生物學(xué)核心素養(yǎng)在高中生物科學(xué)史教學(xué)中的實(shí)現(xiàn)

周 紅

(浙江省杭州學(xué)軍中學(xué) 310012)

如何把生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落實(shí)到生物學(xué)科的教學(xué)過(guò)程中，已成為生物學(xué)教師必須思考的問(wèn)題。本文基于高中校本選修課程“生命科學(xué)漫談”中“生物科學(xué)史話(huà)”的教學(xué)，從教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生主體、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式等維度，探討對(duì)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1 定位生物科學(xué)史學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)

發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受相應(yīng)學(xué)段的教育過(guò)程中，逐步形成起的來(lái)適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展與社會(huì)發(fā)展的人格品質(zhì)與關(guān)鍵能力[1]。生物學(xué)核心素養(yǎng)是指學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)生物學(xué)的知識(shí)與技能、思想與方法而習(xí)得的重要觀念、關(guān)鍵能力與必備品格。而生物科學(xué)史的教學(xué)目標(biāo)契合了生物學(xué)核心素養(yǎng)的要求。

1.1 聯(lián)接生命觀念，認(rèn)識(shí)生物學(xué)規(guī)律和生命現(xiàn)象 生物科學(xué)史蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)思想、方法、世界觀、科學(xué)精神和態(tài)度等內(nèi)容，其教學(xué)目標(biāo)應(yīng)定位于幫助學(xué)生形成理解或解釋生物學(xué)相關(guān)事件和現(xiàn)象的意識(shí)、觀念和思想方法，從而形成一些基本的生命觀念，并以此認(rèn)識(shí)生物的多樣性和統(tǒng)一性。

例如，在介紹細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)時(shí)，教師可先呈現(xiàn)“1925年兩位荷蘭科學(xué)家用丙酮從人的紅血細(xì)胞膜中抽提出脂質(zhì)，在空氣—水界面上鋪展成單分子層，測(cè)得單分子層的面積恰為紅血細(xì)胞表面積的2倍”這一實(shí)驗(yàn)事實(shí)，請(qǐng)學(xué)生推測(cè)細(xì)胞膜中脂質(zhì)分子的排列情況。而后，請(qǐng)學(xué)生推測(cè)蛋白質(zhì)分子位于質(zhì)膜的什么位置？在學(xué)生提出各種假設(shè)的基礎(chǔ)上，教師介紹“20世紀(jì)40年代，有人認(rèn)為質(zhì)膜是‘蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)’的‘三明治’結(jié)構(gòu)模型，經(jīng)計(jì)算認(rèn)為細(xì)胞膜至少厚約20 nm。但到了1959年羅伯特森用電鏡獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，顯示暗—明—暗三層結(jié)構(gòu)，厚度僅約7.5 nm?！庇眠@2個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)事實(shí)引發(fā)學(xué)生思考：厚度變薄如何解釋?zhuān)孔詈螅處熢俳榻B冰凍蝕刻電子顯微法的研究成果，并請(qǐng)學(xué)生推測(cè)細(xì)胞膜這樣的結(jié)構(gòu)可完成哪些生理活動(dòng)？幫助學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一的生命觀念，加深學(xué)生對(duì)科學(xué)研究過(guò)程和本質(zhì)的理解，學(xué)會(huì)用這些生命觀念去認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象，探索生命規(guī)律。

1.2 聯(lián)接理性思維，培養(yǎng)生物學(xué)科學(xué)方法和品質(zhì) 生物科學(xué)史不僅有著豐富的生物科學(xué)知識(shí)，更重要的是蘊(yùn)含著人類(lèi)為探索生物的奧秘而堅(jiān)持不懈的科學(xué)精神。因此，在教學(xué)目標(biāo)定位時(shí)應(yīng)尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，讓學(xué)生在體驗(yàn)生物科學(xué)發(fā)生、發(fā)展的過(guò)程中逐步發(fā)展理性思維。

