利用科學(xué)史開(kāi)展論證式教學(xué)，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

袁細(xì)清

摘要 以“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”為例，采取論證式教學(xué)策略，圍繞“胰液分泌是一個(gè)神經(jīng)反射→胰液分泌是一個(gè)化學(xué)調(diào)節(jié)的過(guò)程→胰液分泌既是一個(gè)神經(jīng)反射（神經(jīng)調(diào)節(jié)），又有化學(xué)調(diào)節(jié)過(guò)程（激素調(diào)節(jié)）”這三個(gè)主張，讓學(xué)生模仿科學(xué)家工作的范式，在提出質(zhì)疑、收集資料、尋找證據(jù)、捍衛(wèi)主張、討論與分享中習(xí)得生物學(xué)知識(shí)，發(fā)展科學(xué)思維，感悟科學(xué)精神。

關(guān)鍵詞 科學(xué)史 論證式教學(xué) 科學(xué)思維

中圖分類號(hào) G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

文件編號(hào)：1003-7586（2020）08-0028-03

生命科學(xué)的研究與發(fā)展的歷程充分體現(xiàn)了科學(xué)是在不斷修正、完善中發(fā)展的論證過(guò)程。傳統(tǒng)的科學(xué)史教學(xué)由于弱化了對(duì)科學(xué)知識(shí)的論證，導(dǎo)致學(xué)生在課堂上接受了許多正確的科學(xué)知識(shí)，但他們并不知道正確的科學(xué)知識(shí)是怎樣獲得的。為此，在科學(xué)史的教學(xué)中引入論證式教學(xué)策略，重演科學(xué)家構(gòu)建科學(xué)理論，解決科學(xué)爭(zhēng)端，獲得科學(xué)結(jié)論的歷程，以幫助學(xué)生促進(jìn)對(duì)科學(xué)概念和科學(xué)知識(shí)的理解，并促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1科學(xué)思維與論證式教學(xué)

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)的求知態(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(wèn)題的思維習(xí)慣和能力?？茖W(xué)思維的培養(yǎng)有多種策略和方式，其中的一個(gè)重要策略就是論證或科學(xué)論證。在生物學(xué)教學(xué)中引入論證式教學(xué)，實(shí)質(zhì)是引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家那樣將科學(xué)領(lǐng)域的論證工作方式引入生物課堂，使學(xué)生經(jīng)歷類似科學(xué)家的論證過(guò)程，以促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)概念和科學(xué)知識(shí)，并發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的教學(xué)模式。人教版高中生物教材中的科學(xué)史以多以時(shí)間為主線，展現(xiàn)生物學(xué)科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法的演進(jìn)過(guò)程，不僅隱含豐富的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和科學(xué)觀點(diǎn)，而且具有很高的育人價(jià)值。因此，論證式教學(xué)策略非常適用于科學(xué)史教學(xué)。

促胰液素的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了“特定階段得出的特定結(jié)論，后又受到質(zhì)疑，再次論證并修正結(jié)論的論證過(guò)程”，與修改后適用于中學(xué)生物教學(xué)的圖爾敏論證模式相吻合。因此，圍繞以下“主張”采用論證式教學(xué)策略展開(kāi)教學(xué)（圖1）：胰液分泌是一個(gè)神經(jīng)反射→胰液分泌是一個(gè)化學(xué)調(diào)節(jié)的過(guò)程→胰液分泌既是一個(gè)神經(jīng)反射（神經(jīng)調(diào)節(jié)），又有化學(xué)調(diào)節(jié)過(guò)程（激素調(diào)節(jié)），讓學(xué)生在親歷提出質(zhì)疑、收集資料、尋找證據(jù)、捍衛(wèi)主張、討論與分享中習(xí)得生物學(xué)知識(shí)，發(fā)展演繹與推理、分析與綜合、抽象與概括等邏輯思維和批判性、發(fā)散性思維。

2教學(xué)過(guò)程

2.1投影狗的消化系統(tǒng)模式圖

教師簡(jiǎn)述食物的消化吸收和消化液的分泌等前概念知識(shí)，以喚醒學(xué)生頭腦中已有的前科學(xué)概念，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)同結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)，為后續(xù)的教學(xué)活動(dòng)作鋪墊。

