例谈初中生物学教材中科学史的教育价值

朱桂贞

（山东省青岛市崂山区教研室 山东青岛 266061）

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》指出“核心素养为宗旨”是普通高中生物学课程的基本理念之一，在实施建议中提出要“注重生物科学史的学习”。《义务教育生物学课程标准（2011年版）》在课程性质中明确提出“既要让学生获得基础的生物学知识，又要让学生领悟生物学家在研究过程中所持有的观点以及解决问题的思路和方法”，这与高中生物学课程标准的理念相契合。初中生物学教材中也包涵了很多科学史内容，为教师开展科学史教育教学提出了要求。笔者以人教版义务教育教科书生物学（2012年版）中的生物科学史内容为例，对科学史的教育价值进行了探索。

1 教材中的科学史内容梳理

人教版教材在架构义务教育生物学课程体系时，精选了符合初中生认知发展水平的科学史内容，多元化地呈现在教材中。从科学史教育功能的侧重点考虑，可大致归为以下三类。

1.1 发展科学思维的科学史

这部分科学史在教材中经常以图文并茂的方式呈现，教师可以利用科学史创设情境，让学生以科学家的身份，通过分析、讨论、实验等方式更有效地建构知识，掌握方法，发展思维。

例如，七年级上册第四、第五章节涉及到“1648—1653年期间比利时科学家海尔蒙特的实验”“1773年英国科学家普利斯特利的实验”“1779年荷兰科学家英格豪斯的实验”“1864年德国科学家萨克斯的实验”等。学生通过上述科学史，既可探究、归纳出光合作用的原料、条件、产物，进而自主构建光合作用的概念；也可掌握科学探究的一般程序和方法，如实验选材的注意事项，遵循实验设计的对照性原则、单一变量原则等的必要性；并能从中获得科学思维能力的发展。

1.2 树立科学价值观的科学史

科学价值观就是用科学的世界观和方法论来看待某一事物所具有的价值。教材在课程内容中突出了科学、技术和社会的相互关系，如设置了“科学·技术·社会”栏目，分布在相关章节后面。该栏目的科学史内容与生产生活联系紧密，有助于学生正确认识科学、技术、社会的互动关系，建立科学价值观。

例如，八年级下册第二章第三节“基因的显性和隐性”一节的“科学·技术·社会”栏目以“中国拥抱‘基因世纪’”为题，介绍了人类基因组计划及中国在“基因世纪”的贡献。这一史料会让学生感受到生物技术发展对生物科学进步的推动、生物科学进步对生物技术提供的理论支持，也会引发学生深度思考人类基因组研究计划可能对科学、经济、伦理、法律及社会的影响，认识到科学技术这把“双刃剑”不仅能造福于人类，也可能带来灾难，从而建立科学的价值观。

1.3 激发爱国主义的科学史

爱国主义是民族精神的核心，关乎国家和民族的凝聚力。教材中有多处科学史料介绍了我国科学家的研究成果以及在科技、经济、环保、医疗卫生等方面取得的巨大成就，弘扬了爱国精神、激发了学生的爱国志向。

例如，八年级下册第七单元第二章第五节“生物的变异”、第八单元第二章“用药与急救”章节的“科学家的故事”栏目，分别介绍了“袁隆平与杂交水稻”“李时珍与《本草纲目》”。通过上述科学史料，学生可了解“袁隆平院士攻克杂交水稻”这一世界难题对全世界人类的重要意义、李时珍的中药巨著历时五百多年仍然是世界各国广泛查阅的医学宝典。学生会肃然起敬，强烈的民族自豪感和爱国主义情感油然而生，会激发奋发图强、报效祖国的责任意识和担当。

2 生物科学史育人价值的实践策略

基于生物科学史的教学不仅仅有助于学生理解生物学学科的本质，把握生物学的核心内容，更有助于学生理解科学本质，养成科学思维，提升科学素养，进而实现知识的自主构建。科学史在学生科学思维的养成方面发挥着关键作用，是学生科学思维养成的重要驱动力。

