利用生物科學(xué)史培養(yǎng)高中生批判性思維

林瑞芳

【摘要】人教版高中生物教材中設(shè)置了專門訓(xùn)練學(xué)生批判性思維的內(nèi)容和欄目。教師要把握好這些內(nèi)容，加強(qiáng)對學(xué)生批判性思維的培養(yǎng)。在生物科學(xué)史教學(xué)中，教師要營造良好的教學(xué)氛圍，全面熟悉教學(xué)內(nèi)容，對學(xué)生的批判性思維進(jìn)行培養(yǎng)?；诖?，文章分析了利用生物科學(xué)史培養(yǎng)高中生批判性思維的策略。

【關(guān)鍵詞】生物科學(xué)史;高中生;批判性思維;培養(yǎng)策略

【基金項目】莆田市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2019年度立項課題“生物學(xué)科素養(yǎng)導(dǎo)向下的批判性思維教學(xué)策略研究”（PTJYKT19115）。

批判性思維就是對自己或者他人的做法、觀點或思維過程開展的質(zhì)疑、評價以及矯正，基于對比、分析和綜合，更全面、準(zhǔn)確地認(rèn)識事物本質(zhì)的思維活動。批判性思維屬于高階思維能力。教師在生物教學(xué)中要注重對學(xué)生的這一能力進(jìn)行培養(yǎng)，將對學(xué)生的理性和創(chuàng)新思維培養(yǎng)具有重要意義。生命科學(xué)是動態(tài)發(fā)展的。通過學(xué)習(xí)科學(xué)史，學(xué)生可以沿著科學(xué)家探究生物領(lǐng)域的道路，把握生命現(xiàn)象本質(zhì)，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，領(lǐng)悟科學(xué)探究精神，對于學(xué)生的生物學(xué)習(xí)具有積極影響。生物科學(xué)史是有效的培養(yǎng)素材。教師要利用好這些內(nèi)容，充分發(fā)揮出它們的作用，促進(jìn)學(xué)生批判性思維的形成和發(fā)展。

一、設(shè)置疑問激發(fā)學(xué)生興趣，導(dǎo)入新課內(nèi)容

在學(xué)習(xí)“植物生長素的發(fā)現(xiàn)”時，教師可以利用生物科學(xué)史，促進(jìn)學(xué)生批判性思維的培養(yǎng)。教師在新課導(dǎo)入時，為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可以利用多媒體給學(xué)生播放小視頻。視頻中的內(nèi)容就是準(zhǔn)備好2盆培養(yǎng)好的綠豆幼苗，它們的生長狀態(tài)一樣，將一盆放到暗箱中進(jìn)行培養(yǎng)，在暗箱一側(cè)打開一個小口，之后將另一盆放到陽光下培養(yǎng)，時間為2天，觀察兩盆幼苗的生長情況[1]。可以看到，在暗箱中培養(yǎng)的綠豆幼苗呈現(xiàn)出向小口生長的情況，另一盆在陽光下培養(yǎng)的幼苗則直立生長。教師給學(xué)生展示視頻，讓他們觀察實驗現(xiàn)象，進(jìn)而引入新課內(nèi)容，然后提出植物向光性定義，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

二、發(fā)現(xiàn)問題，提出假說

教師可以給學(xué)生闡述，達(dá)爾文在1880年對光照在植物胚芽生長中的影響進(jìn)行研究時開展了向光性實驗。其用一種禾本科植物作為材料，把幼苗芽鞘頂部套上不透光的錫紙，并將其放到窗戶前;又將另一部分沒有套錫紙的幼苗同樣放到窗戶前，經(jīng)過8個小時，觀察到套了錫紙的胚芽鞘直立生長，沒有套錫紙的則彎向窗外，切除胚芽鞘的尖端部分之后，其就不會再向窗外彎長。通過研究，達(dá)爾文覺得在單側(cè)光照射下，胚芽的尖端會出現(xiàn)某種物質(zhì)，對于胚芽的生長有一定的影響。

教師可以用視頻呈現(xiàn)出這個實驗，向?qū)W生提出問題：“同學(xué)們，你們覺得這個實驗可以說明什么呢？”對此，學(xué)生會積極地思考、討論和歸納，大多數(shù)學(xué)生都會回答出胚芽鞘的尖端部位是用來感光的，而彎曲生長的地方就屬于伸長區(qū)。在此基礎(chǔ)上，教師可以做出補(bǔ)充：“為何胚芽鞘的尖端部分會影響到伸長區(qū)呢？對此，達(dá)爾文進(jìn)行了推測并提出了兩個假說。首先，尖端在受到單側(cè)光刺激之后，會向下面的伸長區(qū)傳遞一定的影響;其次，伸長區(qū)背光面要比向光面生長的速度快，所以，胚芽鞘產(chǎn)生向光性。你們覺得其所說的‘影響是指什么呢？為何向光面卻比背光面生長的速度要慢呢？”這些問題還需要繼續(xù)證實。

