例談初中生物學(xué)教材中科學(xué)史的教育價值

朱桂貞

（山東省青島市嶗山區(qū)教研室 山東青島 266061）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出“核心素養(yǎng)為宗旨”是普通高中生物學(xué)課程的基本理念之一，在實(shí)施建議中提出要“注重生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)”?！读x務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》在課程性質(zhì)中明確提出“既要讓學(xué)生獲得基礎(chǔ)的生物學(xué)知識，又要讓學(xué)生領(lǐng)悟生物學(xué)家在研究過程中所持有的觀點(diǎn)以及解決問題的思路和方法”，這與高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的理念相契合。初中生物學(xué)教材中也包涵了很多科學(xué)史內(nèi)容，為教師開展科學(xué)史教育教學(xué)提出了要求。筆者以人教版義務(wù)教育教科書生物學(xué)（2012年版）中的生物科學(xué)史內(nèi)容為例，對科學(xué)史的教育價值進(jìn)行了探索。

1 教材中的科學(xué)史內(nèi)容梳理

人教版教材在架構(gòu)義務(wù)教育生物學(xué)課程體系時，精選了符合初中生認(rèn)知發(fā)展水平的科學(xué)史內(nèi)容，多元化地呈現(xiàn)在教材中。從科學(xué)史教育功能的側(cè)重點(diǎn)考慮，可大致歸為以下三類。

1.1 發(fā)展科學(xué)思維的科學(xué)史

這部分科學(xué)史在教材中經(jīng)常以圖文并茂的方式呈現(xiàn)，教師可以利用科學(xué)史創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生以科學(xué)家的身份，通過分析、討論、實(shí)驗等方式更有效地建構(gòu)知識，掌握方法，發(fā)展思維。

例如，七年級上冊第四、第五章節(jié)涉及到“1648—1653年期間比利時科學(xué)家海爾蒙特的實(shí)驗”“1773年英國科學(xué)家普利斯特利的實(shí)驗”“1779年荷蘭科學(xué)家英格豪斯的實(shí)驗”“1864年德國科學(xué)家薩克斯的實(shí)驗”等。學(xué)生通過上述科學(xué)史，既可探究、歸納出光合作用的原料、條件、產(chǎn)物，進(jìn)而自主構(gòu)建光合作用的概念；也可掌握科學(xué)探究的一般程序和方法，如實(shí)驗選材的注意事項，遵循實(shí)驗設(shè)計的對照性原則、單一變量原則等的必要性；并能從中獲得科學(xué)思維能力的發(fā)展。

1.2 樹立科學(xué)價值觀的科學(xué)史

科學(xué)價值觀就是用科學(xué)的世界觀和方法論來看待某一事物所具有的價值。教材在課程內(nèi)容中突出了科學(xué)、技術(shù)和社會的相互關(guān)系，如設(shè)置了“科學(xué)·技術(shù)·社會”欄目，分布在相關(guān)章節(jié)后面。該欄目的科學(xué)史內(nèi)容與生產(chǎn)生活聯(lián)系緊密，有助于學(xué)生正確認(rèn)識科學(xué)、技術(shù)、社會的互動關(guān)系，建立科學(xué)價值觀。

例如，八年級下冊第二章第三節(jié)“基因的顯性和隱性”一節(jié)的“科學(xué)·技術(shù)·社會”欄目以“中國擁抱‘基因世紀(jì)’”為題，介紹了人類基因組計劃及中國在“基因世紀(jì)”的貢獻(xiàn)。這一史料會讓學(xué)生感受到生物技術(shù)發(fā)展對生物科學(xué)進(jìn)步的推動、生物科學(xué)進(jìn)步對生物技術(shù)提供的理論支持，也會引發(fā)學(xué)生深度思考人類基因組研究計劃可能對科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、倫理、法律及社會的影響，認(rèn)識到科學(xué)技術(shù)這把“雙刃劍”不僅能造福于人類，也可能帶來災(zāi)難，從而建立科學(xué)的價值觀。

