基于科学史素材与核心素养深度融合的教学设计

李明　杨友联

摘 要：本文以人教版初中生物学教材“细菌”一节为例，充分利用细菌发现的科学史素材，以问题为引导，以生物学科核心素养为纲领进行教学设计。该设计的目的旨在引导学生对“细菌”一节的内容开展探究，帮助学生了解科学方法、发展科学思维能力，培养学生的科学精神，树立社会责任，构建唯物的生命观，从而形成生物学科核心素养。

关键词：科学史素材 核心素养 细菌

1 教材分析及学情分析

1.1 教材分析

《细菌》归属于课标“生物多样性”和“生物技术”两个一级主题的共同内容。课标对本节内容的要求是“描述细菌的主要特征”，内容是从微观生命体的角度对生物多样性的补充。细菌的形态结构有其独特性和共性，其独特性为原核生物，这点有别于前面学过的动、植物细胞的特征;其共性特征是与动、植物细胞的大部分结构相同，体现了生命的统一性。本节内容是后期《人类对细菌和真菌的利用》一节教学的基础[1]。

科学史中蕴含着丰富的探索精神和探究方法，在教学实践中充分应用科学史，有利于培养学生了解科学研究的一般方法，养成科学精神。本节教学可拓展使用细菌发现的科学史素材，采用探究性教学模式，引导学生系统地探究细菌的发现过程，学习细菌的相关知识，有助于加强学生对细菌这一概念的理解，培养学生的科学精神和思维能力。

1.2 学情分析

学生在小学阶段的科学课程中对细菌已有简单的了解，在初中生物学课程体系中，之前对生物多样性中的动、植物从宏观的裸眼可见的结构到微观的动、植物细胞的结构都进行了系统的学习，为学习细菌的形态结构奠定了基础。本节内容是生物多样性中微生物知识学习的起点。在当下的素质教育背景下，在教学中落实核心素养是新课改中提出的要求。鉴于学生对生物知识的认知程度较浅，因此在教学中结合细菌的探索发现过程，重走前人的探索历程，带领学生以发现的眼光开展对《细菌》这一知识内容的学习，以生物学科核心素养要求为纲领，有助于学生对知识更好的吸收理解，树立科学精神，增加科学的人文意义，提高生物教学质量[2]。

2 基于核心素养的教学目标

通过带领学生对细菌形态和结构的系统学习，掌握原核生物的本质特征，能区分细菌细胞和动、植物细胞的本质差异和共性特征;同时了解细菌的营养方式，认识其在生态系统中分解者的作用;学生对细菌生殖方式的掌握，并且通过正确计算细菌的繁殖数量，熟悉这一生物的生命体系，建构细菌的整体结构和功能相统一的生命观，让学生深入理解生命现象的个性与共性，培养学生的生命观念。

在教学过程当中，以巴斯德实验为抓手，开展对《细菌》的探索学习，通过结合巴斯德实验原理及结果，深化学生对细菌这一生物生命特征的理解，进而建构正确的唯物主义的生命观，培养学生的科学探究能力。

巴斯德在微生物研究方面的重大贡献，这是生物科学史中重要的里程碑，带领学生对细菌发现过程的科学史进行学习，通过第一视角辩证认识生物科学的发展，掌握相关的实验方法，建立学生的科学思维。

通过对《细菌》这一内容的学习，有助于学生在日常生活中养成良好的卫生习惯，对这节课的学习拓展，有助于学生认识到滥用抗生素的危害，在一定程度上起到督促学生行为的作用，实现培养学生社会责任的目的[3]。

3 教学重、难点

3.1 重点

（1）通过对细菌的形态结构及其与动、植物细胞结构的比较学习，了解其在生物圈中的作用，掌握原核生物的本质特征。

（2）掌握细菌的生殖方式及其繁殖数量的计算，了解芽孢的独特生命特征。

3.2 难点

学生掌握以细菌为代表的原核生物的本质特征，以及在生物圈中的作用。

4 教学过程

4.1 课前准备环节

4.1.1 确定教育目标

在开展教学工作前，确定最终的教学目标是开展教學的前提，也是保证整体教学成果和学生学习质量的关键，更是在教学开展中的方向以及课后反思的参考。

（1）教学内容目标。

在对学生开展教学中，《普通高中生物课程标准》中提出了相应的教学要求。在教学中要以对学生的思维培养为核心，以实现提高学生科学素养为在最终目标开展相应的教学工作。教学中加强对学生分析、领悟能力的培养，并在此过程中渗透科学方法的教学，令其能在探索中掌握的科学方法实现嵌以应用。在生物教学汇中，要加强对学生生本本质的理解深度，同时建立起科学的学习方法[4]。

