基于科學(xué)史教學(xué)發(fā)展學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)

劉 宇 劉欣顏 易 露

（1 成都樹德中學(xué) 四川成都 610031 2 廣州市教育研究院 廣東廣州 510030）

2018年1月，教育部正式頒布了《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）。 相較于2003年頒布的《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗稿）》，新頒布的課程標(biāo)準(zhǔn)在課程安排、內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)等方面都有較大變化， 進(jìn)一步落實了立德樹人的教育任務(wù)，凸顯了生物學(xué)科的育人價值，強(qiáng)調(diào)了生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)， 對高中生物學(xué)的學(xué)科建設(shè)和教學(xué)均提出了新的要求和挑戰(zhàn)。

教育綱領(lǐng)性文件的更新， 為課堂教學(xué)變革指明了前進(jìn)的方向。在當(dāng)前時代背景下，以提升學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)為出發(fā)點， 優(yōu)化生物學(xué)課堂教學(xué)模式勢在必行。 課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出：“科學(xué)是一個發(fā)展的過程， 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)研究的思路和方法， 學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神。 這對提高學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)是很有意義的［1］”。 作為綜合了基礎(chǔ)生物學(xué)知識、科學(xué)研究基本范式、積極科學(xué)態(tài)度與科學(xué)家精神的教學(xué)模式，科學(xué)史教學(xué)能有效提升學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)，值得教育者關(guān)注與實踐。因此，在生物學(xué)核心素養(yǎng)視角下，科學(xué)史教學(xué)具有重要的理論和實踐意義。

1 課程標(biāo)準(zhǔn)對科學(xué)史教學(xué)的要求

課程標(biāo)準(zhǔn)提出， 生物學(xué)素養(yǎng)指公民參加社會生活、經(jīng)濟(jì)活動、生產(chǎn)實踐和個人決策所需的生物學(xué)知識、探究能力以及相關(guān)的情感態(tài)度與價值觀，是生物學(xué)核心素養(yǎng)形成的條件和基礎(chǔ)。 高中生物學(xué)核心素養(yǎng)指向“知、情、意、行”4 個方面，分別是生命觀念（知）、科學(xué)思維（意）、科學(xué)探究（行）、社會責(zé)任（情）［2］。這4 個方面相輔相成，生命觀念的形成需要借助科學(xué)思維和科學(xué)探究， 而生命觀念的建立能讓科學(xué)思維和科學(xué)探究的過程事半功倍。社會責(zé)任是生命觀念、科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)形成后的延伸性學(xué)習(xí)成果， 是生物學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)［3］。 有基本生物學(xué)素養(yǎng)的學(xué)生能基于已有的生命觀念，運(yùn)用科學(xué)思維和探究能力，辨別科學(xué)與偽科學(xué)，作出科學(xué)的回應(yīng)和客觀公正的評價，履行自己的社會責(zé)任，這將是持續(xù)終生的議題，也是教育的最終目的。

生物學(xué)科學(xué)史蘊(yùn)含豐富的科學(xué)知識、 科學(xué)方法、科學(xué)世界觀、科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度等內(nèi)容，具有很高的教育價值。 結(jié)合生物學(xué)核心素養(yǎng)的具體內(nèi)涵，在教學(xué)實踐中引入科學(xué)史教學(xué)，不僅能增加課堂的趣味性，而且能讓學(xué)生沿著前人的發(fā)現(xiàn)、探索之路思考、分析，體會知識、概念及技術(shù)的演變過程，促進(jìn)核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。因此，梳理課程標(biāo)準(zhǔn)對科學(xué)史及科學(xué)史教學(xué)的要求是有必要的。

表1 是課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于必修課程和選擇性必修課程中科學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容和教學(xué)提示。 選修課程由于其課程性質(zhì)， 課程標(biāo)準(zhǔn)中未對此內(nèi)容作出明確的要求。 結(jié)合表1 的梳理結(jié)果，可以看出：高中生物學(xué)課程在必修課程和選擇性必修課程中都包含了科學(xué)史的要素，并給出了教學(xué)提示。需要明確的是，內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)由于其高度概括性，難以對各個模塊中的所有科學(xué)史面面俱到， 僅提出基本性的要求。 在實踐教學(xué)中，教師可以結(jié)合具體內(nèi)容主題、專業(yè)知識和教學(xué)實際， 選擇性地增加相關(guān)的科學(xué)史內(nèi)容，使得教學(xué)能更為順利地開展。