2.2資料導(dǎo)入，提出主張

教師提供以下資料，引導(dǎo)學(xué)生提出主張：法國(guó)實(shí)驗(yàn)生理學(xué)家克勞德吖白爾納和巴甫洛夫?qū)嶒?yàn)室的生理學(xué)家道林斯基先后發(fā)現(xiàn)酸性食糜進(jìn)入小腸會(huì)引起胰液分泌。這一現(xiàn)象引起了科學(xué)家的思考：“促使胰液分泌的信息是如何從小腸傳遞到胰腺的呢？”在19世紀(jì)，學(xué)術(shù)界普遍信仰“神經(jīng)論”思想，包括巴甫洛夫?qū)W派也認(rèn)為，胃酸刺激小腸的神經(jīng)，神經(jīng)將興奮傳給胰腺，使胰腺分泌胰液（提出主張）。

設(shè)計(jì)意圖：教師引入材料，提出問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，并引導(dǎo)學(xué)生回顧神經(jīng)調(diào)節(jié)的相關(guān)知識(shí)，為后續(xù)的論證教學(xué)開(kāi)展提供必備知識(shí)。教師使學(xué)生了解當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)界對(duì)此現(xiàn)象的主流觀點(diǎn)，也為凸顯斯他林和貝利斯勇于沖破固有的思想、觀念、理論的束縛，尊重科學(xué)、注重實(shí)證的科學(xué)精神埋下伏筆。

2.3引導(dǎo)學(xué)生為主張尋找論據(jù)

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：針對(duì)“胃酸引起胰腺分泌是一個(gè)神經(jīng)反射”這一觀點(diǎn)，有哪些科學(xué)家的研究結(jié)果是支持這一主張的？教師引導(dǎo)各學(xué)習(xí)小組開(kāi)展討論，師生共同討論后認(rèn)為沃泰默的研究成果可作為該主張的證據(jù)（表1）。

教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生分析論據(jù)的適切性：上述哪組實(shí)驗(yàn)最適合為“胃酸引起胰腺分泌是一個(gè)神經(jīng)反射”這一主張?zhí)峁┱摀?jù)？請(qǐng)闡述你的觀點(diǎn)并寫(xiě)出該反射的反射弧。

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生遵循科學(xué)研究范式，模擬科學(xué)家的思維方式，圍繞主張所需的論據(jù)進(jìn)行資料收集與分析、提煉觀點(diǎn)，為主張?zhí)峁┳C據(jù)，從而培養(yǎng)學(xué)生的分析綜合能力、語(yǔ)言表達(dá)能力和實(shí)證精神。

2.4提出質(zhì)疑，引導(dǎo)學(xué)生引用其它論據(jù)捍衛(wèi)主張

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：如果第①、②組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠說(shuō)明胃酸引起胰腺分泌是一個(gè)神經(jīng)反射。那么，又該如何解釋第③組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果呢？

有學(xué)生引用教材回答：這可能是小腸上微小的神經(jīng)難以剔除干凈，這是一個(gè)十分頑固的神經(jīng)反射。

教師繼續(xù)追問(wèn)：回顧反射的相關(guān)知識(shí)，如果小腸的神經(jīng)剔除干凈，反射還會(huì)發(fā)生嗎？

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生基于事實(shí)進(jìn)行深入的分析與推理判斷，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)能力和推理判斷能力，提升學(xué)生的思維品質(zhì)。

2.5開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究，尋找新的論據(jù)，修正原有的主張

2.5.1提出假說(shuō)

教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)沃泰默的第③組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究：大家對(duì)沃泰默的解釋滿意嗎？如果不認(rèn)同他的觀點(diǎn)，又該如何解釋第③組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？

各小組紛紛討論發(fā)表自己的看法，課堂氣氛非?；钴S。師生討論后提出如下假設(shè)：“在鹽酸的作用下，小腸黏膜可能產(chǎn)生了一種化學(xué)物質(zhì)，這種物質(zhì)進(jìn)入血液后，隨血液到達(dá)胰腺，引起胰液的分泌?！?/p>