（2）目标层次。

细菌这一节课的教学中，想要实现将生物科学史与教学内容的融合，通过生物科学史来对学生开展综合方面的培养，在目标层次设立环节中，就要基于《课程标准》中对生物科学史的相关要求，同时基于学生当前的认知特点，基本学情等实际需求，在目标的分层设计中，可以将其分为四个层次，分别是了解、理解一一应用和评价。了解水平指的是学生能对学过的科学思维方法有基础的便是能力，同时能列举说出相应的实际案例等。例如在“细菌”进行遗传中，其遗传因子是什么？同时能结合其他所学的知识进行对比，如细菌的遗传因子与病毒的区别等。理解水平指的是对某种科学思维方法的理解，并且掌握该方法的一般过程。例如“请概述假说-演绎法的步骤”等。学生达到应用水平的标志是对掌握的科学方法有基础的应用能力。例如在假说演绎法学习后，能够通过观察现象提出问题，并且根据问题通过该方法做出相应的假说，同时基于问题进行推理，恰当的对该思维方法进行使用。评价水平是学生在掌握科学思维方法的基础上，能对其使用情况进行思考，做出相应的评价，如“该科学思维方法的使用是否正确？存在哪些步骤需要进一步完善？”

4.1.2 生物科学史内容选择策略

在人教版高中生物教材当中有十分丰富的生物科学史内容，但并非所有的内容都适用于教学分析，能起到对学生科学思维的培养。因此在案例选择前，要对结合教学目标对科学史的内容进行分析，选择合适的科学史内容。在进行选择中还要注重以下几方面的问题：

首先要对教材中的科学史内容进行重新梳理整合。在一般情況下，高中整个阶段的教学进度十分紧凑，因此生物课时比较紧张。不仅如此，涉及到科学史的内容大多比较长，由此导致在具体应用中难以全面迁移到课堂中国。而且部分科学史的内容并不适用于对学生的思维培养。为了保证课堂效率的最大化，保障学生的学习效果和质量，教师需要对科学史内容进行重新整理，适当的做出删减整合，以期实现对学生思维能力培养的作用。

在对科学史内容进行整合中，重点在于保留能起到对学生科学思维训练的材料内容，其次是要尊重历史的真实性，保证内容的科学习性。在选定科学史素材内容后，教师可以通过对内容进行适当补充，细化教材中的科学史介绍。在教材编写中，其中含有的科学史内容很多都是经过删减的，部分内容无法体现出该学科的思维方法，因此教师在具体应用当中，需要结合既定的教学目标对其内容进行补充，保证学生的学习过程更加流畅，学生在完成学习后能切实的得到思维的培养。

最后在选择科学史内容时，要结合学生的身心发展特点。选择科学史内容包保证其在学生的最近发展区内，尊重学生思维能力发展的不同过程阶段，避免内容难度过大，超过学生理解的能力范围，对学生生物学习的信心造成不良的影响。在高中教学中，课堂大多都是枯燥的，因此在科学史内容选择中，尽量保证其具有一定的趣味性，对原本枯燥的课堂氛围起到一定的调剂作用，保证学生的注意力能长时间集中，让学生处于一种较为愉悦的状态，开展生物学科知识的掌握学习[5]。

4.2 以学生真实的生活情境，引入新课

教师：拿出课前在菜场购买的本地烙锅配菜“臭豆腐”。

设问：同学们吃烙锅的时候肯定都点过臭豆腐吧，臭豆腐表面黏黏的，还有些不同颜色的斑点，这些斑点怎么形成的呢？

设计意图：结合学生的真实生活经历，通过设问，引发学生思考，吸引注意力，激发学生学习兴趣。在细菌的发现中，比较著名的试验是巴斯德实验。在整个实验中是通过假说-演绎法的方式对细菌的存在进行探究证实的。因此在实验内容选择中以巴斯德实验为主，重点通过生活化的角度带学生对实验进行探讨，其目的在于培养学生发现科学的视角，培养学生加强对生活中不同现象的关注，让生物教学最终回归到学生的日常生活中，落实生物学科核心素养的教学要求。

4.3 科学史素材的深度拓展使用，展开新课——细菌的发现

4.3.1 细菌发现的过程

教学策略 读故事，讲故事

教师：人们最初是不知道细菌的存在的，那么科学家们是怎么发现细菌存在的呢？今天我们结合本节课内容，来一起探索生命的奥妙。提问：1.是什么原因导致肉汤变得浑浊？2.巴斯德实验当中，科学家们是如何进行探索的？为什么打断瓶颈后一天，肉汤就浑浊了？

学生活动：学生阅读“细菌的发现”相关科学故事，向全班同学讲述细菌发现过程中的有关人物和事件，学生之间相互补充完善，以培养学生阅读、归纳、总结的能力。

学生归纳预设：

（1）17世纪前叶，人们不知道有细菌的存在;

（2）17世纪后叶，荷兰人列文虎克，制作了能放大200-300倍的显微镜看到了很多“微小生物”，后来证实是细菌;

（3）19世纪中叶，人们不知道细菌从哪儿来的，人们一直认为细菌是“自然发生”的;

（4）1864年，法国的巴斯德用实验证明了细菌的存在。

教师活动 教师根据学生归纳的情况，给予及时的评价和引导。教师帮助学生建构细菌发现的科学研究过程，理清楚17世纪到19世纪细菌发现的四个阶段，注重生物学史教学，然后过渡到巴斯德实验的分析。