表1 課程標(biāo)準(zhǔn)對科學(xué)史及教學(xué)的要求

2 科學(xué)史教學(xué)對核心素養(yǎng)提升的價值

2.1 科學(xué)史的發(fā)展進(jìn)程體現(xiàn)了概念間的層級關(guān)系與內(nèi)部邏輯 學(xué)習(xí)生物學(xué)基本知識的核心目的是形成生命觀念。當(dāng)學(xué)生具備基本的生命觀念時，才可以對“生命是什么”（what），“生命活動是怎樣進(jìn)行的”（how），以及“生命為什么會變成現(xiàn)在這樣”（why）3 類問題作出準(zhǔn)確的回答［4］。

學(xué)生形成生命觀念的基礎(chǔ)是構(gòu)建生物學(xué)核心概念體系，這一概念體系是逐步發(fā)展得到的。對于抽象程度較高、發(fā)展歷程曲折的重要概念，例如細(xì)胞、光合作用等，科學(xué)史教學(xué)通過闡釋在漫長的探索歷史上，科學(xué)家團(tuán)隊是如何基于已知提出問題，設(shè)計并實施富有創(chuàng)造性的研究方案， 最終獲取證據(jù)解決問題的過程， 輔助學(xué)生對復(fù)雜概念形成全面認(rèn)知。 科學(xué)史的呈現(xiàn)有助于學(xué)生對知識本質(zhì)的理解、內(nèi)化和激活，進(jìn)而理解概念的內(nèi)涵、發(fā)展，以及概念間的邏輯關(guān)聯(lián)， 厘清概念體系內(nèi)部的上下位關(guān)系，更好地理解生命的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制。

2.2 基于科學(xué)史的探究提升了實驗探究能力與科學(xué)思維 高中生物學(xué)課程涵蓋了大量探究性實驗， 以期從不同的探究層次逐步提升學(xué)生的探究能力。隨著探究層次的逐步提高，教學(xué)對學(xué)生思維的要求也逐步提升。 然而，由于中學(xué)軟、硬件條件不足及課時安排緊張等諸多因素， 一線教學(xué)中實驗探究不易得到全面開展。 很多時候教師會折中處理，以“講實驗”替代“做實驗”，此時教材所設(shè)計的探究性實驗?zāi)苋〉玫膶嶋H效果就相對有限。學(xué)生發(fā)展探究能力與理性思維的需求， 呼吁教師提供更為多元化的培養(yǎng)途徑， 基于科學(xué)史的思維探究就是一種有效的替代方案。

科學(xué)的發(fā)展歷程本就是大量科學(xué)家前赴后繼，針對某一個問題逐步探究，直至得出精準(zhǔn)結(jié)論的過程。例如細(xì)胞膜流動鑲嵌模型的發(fā)現(xiàn)史，科學(xué)家就經(jīng)歷了從成分推測結(jié)構(gòu)、從結(jié)構(gòu)預(yù)測功能、從功能反推結(jié)構(gòu)的思維歷程。 伴隨著電子顯微鏡成像技術(shù)及熒光標(biāo)記技術(shù)的出現(xiàn)， 科學(xué)家獲取了更多直接證據(jù)，最終得出了細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型。教師在課堂中以探究的模式對此類科學(xué)史進(jìn)行回顧，是一種高效的教學(xué)范式，其中蘊(yùn)含的提問策略、實驗設(shè)計范式及結(jié)果分析方法， 是提升學(xué)生探究能力的有效教學(xué)素材。

