高中生物学科学史“经典实验”的教学策略探讨

甘肃 杨 勇

一、教学背景

笔者所在学校使用的高中生物学教材是人教版，在许多内容的编排上都是按照科学史的先后顺序安排的。《普通高中生物学课程标准》始终把科学史的教学放到一个较高的位置。2003年《普通高中生物学课程标准(实验)》在第四部分“实施建议”的“教学建议”中提出“注重生物科学史的学习”，指出“科学是一个发展的过程。学习生物科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路，理解科学的本质和科学研究的方法，学习科学家献身科学的精神。这对提高学生的科学素养是很有意义的。”等内容。2017年《普通高中生物学课程标准(2017年版)》第六部分“实施建议”的“教学建议”中再次提出“注重生物科学史和科学本质的学习”，并在2003年版《普通高中生物学课程标准(实验)》的基础上，进一步强调“这对提高学生的生物学学科核心素养是很有意义的”“教师应充分利用这些科学史来开展教学”。

二、教学现状

重视科学史教学，首当其冲要重视科学史类“经典实验”的引领示范作用。受“高考指挥棒”和传统“应试教育”的影响，学生们迫于高考升学的压力，片面追求成绩，许多教师忽略了科学史“经典实验”的教学育人价值，在实际教学中，往往缩短了《课程标准》所规定的科学史的教学课时，只注重实验结果，忽略了实验过程。部分教师认为不论是以前的会考还是现在的学业水平考试，亦或是高考，涉及生物学科学史知识的考题都较少，且题目容易，教师只需念念教材，学生只需背背考点，记住简单的实验过程和实验结论，能选出(填出)正确答案就可以，没必要详细介绍科学史“经典实验”的相关知识和研究过程，所以教也容易，学也容易。教师往往对科学史“经典实验”的教学策略是先简要介绍相关科学家的生平简介(也有部分教师不做介绍)，再粗略说明实验研究的简单过程，最后让学生机械地记住其研究成果及结论。如对选择性必修1第5章第1节“植物生长素”——“生长素的发现过程”的授课，部分教师先简要介绍科学家达尔文、鲍森·詹森、拜尔和温特的生平简介，另一部分教师直奔主题，依据课本(人教版)第90～92页图片，直接向学生简单讲述这几位科学家各自的实验设计思路及现象，最后告知实验结论，让学生机械记住结论即完成教学任务。教师没有引导学生深入思考科学家的研究过程，没有引导学生领悟科学家是如何发现问题、寻找证据、合理推理的，导致学生根本无法体验到科学家不断深化对问题的认识过程和科学探索的过程。这样的教学没有达到知识传授、能力培养和价值引领的有机统一，而一味地追求机械记忆，只能应付考试，导致“高分低能”的现象发生。

笔者在本节的授课中，先搜索了有关“生长素发现”的科学史材料，如胚芽鞘形态结构图片等，利用信息技术媒体，制作了PPT课件，再根据“生长素发现的过程”设计了一系列诱导问题，引导学生沿着科学家的逻辑思维路线，从所提供的材料和设置的问题中去主动分析、推理和探究，最终得到符合逻辑的结论。笔者针对“达尔文设计实验探讨植物向光性的原因”设置诱导问题，如：“放在窗台上的花卉，若长时间不转动花盆，花卉会朝向窗外生长，这与外界的什么因素有关？”“你怎么设计实验才能证明这一点？如何设计对照组？”“植物的向光性生长与植物的哪个部位有关？怎样设计实验证明这种猜测？”……学生带着诱导问题展开讨论、交流，教师适时渗透介绍达尔文的研究方法和实验结果。