2.1 以史为媒，激发学生对生物学的学习兴趣

教学内容的意义价值促进学生学习兴趣的形成和发展，科学史所蕴含的丰富的教育价值有助于培养学生对生物学科的兴趣，包括维持对科学探究的情境兴趣、形成对生物科学的个人兴趣等。

2.1.1 助力学生维持对科学探究的情境兴趣

教材中科学史的呈现方式多种多样，编排在单元序言、教材正文、教材正文中“想一想，议一议”“技能训练”“资料分析”等栏目、教材正文后“科学家的故事”“科学·技术·社会”等课外阅读栏目。教师可以这些丰富的科学史为载体，创设富有探究性、挑战性的学习情境，通过富有逻辑性、启发性、开放性的问题串进行任务驱动，引领学生穿越时空、在生物科学发展的历史长河中感受科学探究的乐趣和魅力，维持其对科学探究的情境兴趣。

例如，七年级上册第三单元引言中提到植物生理学家季米里亚捷夫对绿色植物在生物圈中作用的描述：“它是窃取天火的普罗米修斯，它所获取的光和热，不仅养育了地球上的其他生物，而且使巨大的涡轮机旋转，使诗人的笔生辉”。教师可顺势激发学生的科学探究兴趣：你认为季米里亚捷夫将绿色植物比喻成“窃取天火”的普罗米修斯，确切吗？你有哪些论据证明自己的观点？你的论据能通过实验进行展现吗？绿色植物“窃取天火”这一生理活动对生物圈产生了哪些影响？

2.1.2 助力学生形成对生物科学的兴趣

教材中有很多介绍科学家经典案例的科学史，将其和教学内容有机整合，可使学生在科学家的科学态度和科学精神中受到熏陶和感染，潜移默化中形成对生物科学的个人兴趣。

例如，“遗传学之父”孟德尔历经8年，坚持不懈地进行了多种植物的杂交实验，提出了“分离定律”和“自由组合定律”。再如，“杂交水稻之父”袁隆平从1964年找到一株“天然雄性不育株”开始，开启了前无古人的杂交水稻研究之路，培育出多个高产而优质的杂交水稻新品种，90多岁高龄依然活跃在实验室和实验田上。诸如此类的科学史料不胜枚举，学生会被科学家们坚韧的毅力、奋斗的精神、卓越的成就所震撼，会认识到生物科学发展对人类生产生活的重要意义，会生发出热爱、献身生物科学的兴趣，并将其纳入个人职业规划考量。

2.2 以史为媒，培育学生的学科核心素养

科学史是全面培育学生学科核心素养的好素材，教师要根据教学目标，采取多样化的教学策略，有所侧重地突出相关科学史的育人价值，因材施教。

2.2.1 在实验操作中提高学生的科学探究能力

教师要注意选取科学史上的经典实验，组织学生开展实验探究活动，让学生体验科学探究的一般过程、在实验操作中有切身的发现和感悟，掌握科学探究的思路和方法，提升科学探究能力。

以八年级上册第五单元第四章第二节“细菌”一节为例，教材介绍了巴斯德的实验。教学中，发现学生对该实验结果和结论心存疑惑：鹅颈瓶暴露在空气中，空气中有细菌，细菌真得进入不到瓶内吗？加热可以杀死肉汤中的细菌，若其中有芽孢，也能被杀死吗？鹅颈瓶里的肉汤真的不腐败吗？为解疑释惑，笔者购置了鹅颈瓶和直口圆底烧瓶，重现、创新巴斯德实验，将实验装置摆放在教室展示架上，时时观察记录肉汤的点滴变化。实验伊始，教室室温28℃左右，后期25℃左右。直口圆底烧瓶中的肉汤一周后出现明显菌斑，两周开始出现明显腐败气味，第31天严重腐败、有臭味。而鹅颈瓶中的肉汤始终澄清、无臭味。学生通过该探究活动，验证了巴斯德实验结果的真实性，明白了其中的科学原理：空气中的细菌无法从鹅颈瓶的曲颈进入肉汤，鹅颈瓶虽与外界相通，瓶内能形成无菌环境；高温加热煮沸肉汤时，大量的水蒸气从狭窄的瓶颈喷出，使瓶内形成了高压高温的环境，可将肉汤中的细菌和芽孢全部杀死。另外，学生设计实验方案、观察、记录、分析实验现象等科学探究能力也得到了提升，并体悟到了巴斯德富有创意的思维方式和研究方法。