科學(xué)思維是人類科學(xué)史上無數(shù)科學(xué)家基于大量思考與實驗， 經(jīng)過眾多嘗試和總結(jié)后逐步形成的思維模式， 科學(xué)史探究有助于學(xué)生探究能力的提升，此過程必然伴隨著科學(xué)思維的錘煉。因此回顧科學(xué)發(fā)展史，剖析科學(xué)事實的發(fā)現(xiàn)歷程，強(qiáng)調(diào)質(zhì)疑態(tài)度、實證精神和邏輯思維，對于養(yǎng)成科學(xué)思維具有積極效應(yīng)。

2.3 合理利用科學(xué)史可構(gòu)筑學(xué)生的科學(xué)精神與社會責(zé)任 科學(xué)精神是科學(xué)素養(yǎng)的靈魂， 社會責(zé)任是教育的終極價值， 二者是實現(xiàn)立德樹人的基礎(chǔ)。 而科學(xué)精神與社會責(zé)任的習(xí)得需要基于事例的引導(dǎo)、理性的分析和榜樣的激勵，不能僅憑教條化的講授。行為的改變基于態(tài)度的轉(zhuǎn)換，期待學(xué)生在成長為社會公民之時具有必要的生物學(xué)科學(xué)素養(yǎng)，勇于承擔(dān)公民應(yīng)負(fù)的社會責(zé)任，在學(xué)生時代給予榜樣的激勵就必不可少。

生物科學(xué)史上大量的科學(xué)研究案例與科學(xué)家故事，是構(gòu)筑科學(xué)精神與社會責(zé)任感的良好素材。例如DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建史，展示了在探究知識的過程中科學(xué)家之間的合作； 又如促胰液素的發(fā)現(xiàn)史， 呈現(xiàn)了科學(xué)家團(tuán)隊針對同一問題如何從不同角度進(jìn)行探究， 體現(xiàn)了不同觀點之間的碰撞與爭論；再如光合作用的探究歷程，體現(xiàn)了科學(xué)實驗的成功離不開恰當(dāng)實驗對象與方案的選取。 合理利用科學(xué)史組織教學(xué)能以鮮活的研究案例，向?qū)W生展示科學(xué)家不拘泥于傳統(tǒng)理論與觀點、不迷信權(quán)威、積極思考、勇于質(zhì)疑、專注于研究問題等特質(zhì)?；诖耍飳W(xué)科學(xué)史呈現(xiàn)了科學(xué)家的求真態(tài)度、堅強(qiáng)毅力、理性思維和社會責(zé)任，可以激發(fā)學(xué)生刻苦鉆研的決心，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，形成科學(xué)的世界觀，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。

3 科學(xué)史教學(xué)的實踐建議

3.1 科學(xué)史教學(xué)并非歷史教學(xué)，要以邏輯分析為主， 知識識記為輔 教材中的科學(xué)史多數(shù)是按照時間順序呈現(xiàn)的。一些教師在處理科學(xué)史時，存在混淆科學(xué)課程與歷史課程教學(xué)目標(biāo)的現(xiàn)象， 過度關(guān)注史實本身，包括人物、年代、事件及成果等。當(dāng)教師將教學(xué)目標(biāo)定位為落實知識時， 往往會忽視科學(xué)史激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)主動學(xué)習(xí)、培養(yǎng)邏輯思維、提升科學(xué)素養(yǎng)的價值。 例如，有的教師對細(xì)胞學(xué)說的建立過程進(jìn)行了大量而細(xì)致的分析，最終卻僅強(qiáng)調(diào)細(xì)胞學(xué)說提出過程涉及的人物與實驗內(nèi)容。這樣的科學(xué)史教學(xué)花費了更多的課堂時間，學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)卻未得到應(yīng)有的提升。

教學(xué)目標(biāo)的偏差使得大量的科學(xué)史教學(xué)雖有其形卻失其精髓，丟失了科學(xué)史的真正價值。有效的科學(xué)史教學(xué)應(yīng)當(dāng)以邏輯分析貫穿課堂， 促進(jìn)學(xué)生對生命的理解，進(jìn)而從“知、意、行、情”4 個維度真正提升學(xué)生的生命科學(xué)素養(yǎng)。

