利用高中生物學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)

李春春

摘 要 通過實(shí)例說明生物學(xué)史在新課標(biāo)中的地位和價(jià)值。利用生物學(xué)史，展示知識(shí)發(fā)生過程，培養(yǎng)學(xué)生生命觀念；體驗(yàn)探究過程，培養(yǎng)學(xué)生理性思維；展示科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力；聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任感。

關(guān)鍵詞 高中生物學(xué)史 培養(yǎng) 生物核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

高中生物新課標(biāo)教材涉及生物學(xué)史十多余處。這些生物學(xué)史有的作為背景知識(shí)在新課前引入，有的作為小故事穿插于教材之中，有的直接作為課程內(nèi)容要素演繹探究過程引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探索。新課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施建議中指出：教學(xué)要高度關(guān)注生物學(xué)核心素養(yǎng)的達(dá)成。生物學(xué)核心素養(yǎng)是學(xué)生在解決真實(shí)情境中的生物學(xué)問題所表現(xiàn)出來的必備品格和關(guān)鍵能力，主要包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任。而生物學(xué)史正是培養(yǎng)學(xué)生這些素養(yǎng)的有力抓手。以下通過課堂實(shí)例談?wù)劺蒙飳W(xué)史培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)在教學(xué)中的落實(shí)。

1 利用生物學(xué)史，展示知識(shí)發(fā)生過程，培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念

生命觀念是指對(duì)觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進(jìn)行解釋后的抽象，是人們經(jīng)過實(shí)證后的觀點(diǎn)，是能夠理解或解釋生物學(xué)相關(guān)事件和現(xiàn)象的意識(shí)、觀點(diǎn)和思想方法。學(xué)生應(yīng)該在較好地理解生物學(xué)概念的基礎(chǔ)上形成生命觀念，如結(jié)構(gòu)與功能、進(jìn)化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀等；能夠用生命觀念認(rèn)識(shí)生物的多樣性和統(tǒng)一性，形成科學(xué)的自然觀和世界觀，知道探究生命活動(dòng)規(guī)律，解決實(shí)際問題。

高中生物《必修1·分子與細(xì)胞》中有很多培養(yǎng)學(xué)生生命觀念的生物學(xué)史。例如，“細(xì)胞學(xué)說的建立過程”展示了科學(xué)家從探究人體的奧秘初始，到顯微鏡的發(fā)明，虎克利用顯微鏡發(fā)現(xiàn)細(xì)胞，進(jìn)而到施萊登、施旺兩位科學(xué)家發(fā)表細(xì)胞學(xué)說，如此一步一步地“走進(jìn)細(xì)胞”。教師除了引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程涉及許多科學(xué)家的辛勤工作，科學(xué)發(fā)展離不開技術(shù)的支持，科學(xué)學(xué)說的建立過程是一個(gè)不斷開拓繼承、修正和發(fā)展的過程之外，更重要的是讓學(xué)生從本質(zhì)上理解“一切動(dòng)物和植物都是由細(xì)胞發(fā)育而來，細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位”這一核心概念。同時(shí)教師要引導(dǎo)學(xué)生在高中生物學(xué)習(xí)初始就形成一種樸素的生命觀念：生命現(xiàn)象雖然是復(fù)雜的，但認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象是有規(guī)律可循的；探索生命活動(dòng)規(guī)律首先要探索細(xì)胞的活動(dòng)規(guī)律；生物既有多樣性又有統(tǒng)一性，細(xì)胞同樣既有多樣性又有統(tǒng)一性。

“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”讓學(xué)生再次經(jīng)歷了一個(gè)科學(xué)理論建立的全過程。這段史實(shí)除了進(jìn)一步讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)研究的艱辛，科技進(jìn)步對(duì)科學(xué)研究的推動(dòng)作用和人類對(duì)自然界的永無止境的認(rèn)識(shí)之外，結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)始終引導(dǎo)人們不斷實(shí)踐、認(rèn)識(shí)、再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)，使人類一步步接近生物膜結(jié)構(gòu)的真相。

為了讓學(xué)生形成“細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”這一概念，教師可以設(shè)置一系列環(huán)環(huán)相扣的問題引導(dǎo)學(xué)生：

（1） 人類對(duì)于膜的存在是先通過膜功能的了解還是膜結(jié)構(gòu)的了解？

（2） 歐文頓為什么大膽提出“膜是由脂質(zhì)組成的”？

（3） 早期科學(xué)家認(rèn)為蛋白質(zhì)是怎樣分布在膜上？

（4） 羅伯特森的“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”這種靜態(tài)的三層結(jié)構(gòu)模型能否很好解釋不同膜的功能不同？細(xì)胞的生長(zhǎng)現(xiàn)象，變形蟲的變形運(yùn)動(dòng)與該模型有無矛盾？

（5） 你認(rèn)為蛋白質(zhì)在膜上的分布是否應(yīng)該對(duì)稱？膜是否靜止不動(dòng)？目前有無證據(jù)？

最后，教師可讓學(xué)生課后嘗試制作生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型，這樣能更進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)“結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)”這一生命觀念的理解。