4.3.2 引导学生重点分析巴斯德实验的过程和实验结果

学生活动：学生独立思考，然后生生互动讨论交流

设计意图：通过问题引导学生进行思考，首先通过肉汤变浑浊的原因引发学生思考，结合科学史素材，以第一视角带入学生开展探究实验，带领学生以巴斯德实验的方式对生命的起源探索进行分析，培养学生的生命观念和科学精神。在此之后对巴斯德实验进行系统性的分析，分析归纳巴斯德实验设计的目标以及设计的作用，充分认识到生物科学实验的作用，以及如何设计科学实验，认识到生物科学的研究中仪器设备的作用。通过结合巴斯德实验的结果，以批判性的思维分析其最终的结果，理解科学的批判性与统一性，以此来培养学生的科学思维。通过这种方式开展教学，实现基于科学史与核心素养的融合，提高生物的教学质量。

4.3.3 生本互动、生生互助达成结构与功能相统一的生命观——细菌的形态和结构

教学策略：教师设计学习任务，学生自己阅读72-73页的文本内容，结合文本、图片和“观察思考”的素材，以及前面学过的动、植物细胞结构的比较，学生系统的掌握细菌的形态和结构。

教师在副板书上手绘动、植物细胞结构，引导学生充分利用教材中的各种素材。

学生任务单：

（1）细菌的结构有什么特点？（单细胞、形态、共性结构、特殊结构、营养方式）

（2）细菌细胞与动物细胞结构最大区别是什么？（拟核、细胞壁、无叶绿体）

（3）细菌细胞与植物细胞结构最大区别是什么？（拟核、无叶绿体、鞭毛、荚膜）

（4）细菌细胞与动、植物细胞比较特殊的结构是什么？（拟核、荚膜、鞭毛）

学生活动：学生根据学习任务单的问题，结合教材文本、图片和“观察与思考”素材，系统了解细菌的形态和结构以及与动、植物细胞的区别，同时掌握以细菌为代表的原核生物的特点和细菌的营养方式以及在生态系统中的作用。

教师：教师和学生同步生成板书，第一个问题教师同步板书，把细菌的形态结构根据学生的回答板书在黑板上。第二个问题关注拟核——原核生物。第三个问题关注无叶绿体——异养——分解者。第四个问题关注特殊结构：荚膜——致病部位——抗生素作用机制。

拓展讨论：我们生病了（有时打针输液）会使用青霉素，青霉素的作用机理是什么呢？

教师：讲解青霉素的作用机理，同时拓展引入“超级细菌”的素材。

设计意图：结合教材的内容，以问题为引导，指导学生开展学习。通过围绕问题开展讨论，让学生对问题进行深入思考，落实生本理念下的课堂建设，达到建构结构与功能相统一的生命观的作用。通过“超级细菌”的内容拓展，引导学生理解生活中科学使用抗生素的原因，达到STS教育目的。

4.3.4 数学模型建构达成教学——细菌的生殖

教学策略：设问过渡。七年级时我们学过了单细胞生物，细菌也是单细胞生物，那么它又是怎样繁殖的呢？引导学生思考，然后学生自主阅读教材文本，了解细菌的生殖方式，以及芽孢的特殊生命特征，同时完成“技能训练”。

学生活动：阅读文本，计算细菌繁殖数量。学生通过计算，建构细菌繁殖数量计算的数学模型，同时了解芽孢的特殊生命特征。学生树立健康的生活习惯。

5 教學反思（再设计）

教育并不仅仅是知识的传授，培养科学思维和科学精神也是教育教学的重要内容。通过基于科学史素材内容与学科素养之间的有机结合，引导学生建构唯物的生命观，树立科学精神，发展科学思维和社会责任。带领学生以第一视角对细菌发现过程的科学史的系统学习，认识到生命科学的发展需要科学家持续的努力。同时在探究的过程当中，认识到相关的技术、仪器设备的作用，引导学生辩证的看待生物科学的进步。在整个教学的环节当中，以问题引导学生进行思考，通过问题激发学生的好奇心。在教学中结合细菌的科学史进行有力的补充，拓展学生的知识的同时，培养学生的社会责任。

项目来源：六盘水师范学院微生物学教学团队、中学生物学卓越教师培养计划项目研究成果。

参考文献：

[1] 黄悦.生物实验教学的问题与对策分析[J].集成电路应用，2021，38（05）：174-175.

[2] 马艳华，邓秀玲，叶书梅，苑红，娜琴，李冠华，扈瑞平，薛慧婷.混合式教学在生物化学教学中的探索[J].中国中医药现代远程教育，2021，19（08）：16-17.

[3] 李红梅，姜成哲，崔明勋.混合式教学法在生物化学实验中的教学模式研究[J].化工管理，2021（04）：19-20.

[4] 张明慧，马爽.“微课+PBL+互联网+”三位一体在生物化学实验教学中应用[J].农家参谋，2020（16）：183.

[5] 刘雪芹.巧妙设疑 提高生物教学效率[J].生物技术世界，2016（03）：245.

通讯作者：

杨友联：微生物学博士、教授，主要从事教育教学和微生物学研究。