例如，在學(xué)習(xí)光合作用發(fā)現(xiàn)史時(shí)，用多媒體展示薩克斯的實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)學(xué)生將本組的方案與薩克斯的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行對(duì)照分析，不僅要思考薩克斯的實(shí)驗(yàn)假設(shè)，還要思考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中采用實(shí)驗(yàn)方法的最初用意：為什么要將選用的植株事先放在黑暗處處理一晝夜？是基于怎樣的研究目的來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的？葉片如何進(jìn)行遮光處理？實(shí)驗(yàn)變量是什么？用酒精處理目的何在？這種實(shí)驗(yàn)研究方法設(shè)計(jì)目的何在？為什么要隔水加熱？根據(jù)用碘液檢驗(yàn)可推測(cè)出薩克斯實(shí)驗(yàn)的假設(shè)是什么？以此幫助學(xué)生運(yùn)用已有的知識(shí)和邏輯進(jìn)行思考或論證，培養(yǎng)他們的批判質(zhì)疑能力和理性思維。

1.3 聯(lián)接科學(xué)探究，形成生物學(xué)探究思維和能力 高中生物科學(xué)史的教學(xué)，應(yīng)通過(guò)對(duì)科學(xué)史的材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)剡x擇和組織，讓學(xué)生沿著科學(xué)家的邏輯思維路線(xiàn)，經(jīng)歷一個(gè)“發(fā)現(xiàn)”的歷程，去體驗(yàn)和理解知識(shí)發(fā)生、發(fā)展和形成的過(guò)程，領(lǐng)悟生物學(xué)家解決問(wèn)題的思路和方法，從而理解科學(xué)的本質(zhì)和實(shí)驗(yàn)方法，并體會(huì)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神。

例如，學(xué)習(xí)細(xì)胞膜的成分這一知識(shí)時(shí)，先介紹E.Overton曾用500多種化學(xué)物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行過(guò)上萬(wàn)次的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜對(duì)不同物質(zhì)的通透性不一樣：凡是脂溶性的物質(zhì)，很容易透過(guò)細(xì)胞膜；而不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，透過(guò)細(xì)胞膜則十分緩慢。請(qǐng)學(xué)生據(jù)此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推測(cè)細(xì)胞膜的主要成分是什么？在學(xué)生分析后，請(qǐng)學(xué)生繼續(xù)思考如何判斷是該種物質(zhì)？再介紹20世紀(jì)30年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的表面張力遠(yuǎn)小于油-水界面的事實(shí)，請(qǐng)學(xué)生推測(cè)可能的原因是什么？引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考如何驗(yàn)證其中含有其他物質(zhì)？在學(xué)生探究的基礎(chǔ)上，教師介紹提取分離鑒定的直接驗(yàn)證法和用脂質(zhì)溶劑與蛋白酶處理細(xì)胞膜的間接驗(yàn)證法，然后呈現(xiàn)哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞膜的化學(xué)成分表。這樣的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)史中體驗(yàn)科學(xué)探究的一般過(guò)程，親歷如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、如何假設(shè)問(wèn)題的“答案”，考慮從哪些途徑去解決問(wèn)題。使學(xué)生初步掌握科學(xué)探究的方法和過(guò)程，形成科學(xué)探究的能力。

1.4 聯(lián)接社會(huì)責(zé)任，做出生物學(xué)理性解釋和判斷 生物學(xué)核心素養(yǎng)中的社會(huì)責(zé)任，是指基于生物學(xué)的認(rèn)識(shí)，參與個(gè)人與社會(huì)事務(wù)的討論，做出理性解釋和判斷，嘗試解決生產(chǎn)生活問(wèn)題的擔(dān)當(dāng)和能力。生物科學(xué)史的教學(xué)目標(biāo)還應(yīng)使學(xué)生能以造福人類(lèi)的態(tài)度和價(jià)值觀，學(xué)會(huì)珍愛(ài)生命，熱愛(ài)大自然，運(yùn)用生物學(xué)的知識(shí)和思想方法，對(duì)生物學(xué)問(wèn)題做出理性的解釋。