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)前人的研究成果進(jìn)行推理論證，并提出自己的觀點(diǎn)，從而培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神和批判性思維，發(fā)展學(xué)生的演繹與推理、抽象與概括能力。

2.5.2設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，修正原有主張

教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)剛才的假設(shè)，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。學(xué)生討論后提出：“如果要推翻沃泰默的觀點(diǎn)，應(yīng)該像斯他林和貝利斯那樣，把狗的一段小腸剪下來(lái)，刮下黏膜，將黏膜與稀鹽酸混合，一段時(shí)間后加沙子磨碎，制成提取液。將提取液注射到同一條狗的靜脈中，觀察胰腺是否分泌胰液?！?/p>

教師引導(dǎo)學(xué)生討論：斯他林和貝利斯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了什么？你能從中得出什么結(jié)論？師生討論后，得出結(jié)論：“在鹽酸的作用下，小腸黏膜可能產(chǎn)生了一種化學(xué)物質(zhì)，這種物質(zhì)進(jìn)入血液后，隨血液到達(dá)胰腺，引起胰液的分泌?！保ㄐ拚兄鲝垼?/p>

教師繼續(xù)追問(wèn)：斯他林和貝利斯的實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了怎樣的設(shè)計(jì)思想？按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵行的原則，上述實(shí)驗(yàn)缺少了對(duì)照實(shí)驗(yàn)。如果讓你重復(fù)斯他林和貝利斯對(duì)這一問(wèn)題這一探究過(guò)程，你該如何設(shè)置對(duì)照，以平衡無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響？

設(shè)計(jì)意圖：教師利用問(wèn)題串，激發(fā)學(xué)生的探究熱情;通過(guò)拓展、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)思想;通過(guò)交流與評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，發(fā)展學(xué)生的批判性思維并提高語(yǔ)言表達(dá)能力;最后，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)思想、對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)置等問(wèn)題的分析與討論，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維。

2.6對(duì)修正后的主張繼續(xù)探究，進(jìn)一步完善主張

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：斯他林等科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)表明，鹽酸刺激小腸黏膜，引起胰腺分泌胰液是一個(gè)化學(xué)調(diào)節(jié)過(guò)程，并且把小腸黏膜分泌的這種物質(zhì)命名為促胰液素。那么，胰腺的分泌是否只有化學(xué)調(diào)節(jié)一種途徑呢？

學(xué)生小組討論后，有部分學(xué)習(xí)小組的學(xué)生把他們收集到的資料分享出來(lái)：現(xiàn)代科學(xué)研究表明，食物的色、香、味、形及對(duì)各消化道的刺激，可通過(guò)條件反射和非條件反射引起胰液分泌，支配胰腺的神經(jīng)為迷走神經(jīng)和內(nèi)臟神經(jīng)。

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：上述說(shuō)明說(shuō)明了什么？結(jié)合斯他林和貝利斯的實(shí)驗(yàn)，總結(jié)胰腺分泌胰液的調(diào)節(jié)方式。

師生討論后得出結(jié)論：“酸性食糜（主要刺激物是鹽酸）進(jìn)入小腸后，刺激小腸黏膜上皮分泌促胰液素，經(jīng)體液的傳送作用于胰腺，引起胰液分泌。這是一個(gè)化學(xué)物質(zhì)引起的調(diào)節(jié)過(guò)程。此外，食物的色、香、味、形及對(duì)各消化道的刺激，通過(guò)條件反射和非條件反射，也會(huì)引起胰液分泌。這是一個(gè)神經(jīng)調(diào)節(jié)過(guò)程?！?/p>

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過(guò)資料分析進(jìn)一步完善主張，從而培養(yǎng)抽象概括能力，領(lǐng)悟生命活動(dòng)的復(fù)雜性。同時(shí)，教師通過(guò)梳理促胰液的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，滲透科學(xué)研究是一個(gè)不斷證偽、不斷豐富認(rèn)識(shí)、不斷完善結(jié)論的過(guò)程，提升學(xué)生的辨證思維品質(zhì)。

