基于科學史深度學習 培養(yǎng)學生生物學核心素養(yǎng)

黃東姐

關鍵詞：初中生物;科學史教學;學科核心素養(yǎng);深度學習

《普通高中生物課程標準（2017年版）》把核心素養(yǎng)確定為課程學習的主要目標，要求教師在生物學科教學過程中應注重發(fā)展學生的關鍵能力和必備品格[ 1 ]。生物科學史描述著科學家探索生命科學的過程，承載著科學家對生命科學探索的智慧和結(jié)晶，蘊含著科學家的科學思維與精神，具有重要的科學教育意義。對于課堂教學來說，是培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的良好素材。本文以“生物膜的流動鑲嵌模型”的科學史教學為例，闡述如何引導學生對生物科學史進行深度學習，從而提升對科學本質(zhì)的理解，以提高學科核心素養(yǎng)。

1 ?基于科學史深度學習，培養(yǎng)學生生物學核心素養(yǎng)的實踐

1.1 ?提煉科學史重要概念，感悟生命觀念

生命觀念是生物核心素養(yǎng)中最具特色的部分，是指人們能夠?qū)τ^察到的生命現(xiàn)象或事件進行解釋的品格和能力。具體表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、進化與適應觀等。教學中，學生在理解生物學相關知識的基礎上，形成生命觀念，為解釋生命現(xiàn)象、探索生命規(guī)律打下基礎[ 1 ]。

“生物膜的流動鑲嵌模型”是“細胞膜”這一教學內(nèi)容中的重要概念。前幾節(jié)的教學中，學生已經(jīng)學習了“細胞膜的功能”“物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗?，明晰了細胞膜和其他生物膜是選擇透過性膜這一特性。在課堂導入，教師展示實驗情境模擬，提問：正常形態(tài)的紅細胞，內(nèi)含豐富的血紅蛋白，為什么里面的血紅蛋白不會流出？生物膜應具有怎樣的結(jié)構(gòu)才能實現(xiàn)這些功能？引發(fā)學生對知識探索的興趣，滲透了細胞結(jié)構(gòu)與功能相應的觀點。課堂教學中，教師引導學生沿著科學家的足跡體驗探索過程，并讓學生完成模型的建構(gòu)，從中提煉“生物膜的流動鑲嵌模型”這一重要概念，深化了學生對生物膜結(jié)構(gòu)的認識和理解，形成生命觀念。

在科學史教學中關注“生命觀念”的育人價值，把“生命觀念”落實于課堂教學中，使學生對于生命本質(zhì)有了科學、系統(tǒng)的認識。從生命的視角，感悟生命結(jié)構(gòu)的巧妙，感悟生命現(xiàn)象的奇特，從而熱愛生命，熱愛自然。

1.2 ?體驗科學史探索歷程，發(fā)展科學思維

科學思維貫穿于科學本質(zhì)學習的全過程，是一種基于證據(jù)和邏輯推理的思維方式。教師通過引導學生體驗“生物膜的流動鑲嵌模型”中相關科學家的探索歷程，分析相關資料，培養(yǎng)學生的科學思維。

在“歐文頓的物質(zhì)通透性實驗”教學中，教師引導學生提出假說：膜是由脂質(zhì)組成的。部分學生提出質(zhì)疑：這樣推導出的假說可靠嗎？為什么不直接對生物膜進行提取、分離和鑒定呢？教師引導學生嘗試解釋問題，最后師生共同分析尋找證據(jù)。在“荷蘭科學家Gorter和Grendel的紅細胞膜實驗”教學中，教師引導學生大膽推測細胞膜中有兩層磷脂分子，并讓學生利用教師提供的“磷脂分子的圖片”在紙上貼出它們可能的排列方式，嘗試說出理由。羅伯特森（J.D.Robertsen）的電鏡實驗，羅伯特森把生物膜看作了靜止的結(jié)構(gòu)。教師引導學生小組討論：你們認為這個觀點正確嗎？能不能根據(jù)我們所學的知識找到反駁的證據(jù)？

教師創(chuàng)設情境讓學生進行推理得出假說，并鼓勵學生提出質(zhì)疑，師生共同探討，對觀點進行辯駁，最后得出相關主張。整個過程，師生的思維進行激烈的碰撞，學生的批判與質(zhì)疑、歸納與總結(jié)、演繹與推理等科學思維方法都得到充分的呈現(xiàn)與發(fā)展。

1.3 ?關注科學史探究方法，提升探究能力

科學探究是一種基于觀察、設計實驗等的綜合能力，滲透著科學態(tài)度和科學精神。其核心內(nèi)涵主要包括提出問題，自主設計實驗方案，收集并記錄數(shù)據(jù)，小組合作討論交流，并得出相關結(jié)論[ 2 ]。

