科学史教育在培养学生批判性思维中的运用

程国胜

摘要：以“DNA是主要的遗传物质”为例，利用科学史组织生物学课堂教学，通过开展鼓励质疑问难、倡导辩论共鸣和知识迁移应用等教学活动，充分挖掘科学史中蕴藏的科学方法，训练学生的批判性思维，以期为提升学生的生物学学科核心素养提供教学参考。

关键词：科学史教育批判性思维生物学教学

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

如今，发展学生的学科核心素养俨然成为教育界的热点话题。学生学习学科知识、发展学科思维、提升学科核心素养的主要场所在课堂，因此如何有效落实课堂教学、实现学科的育人价值是当前一线教学中急需解决的问题。批判性思维是科学思维的重要组成部分，也是凝聚生命观念的重要途径，培养学生的批判性思维是当前生物学课堂教学的重要任务。

科学史记录着生物学科从产生、形成到发展的过程。学习科学史有助于学生理解知识的本质，体会科学家科学研究的思路及解决问题的方法，有利于培养学生的批判性思维。但在传统的课堂教学中，教师仅将科学发现或科学结论告诉学生，学生往往获得的是浅层次上的知识点，并没有习得获取知识的方法和科学史中蕴藏的科学思维，这是一种低效的课堂教学。因此，如何挖掘科学史实中的思维方法，营造创造性学习的课堂氛围是课堂教学中的着力点。下面以“DNA是主要的遗传物质”为例，简要阐述如何利用科学史组织课堂教学从而培养学生批判性思维。

1教材内容简要分析

“DNA是主要的遗传物质”一节包含了人类对遗传物质的早期认识、肺炎双球菌的转化实验、噬菌体侵染大肠杆菌以及烟草花叶病毒实验等内容，特别是肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，概念多、实验步骤多，是教学的重难点。此外，本节内容的教学目标是让学生总结“DNA是主要的遗传物质”的科学探索过程，了解科学实验的设计思路，探讨实验技术在证明DNA是主要的遗传物质过程中的作用。可见，教师在课堂教学过程中应充分重视科学史中蕴藏的科学方法，培养学生的理性思考和深度学习，才能完成本节的教学目标。

2基于科学史开展教学活动

2.1基于评价与分析，鼓励质疑问难

质疑是培养批判性思维能力的重要基础。教师鼓励学生质疑，对实验结论的评价和分析，有助于学生对实验流程和实验结果的再认知，也有利于学生的批判性思维的提升。

“肺炎双球菌的体内转化实验”是本节内容的第一个经典实验。学生在阅读教材相关内容的基础上，依据对照原则分析实验结果，很快就得出了相关结论，即格里菲思的推论：在第四组实验中，已经被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种转化因子，将无毒性的R型活菌转化为有毒性的S型活菌。

此时，教师引导学生质疑：从第四组实验的过程和结果分析，一定能得到该推论吗？还有没有其他的可能呢？学生经过讨论之后，提出S型细菌还有可能是由R型活菌突变而来。教师紧接着追问：如何设计实验确定S型活菌是突变而来还是由R型活菌转化而来呢？

教师提供科学史资料1：1920年，科学界已明确地建立起来了肺炎双球菌的具体的血清学类型，将不同的菌株分开。20世纪20年代，M.Heidelberger和艾弗里证实S型菌根据其荚膜的多糖不同，可分为SI、SII、SIII等不同亚型，其中SIII的多糖荚膜最厚，致病能力最强。R型菌也分为Rl、RII、RIII等亚型，是由S型菌发生突变而来，它们又都能发生回复突变形成相应的SI、SII、SIII等亚型，并且多组实验证明R型菌和S型菌只能在同种亚型之间才可发生突变。

基于上述科学史资料，学生开展讨论交流，最终得出可行方案（图1）。该方案很好地排除了R型菌和S型菌之间相互突变的可能，从而得到S型活菌是由R型活菌转化而来的科学结论。

本教学环节中，学生基于教材进行结论质疑，并结合教师提供的科学史信息改进实验，完善实验方案，不仅增强了获取信息的能力，同时也发展与提升了批判性思维。

2.2基于过程与体验，倡导辩论共鸣

生物学是一门以实验为基础的自然科学，也是目前急需回归理科属性和科学本质的一门学科。倡导辩论，对学生进行科学教育，让学生基于实验过程理解科学实验的思路和方法，发展科学思维、提升探究能力和培养科学态度是生物学课堂教学的价值追求。

“噬菌体侵染细菌的实验”是验证DNA是遗传物质的另一个经典实验。该实验的研究背景、设计思路和科学方法都是良好的科学教育素材。由于学生无法亲历实验过程，缺乏感性认知，笔者利用多媒体播放噬菌体侵染细菌的动态模拟过程，引导学生分析赫尔希与蔡斯的实验过程，并提出问题：（1）³⁵S标记的噬菌体侵染细菌实验中，为何结果沉淀物中有较弱的放射性？（2）³²P标记的噬菌体侵染细菌實验中，为何结果上清液中也有较弱的放射性？学生小组讨论后给出原因：（1）实验过程搅拌不彻底导致部分吸附的噬菌体外壳未脱落;（2）可能是保温时间过短，某些噬菌体未及时侵染而分离至上清液;或者可能是保温时间过长，细菌已裂解而导致子代噬菌体得以释放分离至上清液。教师追问：从实验的过程分析，真的是这样的原因吗？赫尔希与蔡斯为何搅拌不彻底？保温时间没有限制吗？从而引发学生的深度学习。

教师提供科学史资料2：噬菌体学派创始人M.Delbruck测定了烈性噬菌体T2侵染细菌和子代噬菌体释放的时间间隔，绘制出T2噬菌体一步生长曲线，得出T2噬菌体侵染细菌的潜伏期为20min（即噬菌体侵染细菌至子代释放的时间）。这为赫尔希和蔡斯在实验中将噬菌体感染细菌、搅拌、离心的实验时间控制在20min之内提供了理论依据。Anderson以及Graham等相继的实验表明，噬菌体在利用其尾部吸附细菌后会释放出DNA。在这基础上，赫尔希与蔡斯用³⁵S、³²P标记的噬菌体进行实验，发现噬菌体吸附后大部分释放DNA并失活，小部分不失活，还有些失活，但不释放DNA。在离心除去未吸附的噬菌体后继续培养，赫尔希和蔡斯得到了每个细菌产生噬菌体数目的相关结果，并离心测定同位素的比例及被侵染细菌的存活曲线（图2）。