三、通過實驗，對假說進(jìn)行驗證

教師可以先對達(dá)爾文的假說1進(jìn)行探究，也就是胚芽鞘尖端對伸長區(qū)的“影響”，提出問題：“應(yīng)該如何證明？”讓學(xué)生在組內(nèi)討論問題。有的學(xué)生會提出可以采取分離、提取的方式驗證“影響”是不是化學(xué)物質(zhì)。還有的學(xué)生會有質(zhì)疑，他們認(rèn)為1880年的科學(xué)水平和條件有限，還無法進(jìn)行提取，所以應(yīng)該不清楚到底是何種物質(zhì)[2]。

針對學(xué)生的討論，教師可以補(bǔ)充鮑森·詹森的實驗相關(guān)內(nèi)容。其在實驗中設(shè)置了實驗A組和B組。對于A組，先切掉胚芽鞘的頂部，用單側(cè)光照射，觀察生長情況;B組實驗中，把瓊脂片插入到胚芽鞘的頂部，之后也是用單側(cè)光進(jìn)行照射，觀察生長情況。

在這時，教師可以讓學(xué)生猜測其實驗的結(jié)論，并提出：“有學(xué)者覺得這個實驗不夠嚴(yán)密，你覺得實驗的不足是什么？”該問題對學(xué)生的思維提出了較高的要求。教師要給學(xué)生給予提示，讓他們依據(jù)對照實驗的原則進(jìn)行分析，分別是單一變量、對照以及等量原則。學(xué)生通過思考和討論，能夠得出胚芽鞘尖端產(chǎn)生的影響能夠通過瓊脂片傳遞給下部，初步得出這種影響屬于化學(xué)物質(zhì)，而實驗的不足就是未按照單一變量原則，無法證明影響不是來自尖端，需要增加一組對照。對于學(xué)生的回答，教師可以繼續(xù)給學(xué)生展示鮑森·詹森的實驗結(jié)果以及結(jié)論：實驗中A組胚芽鞘是直立生長的，B組胚芽鞘則是向光生長的。進(jìn)而總結(jié)出結(jié)論，即胚芽鞘頂部產(chǎn)生的刺激能夠通過瓊脂片傳遞給下部。和學(xué)生歸納出的結(jié)論一致。

對于胚芽鞘伸長區(qū)的背光面比向光面生長快這一點，教師要讓學(xué)生思考如何設(shè)計實驗進(jìn)行驗證。學(xué)生經(jīng)過之前的學(xué)習(xí)活動已經(jīng)有了一定的探究能力，依據(jù)對教材內(nèi)容的預(yù)習(xí)，可以說出拜爾的實驗設(shè)計，其將有燕麥胚芽鞘尖端放在去掉尖端的胚芽鞘一側(cè)，結(jié)果觀察到胚芽鞘向側(cè)彎曲生長。學(xué)生可以歸納出結(jié)論，即胚芽鞘彎曲生長是由于尖端部分產(chǎn)生的影響傳遞到伸長區(qū)且分布不均勻?qū)е碌?。教師可以提出問題：“其在實驗中為何要選擇黑暗的環(huán)境？”學(xué)生通過思考和討論得到，黑暗的環(huán)境能夠排除光照的影響。教師可以補(bǔ)充講解：“實驗中的自變量，也就是胚芽鞘尖端放到的位置不一樣，導(dǎo)致向下傳遞的影響分布也不均勻，導(dǎo)致因變量伸長區(qū)生長也受到了這一影響，光是無關(guān)變量，所以要將其排除掉?！?/p>