2 利用生物學(xué)史，體驗(yàn)探究過程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

科學(xué)思維是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題的科學(xué)思維習(xí)慣和能力。學(xué)生應(yīng)該在學(xué)習(xí)過程中逐漸發(fā)展科學(xué)思維，如能夠基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會(huì)議題。

高中生物必修二遺傳部分的內(nèi)容就能很好地鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維能力。教材從個(gè)體水平出發(fā)，從140多年前的孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)開始，沿著科學(xué)發(fā)展的痕跡，逐步深入到遺傳的本質(zhì)——基因。孟德爾運(yùn)用“假說—演繹法”，發(fā)現(xiàn)了遺傳規(guī)律；20世紀(jì)初，薩頓在孟德爾遺傳學(xué)以及19世紀(jì)末在染色體的變化、體細(xì)胞與生殖細(xì)胞的分裂等方面的成果上，運(yùn)用“類比推理法”提出了染色體學(xué)說，即（孟德爾所說的）遺傳因子可能就在染色體上。但是，當(dāng)時(shí)拿不出有效的證據(jù)證明他們的觀點(diǎn)。直到1910年，摩爾根通過一系列果蠅的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，控制果蠅眼色的基因位于性染色體上，才證明了薩頓的假說。后來，格里菲斯、赫爾希、蔡斯等科學(xué)家的科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)。1953年，沃森、克里克構(gòu)建DNA結(jié)構(gòu)模型，基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段等概念的提出，從分子水平揭示了基因的本質(zhì)。為了使學(xué)生形成這一系列相關(guān)概念之間的邏輯鏈，并能運(yùn)用這些概念解釋相應(yīng)的生命現(xiàn)象，對(duì)可能的結(jié)果或發(fā)展趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)或解釋，在學(xué)習(xí)完第一章到第三章后，教師可要求學(xué)生羅列出遺傳學(xué)發(fā)展的歷史軌跡（圖1）。

通過比較分析，不僅可以看到科學(xué)產(chǎn)生、發(fā)展的過程，由表及里地把握遺傳的本質(zhì)屬性和內(nèi)在規(guī)律，還為判斷、推理等更高層次的理性思維活動(dòng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 利用生物學(xué)史，展示科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力

科學(xué)探究是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問題，針對(duì)特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施及結(jié)果的交流與討論的能力。

例如在“光合作用的探究歷程”教學(xué)過程中，教師首先通過設(shè)置系列問題：

一粒種子為何可以長(zhǎng)成參天大樹？

樹增加的重量都來源于水嗎？

植物生長(zhǎng)與空氣是否有關(guān)？

植物究竟吸收和釋放了什么氣體？

光合作用的產(chǎn)物是什么？endprint

光合作用的場(chǎng)所在哪里？……

為探究學(xué)習(xí)提供支架，讓學(xué)生體會(huì)人類怎樣認(rèn)識(shí)到光合作用原理的。在學(xué)生對(duì)“光合作用”這一核心概念有了一個(gè)整體認(rèn)識(shí)后，教師還需對(duì)某些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，如薩克斯實(shí)驗(yàn)中自變量、因變量是什么？對(duì)植物進(jìn)行“饑餓處理”及“酒精脫色”是為了消除無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。恩格爾曼實(shí)驗(yàn)選擇水綿、好氧性細(xì)菌的優(yōu)點(diǎn)是什么？該實(shí)驗(yàn)如何設(shè)置對(duì)照？及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生歸納科學(xué)探究的一般過程：發(fā)現(xiàn)問題—做出假設(shè)—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—觀察結(jié)果—分析實(shí)驗(yàn)—得出結(jié)論。教師要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則：科學(xué)性、簡(jiǎn)單性、可行性、重復(fù)性、對(duì)照性。當(dāng)學(xué)生體驗(yàn)了科學(xué)探究的過程，初步了解了科學(xué)方法后，教師可鼓勵(lì)學(xué)生小組合作嘗試實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，如換用生活常見植物證明葉綠體是光合作用的場(chǎng)所，要求學(xué)生提出可供探究的材料，制定完整的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，實(shí)施計(jì)劃，得出相應(yīng)的結(jié)論，表達(dá)交流結(jié)果。最后，對(duì)各組的實(shí)施過程進(jìn)行分析和討論，評(píng)選最佳方案，從創(chuàng)設(shè)問題情境到體驗(yàn)探究過程，學(xué)生的科學(xué)探究能力一步步得到提升。

4 利用生物學(xué)史，聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任感

生物學(xué)科的社會(huì)責(zé)任是指基于生物學(xué)認(rèn)識(shí)和能力，參與個(gè)人與社會(huì)事務(wù)的討論，作出理性解釋和判斷，嘗試解決生產(chǎn)生活中的生物學(xué)問題的擔(dān)當(dāng)和能力，能夠關(guān)愛自己、關(guān)注社會(huì)、關(guān)愛生命、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和建立人與人和諧相處等，結(jié)合本地資源開展科學(xué)實(shí)踐，嘗試解決現(xiàn)實(shí)生活中與生物學(xué)相關(guān)的問題，服務(wù)與回報(bào)社會(huì)，實(shí)現(xiàn)人的發(fā)展和社會(huì)的發(fā)展的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)教育的終極目標(biāo)。

