運(yùn)用生物科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

林細(xì)富

摘 要： 生物科學(xué)史是生物學(xué)家思維與智慧的結(jié)晶，蘊(yùn)含豐富的科學(xué)思想、科學(xué)探究方法等教育資源。本文就運(yùn)用生物科學(xué)史從知識(shí)構(gòu)建、能力培養(yǎng)、情感態(tài)度與價(jià)值觀教育三方面培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 生物科學(xué)史 知識(shí)構(gòu)建 能力培養(yǎng) 情感態(tài)度與價(jià)值觀教育

高中生物新課程標(biāo)準(zhǔn)提出“生物科學(xué)素養(yǎng)”是指公民參加社會(huì)生活、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、生產(chǎn)實(shí)踐和個(gè)人決策所需的生物學(xué)知識(shí)，探究能力，以及相關(guān)的情感態(tài)度與價(jià)值觀。它反映了個(gè)人對(duì)生物科學(xué)領(lǐng)域中核心的基礎(chǔ)內(nèi)容的掌握和相應(yīng)水平，以及在已有基礎(chǔ)上不斷提高自身科學(xué)素養(yǎng)的能力。而過(guò)去的生物課程過(guò)于偏重知識(shí)要求，忽視情感與價(jià)值觀；強(qiáng)調(diào)結(jié)果，忽視過(guò)程；注重科學(xué)，忽視技術(shù)。這或許是我國(guó)公民科學(xué)素養(yǎng)較低的原因之一。新一輪課程改革了解了原有生物課程的不足，明確將提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)作為課程的基本理念之一，并作為實(shí)施課程標(biāo)準(zhǔn)的核心任務(wù)。

培養(yǎng)生物科學(xué)素養(yǎng)的教學(xué)途徑多種多樣，但運(yùn)用生物科學(xué)史是最好的策略、方式之一。生物科學(xué)史是以生物科學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的過(guò)程為輪廓，生動(dòng)地描述科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探索的過(guò)程和方法，呈現(xiàn)了科學(xué)家的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神和科學(xué)世界觀，是一門(mén)充滿生命力的科學(xué)史。學(xué)習(xí)生物科學(xué)史能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神。因此，生物科學(xué)史對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)有重要教育意義。在生物教學(xué)中，教師可通過(guò)生物學(xué)史展示生物學(xué)家的探究行為，使學(xué)生能主動(dòng)地獲取科學(xué)知識(shí)，體驗(yàn)科學(xué)過(guò)程與方法，形成一定的科學(xué)探究能力和科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。下面就筆者在教學(xué)中如何運(yùn)用科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)展開(kāi)論述，供同行參考。

1.運(yùn)用生物科學(xué)史，建構(gòu)生物學(xué)知識(shí)

生物學(xué)知識(shí)包括基本的生物學(xué)概念、原理和規(guī)律，讓學(xué)生掌握一定的生物學(xué)知識(shí)，既是生物課程所規(guī)定的基本任務(wù)之一，又是學(xué)生具備生物科學(xué)素養(yǎng)的基本要求和標(biāo)志。如果教師只注重科學(xué)知識(shí)傳授，而忽視概念、理論的建構(gòu)過(guò)程，則學(xué)生只會(huì)死記硬背知識(shí)，而不能深刻理解和掌握科學(xué)原理或方法。通過(guò)科學(xué)史中對(duì)一些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)和邏輯分析再現(xiàn)，可以讓學(xué)生體驗(yàn)生物學(xué)知識(shí)的形成過(guò)程，從而理解生物學(xué)概念、原理的來(lái)龍去脈。這樣的教學(xué)既傳授了知識(shí)，更培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維。例如在講授“光合作用的探究歷程”時(shí)，老師通過(guò)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生探索光合作用的原料、產(chǎn)物和條件，實(shí)際上是重復(fù)英格豪斯、薩克斯及魯賓和卡門(mén)等科學(xué)家的研究方法，從而建構(gòu)了光合作用的概念。這段科學(xué)史的研究和學(xué)習(xí)不僅有助于學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)光合作用的實(shí)質(zhì)，而且有助于他們體會(huì)科學(xué)家的思維過(guò)程及科學(xué)發(fā)現(xiàn)的艱難過(guò)程。