3.2 合理搭建腳手架，不可過度拔高教學(xué)目標(biāo)，增加學(xué)生負(fù)擔(dān) 原則上說，所選科學(xué)史的難度不宜過大，不應(yīng)額外加重學(xué)生的負(fù)擔(dān)。 但有的教師會在進(jìn)行科學(xué)史教學(xué)時添加很多難度較大的素材，或?qū)滩乃o素材進(jìn)行過度分析，使學(xué)生難以適應(yīng)。

例如對于DNA 半保留復(fù)制的證明過程，有的教師為了提高學(xué)習(xí)內(nèi)容的難度， 要求學(xué)生設(shè)計實驗，探究DNA 復(fù)制方式為半保留復(fù)制還是全保留復(fù)制［5］。 高一階段學(xué)生對于分子水平的生物學(xué)實驗接觸較少， 對于放射性同位素標(biāo)記技術(shù)的實踐應(yīng)用， 以及大腸桿菌和噬菌體的生物學(xué)特征的認(rèn)識均不透徹， 上述實驗設(shè)計類的教學(xué)活動對學(xué)生而言難度過高，難以完成。這樣的教學(xué)內(nèi)容屬于拓展領(lǐng)域，對于優(yōu)質(zhì)學(xué)生可以作為課后思考，但不建議在課堂教學(xué)中作為常規(guī)教學(xué)環(huán)節(jié)呈現(xiàn)， 以免過度拔高教學(xué)難度，增加了學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，也模糊了科學(xué)史教學(xué)的真實目的。3.3 客觀評價科學(xué)家的成就，避免過度神化或過度否定 科學(xué)發(fā)展的一個基本特點是科學(xué)知識和科學(xué)方法具有歷史繼承性， 科學(xué)不是某一個時代的產(chǎn)物，而是歷史積累和發(fā)展的結(jié)果。由于自然現(xiàn)象的復(fù)雜性， 人們對其規(guī)律的認(rèn)識往往有由淺入深、由表及里、由此及彼、去偽存真的過程。 科學(xué)史教學(xué)無可避免會介紹很多科學(xué)家， 通過教學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)， 教師在對科學(xué)家的工作進(jìn)行講授時容易走入兩個極端：過度神化或者過度否定。

對于現(xiàn)代科學(xué)高度認(rèn)可的理論奠基人， 教師容易過度神話。 例如有的教師在課堂組織全班學(xué)生鞠躬拜謝孟德爾、達(dá)爾文等科學(xué)家，認(rèn)為其理論無任何錯誤，望以此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)家情懷。此類做法存在不妥之處，科學(xué)家不是神，科學(xué)探究是人類對于未知世界的探究，科學(xué)知識是可能改變的，切不可過度神話科學(xué)家。

相反， 對于教材中提出批判或指出不足的科學(xué)家，有的教師會過度否定。例如分析促胰液素發(fā)現(xiàn)史時，有的教師會過度否定沃泰默的工作，認(rèn)為其缺乏基本的實驗分析能力； 又如在分析進(jìn)化學(xué)說時，否定拉馬克的工作，著重分析其與達(dá)爾文自然選擇學(xué)說的差異， 而忽略拉馬克對進(jìn)化理論發(fā)展作出的跨時代貢獻(xiàn)。

教師對科學(xué)的態(tài)度將影響學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，進(jìn)而影響學(xué)生未來從事科學(xué)研究的傾向和作為社會公民的基本素養(yǎng)， 在科學(xué)史教學(xué)中對科學(xué)家抱以客觀的評價意義深遠(yuǎn)。

綜上可見， 科學(xué)史教學(xué)是生物學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展的有效路徑。 教師應(yīng)嘗試以生物學(xué)概念體系和科學(xué)思維為串聯(lián)，設(shè)計富有邏輯性的科學(xué)史教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生站在科學(xué)家的角度思考和討論， 身臨其境地體會科學(xué)發(fā)展的艱難及科學(xué)成就帶給人類社會的價值。進(jìn)而明確當(dāng)代生物學(xué)研究的基本范式，學(xué)會科學(xué)地思考和解決問題， 為未來成為具有生物學(xué)核心素養(yǎng)的公民做好準(zhǔn)備。