在《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第四章第二節(jié)“種群數(shù)量的變化”中，有一個(gè)經(jīng)典生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)：俄國生態(tài)學(xué)家高斯通過培養(yǎng)大草履蟲得到種群增長(zhǎng)的“S”型曲線。在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數(shù)量會(huì)達(dá)到一個(gè)K值，即環(huán)境最大容納量。這時(shí)，教師可以引入以下材料：

（1） 小龍蝦學(xué)名叫克氏原螯蝦，原產(chǎn)自北美，于上個(gè)世紀(jì)30年代傳入我國，小龍蝦屬于雜食動(dòng)物，可以在水污染嚴(yán)重的惡劣環(huán)境中生存下去，特點(diǎn)是生長(zhǎng)速度快、適應(yīng)能力強(qiáng)。加上“小龍蝦吃動(dòng)物腐爛的尸體” “小龍蝦里面都是有毒物質(zhì)”等傳言，老百姓對(duì)小龍蝦避之不及，這使得野生小龍蝦開始逐漸多了起來，成為了全國最常見的淡水經(jīng)濟(jì)蝦類，廣泛分布于長(zhǎng)江中下游各省市。

（2） 1993年，在江蘇盱眙縣，有一家“老許調(diào)料店”，其老板許建忠在賣調(diào)料過程中，研發(fā)出了獨(dú)特的“十三香小龍蝦”。十三香口味的小龍蝦一下子打開了人們的味蕾，并逐漸火爆起來。由于國內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)小龍蝦的火爆需求，各地濫捕泛捕，過度捕撈，導(dǎo)致野生資源量急劇下降。

（3） 2000年，潛江市的農(nóng)民劉主權(quán)想到了一個(gè)辦法：將小龍蝦放在水稻田里飼養(yǎng)，根據(jù)小龍蝦的生活習(xí)性，到了炎熱夏季，小龍蝦就要鉆洞避暑。而在避暑期間，正是種水稻的季節(jié)。小龍蝦繁育、收獲期間，正是農(nóng)閑季節(jié)。小龍蝦利用稻田天然餌料生長(zhǎng)，更加健康肥美，如此完美的錯(cuò)位，便是如今著名的“蝦稻連作模式”。

（4） 據(jù)全國水產(chǎn)技術(shù)推廣總站組織專家編寫的《中國小龍蝦產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（2017）》顯示：我國小龍蝦養(yǎng)殖面積和產(chǎn)量持續(xù)快速增長(zhǎng)。2007年至2016年，全國小龍蝦養(yǎng)殖產(chǎn)量由26.55萬噸增加到85.23萬噸，增長(zhǎng)了221%；全國養(yǎng)殖面積超過900萬畝。2016年，我國小龍蝦總產(chǎn)量為89.91萬噸（含捕撈產(chǎn)量），我國已成為世界最大的小龍蝦生產(chǎn)國。

（5） 隨著小龍蝦養(yǎng)殖集約化水平和放養(yǎng)密度的提高，養(yǎng)殖環(huán)境惡化引起的生理脅迫，苗種起捕、分揀、裝運(yùn)造成的機(jī)械性損傷以及小龍蝦長(zhǎng)時(shí)間離水引發(fā)的應(yīng)激反應(yīng)，養(yǎng)殖病害風(fēng)險(xiǎn)呈上升趨勢(shì)。

同時(shí)，教師設(shè)置如下問題讓學(xué)生思考與討論

（1） 畫出小龍蝦引入我國之后至今的數(shù)量變化曲線；

（2） 小龍蝦作為外來物種為什么在我國會(huì)呈現(xiàn)如此變化？

（3） 我市有哪些外來物種？如何正確對(duì)待外來物種的入侵？

通過“小龍蝦”這樣一個(gè)生活熱點(diǎn)事件的討論，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去分析剖解社會(huì)問題，讓學(xué)生在理論與實(shí)踐的結(jié)合中理解和運(yùn)用知識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生以主人翁的姿態(tài)積極參與當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生熱愛自然、熱愛生命、關(guān)心和維護(hù)地球的社會(huì)責(zé)任感。

課程改革表明，教學(xué)不是為了考試，而是對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)科素養(yǎng)、思維方式、情感、關(guān)注力的綜合培養(yǎng)。這要求教師必須以嶄新的視角對(duì)待教材。高中生物學(xué)史在教材中并不是可有可無的旁枝末節(jié)。相反，學(xué)生在學(xué)習(xí)生物科學(xué)史的過程中，通過對(duì)科學(xué)之路的體驗(yàn)、反思、提煉和感悟，已然將科學(xué)家的精神轉(zhuǎn)化為學(xué)生個(gè)體的生物學(xué)思想和生物學(xué)品質(zhì)；在模擬發(fā)現(xiàn)、分析和解決科學(xué)問題過程中，悄然形成學(xué)生個(gè)體的生物學(xué)思維方式、生物學(xué)探究能力、生物學(xué)情感和生命意識(shí)以及社會(huì)責(zé)任意識(shí)。endprint