例如，學(xué)習(xí)“生命的起源”這段科學(xué)史時(shí)，介紹生命演化歷程的三個(gè)階段，闡釋生物進(jìn)化論學(xué)說(shuō)，介紹偉大的生物學(xué)家達(dá)爾文通過(guò)多年的研究、考察和標(biāo)本的采集，在積累了大量令人信服的證據(jù)的基礎(chǔ)上發(fā)表了劃時(shí)代的巨著《物種起源》，提出以自然選擇理論為基礎(chǔ)的生物進(jìn)化學(xué)說(shuō)。達(dá)爾文進(jìn)化學(xué)說(shuō)被恩格斯稱(chēng)為19世紀(jì)自然科學(xué)三大重要發(fā)現(xiàn)之一。通過(guò)這段科學(xué)史的學(xué)習(xí)，破除神創(chuàng)論的說(shuō)法，幫助學(xué)生辨別迷信和偽科學(xué)。又使學(xué)生了解到環(huán)境污染、生物多樣性的減少和飲食健康等基本常識(shí)。還引導(dǎo)學(xué)生懂得需要他們承擔(dān)宣傳生物科學(xué)知識(shí)、開(kāi)展環(huán)境保護(hù)和社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)等力所能及的責(zé)任，從而培養(yǎng)學(xué)生承擔(dān)社會(huì)責(zé)任的意識(shí)和能力。

2 制定選修課程學(xué)習(xí)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)

2.1 全面關(guān)注學(xué)生主體，彰顯核心素養(yǎng)的追求 關(guān)注學(xué)生的主體性，就是要激發(fā)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)，真正讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主宰者。

例如，在“生物科學(xué)史話(huà)”一節(jié)的教學(xué)中，可采用的教學(xué)方式之一是設(shè)置學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生自主選擇一位感興趣的、在生物科學(xué)史上有過(guò)重大發(fā)現(xiàn)或貢獻(xiàn)的科學(xué)家，收集有關(guān)素材，專(zhuān)門(mén)安排時(shí)間讓學(xué)生介紹展示。這一學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)置，一方面給予學(xué)生更多的選擇空間，每一位學(xué)生都可以選擇自己感興趣的科學(xué)家進(jìn)行資料的收集，關(guān)注學(xué)生的主體差異性；另一方面，每一位學(xué)生收集資料的途徑、收集資料的過(guò)程不一樣，使得每一位學(xué)生都有屬于自己的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，培養(yǎng)了學(xué)生收集信息、處理信息和歸納總結(jié)的能力，在請(qǐng)學(xué)生展示他們收集的生物科學(xué)史有關(guān)內(nèi)容時(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性普遍高漲，有效地落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)中發(fā)展學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力的要求。

2.2 合理設(shè)置知識(shí)結(jié)構(gòu)，凸顯生物科學(xué)史價(jià)值 核心素養(yǎng)要求學(xué)科課程內(nèi)容與任務(wù)的設(shè)置要能夠超越學(xué)科，應(yīng)基于高中生對(duì)生物科學(xué)史的興趣及對(duì)生物學(xué)科學(xué)習(xí)的需求。

例如，本校本課程是以生物科學(xué)史為主旨，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活和社會(huì)、關(guān)注身邊的科學(xué)和技術(shù)，并給學(xué)生的職業(yè)生涯規(guī)劃以適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)和幫助，為今后從事生物學(xué)以及相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該課程設(shè)置了7個(gè)章節(jié)，共18個(gè)課時(shí)(表1)。從該課程結(jié)構(gòu)中看出，直接與生物科學(xué)史有關(guān)的內(nèi)容有8個(gè)學(xué)時(shí)，占總課時(shí)的44.4%。