又如必修1模塊中的“生物膜流動(dòng)鑲嵌模型”一節(jié)對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索過(guò)程，如果教師直接將生物膜流動(dòng)鑲嵌模型的內(nèi)容告訴學(xué)生，則學(xué)生會(huì)感到枯燥無(wú)味，對(duì)這個(gè)模型也很難理解，這樣會(huì)走上死記硬背的老路。因此，運(yùn)用科學(xué)史中材料設(shè)計(jì)問(wèn)題串，引導(dǎo)學(xué)生一步一步地分析科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)和結(jié)論。如：（1）細(xì)胞膜的什么成分組成的呢？（介紹歐文頓的實(shí)驗(yàn)和推論）你認(rèn)為歐文頓的推論是正確的嗎？細(xì)胞膜中除了有含脂質(zhì)外，是否還有其他成分呢？（課件展示脂雙層圖片）（2）脂質(zhì)和蛋白質(zhì)是如何形成膜的結(jié)構(gòu)呢？（講解兩位荷蘭科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)，得出“細(xì)胞膜中的脂質(zhì)為連續(xù)雙層”的結(jié)論）（3）對(duì)羅伯特森電鏡觀察到細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，讓你推測(cè)，你會(huì)推出什么樣的結(jié)論？（圖片展示電鏡下細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)）（4）羅伯特森提出的“三明治”結(jié)構(gòu)模型，認(rèn)為是靜態(tài)的剛性的結(jié)構(gòu)，你覺(jué)得該結(jié)構(gòu)模型有什么不足？（課件展示草履蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞分裂）（5）對(duì)于熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)觀察到怎樣的動(dòng)態(tài)現(xiàn)象？說(shuō)明了什么結(jié)論。（動(dòng)畫(huà)播放融合實(shí)驗(yàn)，指出細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性）在上述問(wèn)題串的分析討論之后，生物膜流動(dòng)鑲嵌模型已經(jīng)呼之欲出了。教師可讓學(xué)生歸納總結(jié)流動(dòng)鑲嵌模型的基本要點(diǎn)，再呈現(xiàn)生物膜的結(jié)構(gòu)模型示意圖，結(jié)合該圖闡述流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。在此認(rèn)知過(guò)程中，學(xué)生宛如親歷科學(xué)家探索的歷程，在解決問(wèn)題的過(guò)程中修正原來(lái)不正確的概念，構(gòu)建科學(xué)的概念，這樣構(gòu)建起來(lái)的概念才會(huì)有效地整合進(jìn)學(xué)生的知識(shí)框架，內(nèi)化為學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)，成為進(jìn)一步學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)?？梢?jiàn)，運(yùn)用生物科學(xué)史對(duì)學(xué)生構(gòu)建生物學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)具有重要作用。

2.運(yùn)用生物科學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生探究能力

學(xué)習(xí)科學(xué)應(yīng)該是一種積極主動(dòng)的過(guò)程，探究是學(xué)習(xí)科學(xué)的重要途徑之一。把教材中科學(xué)的經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成課堂可以探究的問(wèn)題，讓學(xué)生親身體驗(yàn)和感受科學(xué)家是如何困惑于問(wèn)題，如何假設(shè)問(wèn)題的“答案”，考慮通過(guò)哪些途徑解決問(wèn)題，并由此漸漸養(yǎng)成探究的態(tài)度、方法和思維的品質(zhì)。例如：關(guān)于“生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)過(guò)程”可以利用教材中的材料，設(shè)置探究實(shí)驗(yàn)。（1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究胚芽鞘的向光性與什么部位有關(guān)？（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究胚芽鞘的感光部位是尖端還是尖端下部？（3）如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明造成胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)是一種化學(xué)物質(zhì)？通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與思考，引導(dǎo)學(xué)生掌握生物科學(xué)研究的一般方法，即：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—提出問(wèn)題—作出假設(shè)—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在引導(dǎo)學(xué)生步步深入探究的過(guò)程中，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，與此同時(shí)，學(xué)生在探究過(guò)程中體驗(yàn)到成功的喜悅，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣，拓展了他們的思維方向。

例如“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”的科學(xué)史蘊(yùn)含了科學(xué)發(fā)現(xiàn)的思想與方法，是開(kāi)展探究活動(dòng)的良好素材。在課本的資料分析中，法國(guó)學(xué)者沃泰默做了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：把稀鹽酸注入狗的上段小腸腸腔內(nèi)，發(fā)現(xiàn)會(huì)引起胰腺分泌胰液。若直接將稀鹽酸注入狗的血液中，則不會(huì)引起胰液的分泌。英國(guó)的科學(xué)家斯他林和貝利斯讀了沃泰默的論文后，卻大膽地作出假設(shè)：沃泰默所做實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象不是神經(jīng)反射而是化學(xué)調(diào)節(jié)——在鹽酸的作用下，小腸黏膜產(chǎn)生了一種化學(xué)物質(zhì)，這種物質(zhì)進(jìn)入血液后，隨著血流到達(dá)胰腺，引起胰液的分泌。于是教師可引導(dǎo)學(xué)生探究討論以下問(wèn)題：（1）如何通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證實(shí)斯他林和貝利斯的觀點(diǎn)的正確性？（2）如何才能否排除鹽酸能促進(jìn)胰腺分泌胰液的可能性，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的說(shuō)服力？如果不能，那么怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)排除鹽酸的干擾？以上探究活動(dòng)，可以讓學(xué)生置身于科學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷程中，體驗(yàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和探究動(dòng)力。