2.7重溫巴甫洛夫及其團(tuán)隊(duì)的相關(guān)研究，引發(fā)學(xué)生深入感悟科學(xué)精神

教師展示資料：關(guān)于酸性食糜進(jìn)入小腸引起胰液分泌這個(gè)現(xiàn)象，巴甫洛夫的另一個(gè)學(xué)生帕皮爾斯基也開(kāi)展了系列的研究。他發(fā)現(xiàn)，切斷雙側(cè)迷走神經(jīng)、切斷雙側(cè)內(nèi)臟大神經(jīng)以及毀損延髓后鹽酸溶液仍能引起胰液分泌。斯他林和貝利斯發(fā)現(xiàn)促胰液素的論文于當(dāng)年發(fā)表后，巴甫洛夫讓他的一個(gè)學(xué)生來(lái)重復(fù)斯他林和貝利斯的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)出現(xiàn)提取物引起胰液分泌時(shí)，巴爾洛夫深表遺憾地說(shuō)：“自然，人家是對(duì)的。很明顯，我們失去了一個(gè)發(fā)現(xiàn)真理的機(jī)會(huì)！”

教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀材料并思考：上述材料引發(fā)了你怎樣的思考，請(qǐng)從科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神的角度談?wù)勛约旱捏w會(huì)。

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)科學(xué)探究要敢于質(zhì)疑權(quán)威、并以事實(shí)為基礎(chǔ)，客觀地做出結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證精神和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，并使學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)到在那特殊的歷史時(shí)期，斯他林和貝利斯兩位科學(xué)家表現(xiàn)出尊重事實(shí)、不迷信權(quán)威的科學(xué)精神，敢于沖破傳統(tǒng)觀念的束縛，堅(jiān)持真理的寶貴品質(zhì)。

3教學(xué)反思

本節(jié)課圍繞胰液分泌的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行分析與論證，鼓勵(lì)學(xué)生大膽嘗試提出主張、使用證據(jù)支持或反駁主張，發(fā)展科學(xué)思維，提升交流技能。教師結(jié)合問(wèn)題串，引導(dǎo)學(xué)生深入理解3位生理學(xué)家的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理和思路，培養(yǎng)他們的深度學(xué)習(xí)能力，提升科學(xué)素養(yǎng)。由于論證式教學(xué)與以往的教學(xué)模式有所區(qū)別，為提升論證的質(zhì)量與品質(zhì)，特提出如下建議。

（1）組建學(xué)習(xí)小組，課前培訓(xùn)小組長(zhǎng)并布置學(xué)習(xí)任務(wù)。開(kāi)展基于論證的學(xué)習(xí)活動(dòng)，需要組建一個(gè)類似科學(xué)家的研究團(tuán)隊(duì)，課前培訓(xùn)各學(xué)習(xí)小組的小組長(zhǎng)，讓他們帶領(lǐng)自己的組員學(xué)習(xí)如何收集資料、如何提出觀點(diǎn)（主張），如何為觀點(diǎn)提供論據(jù)等。

（2）圍繞論證教學(xué)流程精心設(shè)計(jì)問(wèn)題串，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展有意義的交流與對(duì)話。由于學(xué)生的思維無(wú)法完全預(yù)設(shè)，因此師生的對(duì)話總是充滿各種變化。為此，教師一方面要圍繞論證的主題合理設(shè)計(jì)教學(xué)流程，精心設(shè)計(jì)問(wèn)題串;另一方面要充分注意課堂的生成性，并及時(shí)把它轉(zhuǎn)化成教學(xué)素材加以利用，讓教學(xué)變得機(jī)智，讓課堂變得生動(dòng)。另外，教師要充分尊重學(xué)生的主體地位，為課堂教學(xué)提供良好氛圍。

（3）教學(xué)過(guò)程要避免為論證而論證，進(jìn)而忽視對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解?？茖W(xué)本質(zhì)即是關(guān)于科學(xué)的知識(shí)，在利用科學(xué)史開(kāi)展論證式教學(xué)過(guò)程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生深入分析材料（論據(jù)）與主張的內(nèi)在邏輯關(guān)系，同時(shí)要精選資料全面反映科學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷程，引導(dǎo)學(xué)生深刻理解科學(xué)知識(shí)的獲得過(guò)程，以加深對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。