表1 “生命科學(xué)漫談”課程內(nèi)容與任務(wù)設(shè)置

3 落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)可搭建多樣化學(xué)習(xí)模式

3.1 開(kāi)展小組合作學(xué)習(xí) 小組合作學(xué)習(xí)能最大限度地吸引學(xué)生的主動(dòng)參與，讓每一位學(xué)生都能發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)、特長(zhǎng)，更有助于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。在生物科學(xué)史教學(xué)中，可積極探索并深化小組的合作學(xué)習(xí)。

例如，在學(xué)習(xí)細(xì)胞核的功能時(shí)，將全班學(xué)生分成4個(gè)小組，請(qǐng)各小組自行選擇傘藻嫁接和核移植實(shí)驗(yàn)、蠑螈受精卵橫縊實(shí)驗(yàn)、變形蟲(chóng)切割和核移植實(shí)驗(yàn)等不同題目，經(jīng)分析討論并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。然后，各小組派代表發(fā)言，向全班學(xué)生反饋本組的學(xué)習(xí)成果，其他學(xué)生共享研究成果。通過(guò)此種教學(xué)模式能培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、團(tuán)結(jié)合作和成果的交流與討論等學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.2 實(shí)施探究性學(xué)習(xí) 可引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)分析生物科學(xué)史中的實(shí)驗(yàn)來(lái)提出問(wèn)題、作出各種假設(shè)并設(shè)計(jì)探究方案，再由教師介紹科學(xué)家的研究過(guò)程和方法，啟發(fā)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題，然后由學(xué)生推測(cè)結(jié)論，最后由教師呈現(xiàn)科學(xué)家的研究結(jié)果，讓學(xué)生把自己的實(shí)驗(yàn)與科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)照、糾正。

例如，在探究核酸是遺傳物質(zhì)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，先介紹格里菲思肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)學(xué)生思考從死亡小鼠體內(nèi)分離出的S型活細(xì)菌從何而來(lái)？啟發(fā)學(xué)生做出各種假設(shè)，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究。在推出存在轉(zhuǎn)化因子時(shí)，請(qǐng)學(xué)生繼續(xù)探究如何證明該物質(zhì)的存在及其作用。在學(xué)生探究后，教師介紹艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)學(xué)生再作出假設(shè)并設(shè)計(jì)探究方案，然后繼續(xù)新一輪的探究。學(xué)生在不斷地體驗(yàn)、模仿和練習(xí)著科學(xué)探究的過(guò)程，是培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力、自主學(xué)習(xí)能力等核心素養(yǎng)的較好方式。

3.3 開(kāi)展生物學(xué)實(shí)驗(yàn) 在生物科學(xué)史的教學(xué)中，可將科學(xué)家進(jìn)行過(guò)的實(shí)驗(yàn)，再根據(jù)已有實(shí)驗(yàn)條件改為實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生能夠更直觀地觀察、比較、分析和綜合，更真實(shí)地體驗(yàn)科學(xué)研究的過(guò)程。

例如，在植物生長(zhǎng)素發(fā)現(xiàn)史的學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)向光性與胚芽鞘的關(guān)系時(shí)，啟發(fā)學(xué)生思考：設(shè)計(jì)怎樣的實(shí)驗(yàn)可確定是胚芽鞘尖端下面部位明顯伸長(zhǎng)？在教師的引導(dǎo)下學(xué)生分析、比較，設(shè)計(jì)出方案：在胚芽鞘外畫(huà)豎線(xiàn)后繼續(xù)培養(yǎng)。按此方案進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)后，經(jīng)過(guò)多小組實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察，發(fā)現(xiàn)尖端以下部位變?yōu)樘摼€(xiàn)，表明其已明顯生長(zhǎng)。這種發(fā)掘生物科學(xué)史中蘊(yùn)含的實(shí)驗(yàn)因素的教學(xué)，能更好地培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力和動(dòng)手能力等學(xué)科核心素養(yǎng)。