3.運(yùn)用科學(xué)史，開(kāi)展情感態(tài)度與價(jià)值觀教育

生物學(xué)的科學(xué)發(fā)展史就是一部生物學(xué)家勤奮治學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)探究史，任何科學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)都是科學(xué)家在“實(shí)事求是，不屈不撓”的科學(xué)精神指導(dǎo)下取得的，其人格魅力及科學(xué)成就對(duì)學(xué)生而言具有積極的榜樣作用?？茖W(xué)史的介紹可以潛移默化地使學(xué)生受到感染，有效培養(yǎng)學(xué)生樂(lè)于學(xué)習(xí)生物科學(xué)，養(yǎng)成質(zhì)疑、求實(shí)、創(chuàng)新及勇于實(shí)踐的科學(xué)精神。如在“關(guān)于酶本質(zhì)的探索“的資料分析中，巴斯德和李比希雙方各持不同觀點(diǎn)，相互爭(zhēng)執(zhí)。巴斯德是微生物學(xué)家，特別強(qiáng)調(diào)生物體或細(xì)胞的作用；李比希是化學(xué)家，傾向于從化學(xué)角度考慮問(wèn)題。他們的爭(zhēng)論促使后人把對(duì)酶的研究的目標(biāo)集中在他們爭(zhēng)論的焦點(diǎn)上，使科學(xué)研究更有的放矢。畢希納受限于技術(shù)的困惑，最終薩姆納歷時(shí)9年用正確的科學(xué)方法，堅(jiān)持不懈、百折不撓的科學(xué)精神，將酶提純出來(lái)。教師引導(dǎo)學(xué)生分析這些資料，讓學(xué)生了解有關(guān)科學(xué)知識(shí)的形成過(guò)程，并在此基礎(chǔ)上接受科學(xué)精神的熏陶：在科學(xué)研究過(guò)程中，不要迷信權(quán)威，應(yīng)該在對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行嚴(yán)密分析的基礎(chǔ)上，大膽探索，勇于創(chuàng)新。通過(guò)對(duì)科學(xué)史的學(xué)習(xí)，在激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)探究興趣的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生勇于存疑、敢于探索、實(shí)事求是的科學(xué)精神，以及學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

新教材中生物科學(xué)史的生動(dòng)有趣，充滿智慧故事呈現(xiàn)，有利于教師創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生從初級(jí)的“有趣”變?yōu)闃?lè)于探索的“樂(lè)趣”，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣，形成正確的情感態(tài)度與價(jià)值觀。如在學(xué)習(xí)“伴性遺傳”時(shí)，教師通過(guò)繪聲繪色地講述道爾頓發(fā)現(xiàn)色盲的故事，道爾頓雖然不是生物學(xué)家和醫(yī)學(xué)家，卻成了第一個(gè)發(fā)現(xiàn)色盲的人，也是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的色盲病患者。學(xué)生不由自主地產(chǎn)生許多質(zhì)疑，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)課的興趣。于是教師便引導(dǎo)學(xué)生思考：從道爾頓發(fā)現(xiàn)紅綠色盲的過(guò)程中，你獲得了什么樣的啟示？在課堂分析過(guò)程中學(xué)生逐漸體會(huì)到道爾頓不放過(guò)身邊的小事，對(duì)心中疑惑進(jìn)行認(rèn)真分析和研究，同時(shí)道爾頓勇于說(shuō)出自己是色盲患者，并將自己的發(fā)現(xiàn)公之于眾。道爾頓這種認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度及獻(xiàn)身科學(xué)、尊重科學(xué)的精神值得大家學(xué)習(xí)。通過(guò)這段科學(xué)史的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生從興奮的激情狀態(tài)回歸到理性的思考狀態(tài)，很好地培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。

正如美國(guó)著名科學(xué)史家薩頓所說(shuō)：“科學(xué)史能幫助我們達(dá)到教學(xué)的主要目的，能說(shuō)明科學(xué)之意義，科學(xué)之功能和方法，科學(xué)之邏輯的、心理的和社會(huì)的含義，科學(xué)之深刻的人性，以及科學(xué)對(duì)思想凈化和文化整體化之重要意義?！备咧薪滩闹猩锟茖W(xué)史不僅記載生物科學(xué)知識(shí)的形成過(guò)程，而且蘊(yùn)含著科學(xué)家尊重事實(shí)、服從真理和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，以及勇于創(chuàng)新、善于合作和無(wú)私奉獻(xiàn)的科學(xué)精神。運(yùn)用生物科學(xué)史教育，有利于學(xué)生建構(gòu)生物學(xué)概念、原理；用科學(xué)史創(chuàng)設(shè)生動(dòng)具體的學(xué)習(xí)情景，不僅培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的探究能力，而且培育正確的態(tài)度情感與價(jià)值觀，從而有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成。

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