表脱氧核糖（要用五边形的），用什么材料代表磷酸，用什么材料代表4种碱基（要考虑配对），用什么材料代表骨架（可提醒学生用铜丝）等由小组决定。教师由DNA双螺旋结构获得诺贝尔奖引入，提出这节课就跟着沃森和克里克两位科学家的思路来构建DNA双螺旋结构模型：先用铜丝（作骨架的材料）把“磷酸”和“脱氧核糖”交替穿起来，排列在外侧;其次4种不同的“碱基”连接成“碱基对”，并且碱基配对有一定的规律——腺嘌呤（A）一定与胸腺嘧啶（T）配对、鸟嘌呤（G）一定与胞嘧啶（C）配对，A与T用2个氢键连接，G和C是用3个氢键连接。学生将自己构建好的双链DNA结构与课本上总结的三个特征一一对应，再试着扭转出双螺旋结构。在这个过程中，每个学生都能清楚地看清细节结构，深入理解了双螺旋的空间结构。

3基于创设问题的教学策略

生物科学史的每一项发现、每一个实验结论的得出，都经过科学家不断质疑、思考的过程。因此，教师在生物科学史的实验教学中要引导学生运用批判性思维去分析科学家的实验过程，及时引导学生质疑并提出问题。教师可采用分组的形式，要求每个小组提出几个问题，综合全班的问题形成问题串，然后引导各小组对问题串进行思考、讨论，在提问和解决问题的过程中，培养学生的“科学思维”和“科学探究”。

案例3：酶的发现。

案例分析：人教版必修1教材中“酶的发现”中提及意大利科学家斯帕兰扎尼的科学史小实验，“将肉块放入金属笼内，然后让鹰吞下去，过一段时间把笼子取出，发现肉块没了”。教师可创设问题串，引导学生在科学史的学习中提升“科学探究”的能力。

教学过程：教师先播放该实验的动画过程，然后提出一系列问题。例如，选择鹰作为实验对象和把肉块放在金属笼子里的原因是什么？为什么选择金属笼子？若用封闭的金属袋会出现什么结果？为什么金属笼子内的肉块会不见了？教师引导学生分析、思考，多创造机会让学生提出见解、阐述理由，引导学生判断观点的正确与否、理由是否充分，促进学生形成客观正确的解释。这样就满足了学生学习知识的需求，同时增强了课堂的趣味性，培养了学生自主质疑、合作解答的良好学习习惯。

4基于自主拓展的教学策略

生物科學史的学习不应该只拘泥于教师在课堂上所教授的，内容也不应该只局限于考纲中考查的内容。教师要引导学生关注生物学科的前沿、关注生物科学进展，做到关注近代生物科学史的同时，也要关注现代生物科学史。例如，每年的诺贝尔生理学或医学奖是很好的生物科学史教育素材，教师可以让学生自主组成兴趣小组，分工合作，多途径、多渠道搜索获取知识，设计方案、实施方案以及对结果的交流与讨论，从而提升学生“科学探究”能力。

案例4：屠呦呦发现抗疟药物青蒿素。

案例分析：科学家屠呦呦是我国第一个获得诺贝尔生理学和医学奖的女科学家，她发现抗疟药物青蒿素这一事实对有志于科学研究的学生是一个很好的激励素材。了解屠呦呦的生平，获知她科研路上的艰辛，有利于激发学生探究科学的热情、勇气和欲望，培养他们坚忍不拔的意志品质。同时，学生也能从她的研究成果中，获得关于免疫反应、寄生生物、药物作用机理等知识。

教学过程：教师简单地向学生介绍2015年的诺贝尔生理学和医学奖。学生每四个人为一组，周末回家从报刊杂志、电视新闻或网络上寻找屠呦呦本人及其研究成果的相关信息，通过整合精简，制作成PPT，在课上向教师和全班同学展示。教师可以提示学生从不同角度入手，选取一个方面，不用面面俱到。课堂上，各小组展示自己的研究成果。搜集资料、制作PPT、润色修改、展示讲解，各个环节都是对学生能力的培养和体现。

5结语

笔者在课堂观察过程中发现，个别教师对生物科学史的价值认识不深，认为可有可无，未能充分利用生物科学史作为素材来培养学生的探究能力。教师不但要重视生物科学史，还要利用正确的策略教好生物科学史;不但要根据学生的情况不同采取不同的教学方法，也要根据教学内容的不同采取不同的处理方式。生物科学史既是实验史，也是生活史，是充满活力的，教师应该倡导生活孕育科学的理念，合理组织教学内容，关注社会，贴近生活，采用多样的教学方式，培养学生质疑、探索、思考、合作等多方面的素养，提升高中学生的生物学学科核心素养。