荷蘭科學(xué)家溫特基于拜爾以及詹森的實驗開展了有關(guān)的實驗，其將胚芽鞘尖端切掉并放到瓊脂塊上，經(jīng)過幾個小時，將尖端拿走，把瓊脂片切成小塊，放到?jīng)]有尖端的胚芽鞘切面的一邊，發(fā)現(xiàn)胚芽鞘會朝著有瓊脂塊的一邊彎曲生長。將未接觸過尖端的瓊脂塊放到?jīng)]有尖端的胚芽鞘的一邊，發(fā)現(xiàn)其既沒有彎曲也沒有生長[3]。從而得出結(jié)論：胚芽鞘的尖端產(chǎn)生了一種物質(zhì)，從尖端傳遞到下部，讓下部生長。其在實驗中就發(fā)明了生長素的定量分析法。教師可以提問學(xué)生：“其實驗可以得出的結(jié)論是什么？”學(xué)生歸納出：胚芽鞘彎曲生長是因為一種化學(xué)物質(zhì)導(dǎo)致的，就是生長素。同時提出了實驗的不足，即沒有對照組，還自己設(shè)計了對照組。之后教師可以給學(xué)生補(bǔ)充1931年郭葛第一次在人尿中分離出有生長素效應(yīng)的吲哚乙酸。然而因為植物體內(nèi)生長素非常少，到1946年才在高等植物中分離出生長素，并將其定為IAA生長素，其屬于植物激素，在植物體內(nèi)由色氨酸合成。

教師可以對生長素發(fā)現(xiàn)歷程中的科學(xué)探究步驟進(jìn)行歸納，先發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而提出假說，之后設(shè)計實驗，用實驗進(jìn)行驗證，最后得出結(jié)論，讓學(xué)生學(xué)習(xí)這些方法。

四、建立模型，沉淀思維

教師可以向?qū)W生提出問題：“同學(xué)們，你們可以結(jié)合生長素發(fā)現(xiàn)過程，建立出植物向光性原因分析模型嗎？”并給他們一定的提示，分別是感光部位、生長素作用部位、出現(xiàn)生長素的部位、內(nèi)因和外因。讓學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論，用白板進(jìn)行展示。在對伸長區(qū)生長素分布不均勻因素進(jìn)行討論時，學(xué)生得出兩種解釋：一種是單側(cè)光在尖端部位限制了生長素的合成，另一種是單側(cè)光讓生長素在胚芽鞘尖端部位出現(xiàn)了橫向運(yùn)輸。學(xué)生不能統(tǒng)一觀點，這時教師就要進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，讓學(xué)生通過設(shè)計實驗，對觀點分別進(jìn)行驗證。

經(jīng)過教師的指點，學(xué)生會設(shè)計出探究生長素分布不均勻的實驗。教師繼而提出問題：“如果你們的假設(shè)都正確，會有什么樣的實驗現(xiàn)象呢？”學(xué)生進(jìn)行分析和歸納：如果實驗1測的生長素總量比實驗2的多，且實驗2中的左側(cè)生長素多于右側(cè)生長素總量，就可以證明第一種觀點;如果實驗1中測的生長素總量和實驗2總量一樣，且實驗2左側(cè)生長素總量比右側(cè)多，就可以驗證第二個觀點。經(jīng)過分析，他們也想要知道實驗結(jié)果。教師可以運(yùn)用多媒體給學(xué)生展示實驗結(jié)果。通過分析，可以證明第二種觀點是正確的，進(jìn)而建立模型，并用動畫展示。教師要給學(xué)生闡述科學(xué)是動態(tài)發(fā)展、不斷進(jìn)步的，并用案例進(jìn)行證明。如，關(guān)于植物向光性的研究一直都有，還有的學(xué)者用蘿卜和向日葵的幼苗進(jìn)行實驗研究，發(fā)現(xiàn)單側(cè)光照射下，背光側(cè)和向光側(cè)生長素含量一樣，然而導(dǎo)致生長素受影響的物質(zhì)分布呈現(xiàn)出不均勻的現(xiàn)象。還有的學(xué)者按照溫特的實驗過程開展實驗，發(fā)現(xiàn)胚芽鞘彎曲是因為生長素以及其抑制類物質(zhì)共同影響導(dǎo)致的[4]。這些學(xué)者的實驗也讓“生長素分布均勻假說”存在挑戰(zhàn)，現(xiàn)階段科學(xué)界對此還未達(dá)成統(tǒng)一。可見，生命科學(xué)的實質(zhì)就是在不斷地爭議以及質(zhì)疑中發(fā)展進(jìn)步的。學(xué)生可以從中領(lǐng)悟科學(xué)發(fā)展的思想，培養(yǎng)勇敢質(zhì)疑的意識。

五、結(jié)語

綜上所述，運(yùn)用生物科學(xué)史，可以對學(xué)生的批判性思維進(jìn)行有效培養(yǎng)。因此，教師在教學(xué)中要利用好生物科學(xué)史，激勵學(xué)生質(zhì)疑，引出之后的科學(xué)探究活動，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識，對他們的問題發(fā)現(xiàn)、分析和解決的能力進(jìn)行培養(yǎng)，鍛煉他們的探究能力，讓學(xué)生可以慢慢形成自主思考、勇于創(chuàng)新和質(zhì)疑的良好品質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生生物核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

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