2.2.2 在思考辩论中建构生命观念、发展科学思维

科学史是建构生命观念、发展科学思维的重要载体，如“光合作用的发现史”“达尔文的自然选择学说”是进行“观察—归纳法”训练的经典史料，“孟德尔的豌豆杂交实验”是进行“演绎与推理”训练的经典史料。教师要依据课标和学情，将科学史转化为结构化的问题串，有所侧重地进行科学思维训练。

以八年级下册第七单元第二章第三节“基因的显性和隐性”一节为例，教师可用“孟德尔的豌豆杂交实验”贯穿整个教学过程。首先，通过自制微课直观还原孟德尔的实验过程，使学生在思维上与孟德尔共情：如果你是孟德尔，看到这样的实验结果，你有哪些疑问？你会怎样解释？学生会提出：亲代高茎豌豆和矮茎豌豆杂交，为什么子一代只有高茎？矮茎“消失”了吗？子一代的高茎豌豆长成的子二代中既有高茎又有矮茎，子一代“消失”的矮茎是怎么产生的？在学生提出问题的基础上，教师引领学生回顾前两节“基因控制生物的性状”“基因在亲子代间的传递”的相关知识，鼓励学生大胆假设，尝试运用所学知识解释现象，设计实验验证假说，得出实验结论。学生在“猜想—推理—再猜想—再推理”的过程中，认同并建构起遗传学基本规律，领悟“假说-演绎法”的本质，掌握科学研究的思想和方法，感受科学家锲而不舍、一丝不苟的科研精神。

2.2.3 在评价质疑中培养学生的批判性思维

科学史上的很多研究发现受当时社会环境及科学技术发展水平的制约，可能存在一定的局限性。教师在教学中要引导学生对其进行客观的评价，大胆质疑，提出自己的主张。

以八年级下册“达尔文的自然选择学说”为例，教师展现达尔文基于环球考察搜集的大量实证事实和广泛的调查研究资料及其对生物进化原因提出的科学解释这一史实，既引导学生认识到达尔文敢于打破“特创论”和“物种不变论”的科学精神，又引导学生结合所学的基因与性状关系的知识，大胆质疑，发现该学说的局限性——对生物进化的解释处于个体水平、不能科学地解释遗传和变异的本质，从而激发起学生深入探究的热情，为高中进一步学习“现代进化理论”打下基础。

2.2.4 在实践活动中提升学生的社会责任

教师要注意选取与生产生活紧密联系的科学史内容，引导学生走进社会大课堂、应用所学知识分析解决实际问题，提升其参与社会事物的责任担当。

例如，教师可结合八上第五单元第四章“科学·技术·社会”栏目中“‘超级细菌’近在咫尺”这一科学史内容，开展“抗生素使用现状”调查实践活动，让学生围绕研究目的自主设计调查问卷、制定实施方案、撰写调查报告、展览调查成果。通过该实践活动，学生可了解到公众有关抗生素的认知及使用误区、抗生素的滥用现状及其危害，主动宣传相关知识、解决现实问题的使命和责任，会对科学、技术、社会相互关系有更深层理解。

正如科学史学家恩斯特·迈尔所揭示的：“几乎对任何科学问题的研究都必然地引向对其历史的研究。”生物学教师要充分认识到科学史在科学教育中所具有的多重角色和功能，要通过研修和学习努力提高自身的科学史素养，要结合初中生的认知水平特点，更好地运用科学史引领学生建构生命观念、提高科学思维及科学探究能力、形成科学态度和科学精神，实现生物学课程特有的育人价值。