三、教学策略

笔者根据多年对科学史“经典实验”的教学，提出以下几点策略。

1.播放视频，重现史料

教师课前搜集、整理、制作相关科学史“经典实验”研究及探索过程的图片和视频史料，在课堂教学中适时展示和播放，激发学生的学习兴趣和社会责任感。对科学史“经典实验”的学习，不是让学生仅仅简单记住科学家研究的成果，更重要的是让青年一代感悟科学家探索问题的艰苦历程，尊重事实、实事求是的科学态度，勇于创新、迎难而上的科学精神。由于学生的生活阅历有限，只凭教师讲解科学家的故事，学生并不一定能理解和体会当时的真实情景。“百闻不如一见”，实践证明，在课堂上播放科学家的生平简介和实验过程的记录视频或图片，会达到事半功倍的教学效果。笔者曾实验尝试，必修2第1章第1节“孟德尔的豌豆杂交实验(一)”授课时，在第一个班级授课没有运用多媒体辅助教学，先口述孟德尔的清贫一生，然后结合课本讲述实验过程及结论。从课堂反应来看，有80%的同学并未体会到这位伟人的伟大之处和实验设计的巧妙之处。在第二个班级使用多媒体教学，先视频播放孟德尔清贫、艰苦的一生(简介)，接着播放他在修道院做豌豆杂交实验过程的情景模拟视频，学生立刻情不自禁地讨论起来，感慨孟德尔艰苦的生活条件，感慨他认真严谨的科学态度，感慨他持之以恒的实验精神，从而从内心产生敬仰，最后结合PPT课件总结讲述实验过程及结论，得到的教学效果与第一个班级截然不同。

2.角色扮演，模仿探索

以小组为单位，分工合作，扮演科学家团队，模拟当时实验情景，模仿探索过程，亲身体验科学家的探索过程、思维方式、科学方法，体会科学家坚持不懈、持之以恒的科学精神。如在必修1第5章“细胞的能量供应和利用”第4节“光合作用与能量转化”——“光合作用的探究历程”的授课时，第一组同学扮演英国化学家普利斯特利(图1)，模拟“植物可以更新空气”的实验探索；学生结合制作的PPT课件，展示普利斯特利的实验装置图片(图2)。

图1

图2

通过实验证明，植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气。但是没有发现光在植物更新空气中的作用。接着第二组同学扮演荷兰科学家英格豪斯团队，结合制作的PPT课件模拟探索在普利斯特利的实验基础上，发现植物更新空气必须在阳光照射下才能成功；只有植物体的绿叶才能更新污浊的空气，然而，由于当时化学发展水平的限制，人们尚不了解植物吸收和释放的究竟是什么气体。接着第三组同学模拟探索……

3.制作模型，交流探讨

模型向来是教师在课堂教学中突破重点、攻克难点的一种常规教学手段，能直观展示抽象事物，使抽象问题直观化，复杂问题简单化，可以达到很好的教学效果。如必修1第3章第1节“细胞膜的结构和功能”——1972年辛格和尼克森提出的“流动镶嵌模型”，笔者让学习小组利用课余时间准备材料，用乒乓球和细铁丝制作磷脂分子，用包装泡沫代替蛋白质分子，用卡纸折叠模型代替糖链(或用其他材料替代)，来制作细胞膜的流动镶嵌模型(部分学生制作的模型如图3、图4所示)，然后在课堂上由小组组长展示并讲解模型，这样，不但能培养学生的动手实践能力，还有利于深刻理解科学的本质。

图3

图4

4.实验模拟，理解本质

对于科学史“经典实验”，人们只能模拟，无法重做。通过实验模拟，学生可以体会到科学家设计实验的严密性、选择材料的恰当性、实验过程的科学性等要素。如选择性必修1第5章第1节“植物生长素”——“生长素的发现过程”，学习兴趣小组可在实验室里培养几盆燕麦或小麦等其他植物的幼苗，分成两组；用纸箱模拟黑暗环境。在纸箱的侧面开一个窗口模拟单侧光照射，把培养的一组幼苗置入箱内，放在阳光照射较充足的窗台上，窗口朝向阳光一侧，花盆不动；另一组幼苗暴露放置在阳光照射较充足的窗台上，每天把花盆原地转动1/4圈，模拟均匀光照射。培养一段时间后观察两组幼苗的弯曲生长状况，进而理解植物的向光性生长原理：植物接受单侧光照射后，引起背光一侧生长素含量多于向光一侧，使植物背光一侧生长快于向光一侧，因此植物向光源弯曲生长。

图5

5.微课翻转，再现经典

大数据时代，信息技术辐射人们生活的各个角落。教师可运用现代信息技术，把科学史“经典实验”制作成微视频或微课，发送到班级QQ群或其他师生共建信息平台，亦可拷贝到教室的一体机电脑中，通过微课翻转课堂来再次模拟“经典实验”过程图片或视频，展现科学家的研究过程，让学生利用闲暇时间随时回放观看，加强对“经典实验”本质的理解。

四、教学反思