學生要真正理解“Larry Frye等的人、鼠細胞融合實驗”中的免疫熒光染色技術(shù)，必須聯(lián)系到免疫學和化學知識。在這環(huán)節(jié)的教學中，教師先簡單介紹熒光標記技術(shù)，抗原抗體特異性結(jié)合的原理，細胞融合技術(shù)。在此基礎上，教師提出問題：如何利用免疫熒光染色技術(shù)將人和鼠細胞膜的蛋白質(zhì)進行標記呢？實驗應在什么條件下進行？可能出現(xiàn)什么實驗現(xiàn)象？然后引導學生小組合作，交流討論，并嘗試設計實驗方案。師生共同分析該實驗原理，教師利用課件展示科學家的實驗過程，學生通過推測得出相關結(jié)論：細胞膜上的蛋白質(zhì)可以運動。教師進一步拋出問題：生物膜的分子結(jié)構(gòu)具有什么特點？從而順理成章地引出“生物膜的流動鑲嵌模型”。

生物科學史資料蘊藏著大量的科學實驗探究方法，教師有選擇地引導學生對科學實驗方法進行分析，挖掘其內(nèi)在的核心價值，讓學生體驗知識的形成過程，感悟科學家設計實驗的巧妙和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。這樣，學生既能深刻理解并掌握科學知識，又能提升探究能力。

1.4 ?感悟科學史育人價值，樹立社會責任

社會責任教育在生物教學中不容忽視，主要是培養(yǎng)學生具有與生物學科相關的社會責任意識與擔當能力。具體表現(xiàn)為關愛生命、健康生活，保護生態(tài)環(huán)境，社會參與、科學實踐的意識，與能運用生物學知識正確地判斷與解決所遇到的相關問題的能力[ 3 ]。

學生通過“羅伯特森（J.D.Robertsen）的電鏡實驗”與“Larry Frye等的人、鼠細胞融合實驗”這兩段科學史的學習，明白了科學學說并不是一成不變的，幫助學生樹立正確的科學態(tài)度，理性地分析與解釋科學現(xiàn)象。生物科學史描繪著生命起源的探索，生命規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，生物技術(shù)的發(fā)展等?？茖W史的學習能幫助學生辨別“神創(chuàng)論”迷信，能理性地參與社會議題討論，正確地解釋生產(chǎn)生活中的生物學問題。同時也幫助學生更深刻地理解生命來之不易，從而產(chǎn)生關愛生命、保護環(huán)境等的責任感。

2 ?基于科學史深度學習，培養(yǎng)學生生物學核心素養(yǎng)的若干思考

2.1 ?哲學分析科學史資料，以達到深度學習

本課例中，教師對每個科學史實驗資料的分析，都提出哲學式的問題：為什么會這樣？實驗在什么條件下才能進行？可能出現(xiàn)什么樣的實驗現(xiàn)象？引導學生批判質(zhì)疑，促進學生理性思考。初、高中生物教材中都有著豐富的科學史資料，教師在使用這些資料時，不應只停留于講科學小故事的層面，而是在課堂教學中引入哲學分析，把科學史與科學哲學有機結(jié)合起來，引導學生對科學實驗進行深度加工。觸及到科學本質(zhì)的學習，生物科學史的育人價值才能得到真正的體現(xiàn)。

2.2 ?適度拓展科學史資料，以完善知識體系

教師在分析“免疫熒光標記實驗”后，補充了“冰凍蝕刻技術(shù)顯示了雙層膜脂中存在膜蛋白顆?！钡南嚓P資料，讓學生明白蛋白質(zhì)不是全部平鋪在磷脂的表面，而是鑲在、嵌入、或橫跨在磷脂雙分子層中，使學生對于“生物膜的流動鑲嵌模型”的理解更為形象與深刻。教材中的科學史由于受到版面等方面的限制，往往不能面面俱到。教師可結(jié)合學生已有的認知水平和最近發(fā)展區(qū)適當拓展科學史資料，創(chuàng)造持續(xù)性的歷史情境，引導學生層層遞進，從而形成完整的知識體系。

2.3 ?遷移科學史資料于課外學習，以增強科學認識

學校組織的課外學習主要包括研究性學習，校本課程等。它超越了課堂教學時間和教材內(nèi)容的局限，給予學生更大的學習空間。教師引導學生確立幾個與認知水平相當?shù)目茖W史課程內(nèi)容，鼓勵學生搜集材料，自主學習，教師適時進行點撥、解惑。將科學史教學遷移到課外學習活動中，能有效地彌補課堂教學的不足，增強學生的科學認識，同時提高學生的生物學科素養(yǎng)。

參考文獻：

[1]肖安慶.高中生物核心素養(yǎng)的內(nèi)涵與培養(yǎng)策略[J].中學生物學，2017（3）.

[2]吳成軍.基于生物學核心素養(yǎng)的高考命題研究[J].中國考試，2016（10）.

[3]蔣桂林.基于高中生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的生物學科素養(yǎng)的思考[J].中國考試，2015（10）.