1.3 激發(fā)愛國主義的科學(xué)史

愛國主義是民族精神的核心，關(guān)乎國家和民族的凝聚力。教材中有多處科學(xué)史料介紹了我國科學(xué)家的研究成果以及在科技、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、醫(yī)療衛(wèi)生等方面取得的巨大成就，弘揚(yáng)了愛國精神、激發(fā)了學(xué)生的愛國志向。

例如，八年級下冊第七單元第二章第五節(jié)“生物的變異”、第八單元第二章“用藥與急救”章節(jié)的“科學(xué)家的故事”欄目，分別介紹了“袁隆平與雜交水稻”“李時珍與《本草綱目》”。通過上述科學(xué)史料，學(xué)生可了解“袁隆平院士攻克雜交水稻”這一世界難題對全世界人類的重要意義、李時珍的中藥巨著歷時五百多年仍然是世界各國廣泛查閱的醫(yī)學(xué)寶典。學(xué)生會肅然起敬，強(qiáng)烈的民族自豪感和愛國主義情感油然而生，會激發(fā)奮發(fā)圖強(qiáng)、報效祖國的責(zé)任意識和擔(dān)當(dāng)。

2 生物科學(xué)史育人價值的實(shí)踐策略

基于生物科學(xué)史的教學(xué)不僅僅有助于學(xué)生理解生物學(xué)學(xué)科的本質(zhì)，把握生物學(xué)的核心內(nèi)容，更有助于學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)，養(yǎng)成科學(xué)思維，提升科學(xué)素養(yǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)知識的自主構(gòu)建?？茖W(xué)史在學(xué)生科學(xué)思維的養(yǎng)成方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，是學(xué)生科學(xué)思維養(yǎng)成的重要驅(qū)動力。

2.1 以史為媒，激發(fā)學(xué)生對生物學(xué)的學(xué)習(xí)興趣

教學(xué)內(nèi)容的意義價值促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的形成和發(fā)展，科學(xué)史所蘊(yùn)含的豐富的教育價值有助于培養(yǎng)學(xué)生對生物學(xué)科的興趣，包括維持對科學(xué)探究的情境興趣、形成對生物科學(xué)的個人興趣等。

2.1.1 助力學(xué)生維持對科學(xué)探究的情境興趣

教材中科學(xué)史的呈現(xiàn)方式多種多樣，編排在單元序言、教材正文、教材正文中“想一想，議一議”“技能訓(xùn)練”“資料分析”等欄目、教材正文后“科學(xué)家的故事”“科學(xué)·技術(shù)·社會”等課外閱讀欄目。教師可以這些豐富的科學(xué)史為載體，創(chuàng)設(shè)富有探究性、挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)情境，通過富有邏輯性、啟發(fā)性、開放性的問題串進(jìn)行任務(wù)驅(qū)動，引領(lǐng)學(xué)生穿越時空、在生物科學(xué)發(fā)展的歷史長河中感受科學(xué)探究的樂趣和魅力，維持其對科學(xué)探究的情境興趣。

例如，七年級上冊第三單元引言中提到植物生理學(xué)家季米里亞捷夫?qū)G色植物在生物圈中作用的描述：“它是竊取天火的普羅米修斯，它所獲取的光和熱，不僅養(yǎng)育了地球上的其他生物，而且使巨大的渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，使詩人的筆生輝”。教師可順勢激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究興趣：你認(rèn)為季米里亞捷夫?qū)⒕G色植物比喻成“竊取天火”的普羅米修斯，確切嗎？你有哪些論據(jù)證明自己的觀點(diǎn)？你的論據(jù)能通過實(shí)驗進(jìn)行展現(xiàn)嗎？綠色植物“竊取天火”這一生理活動對生物圈產(chǎn)生了哪些影響？

2.1.2 助力學(xué)生形成對生物科學(xué)的興趣

教材中有很多介紹科學(xué)家經(jīng)典案例的科學(xué)史，將其和教學(xué)內(nèi)容有機(jī)整合，可使學(xué)生在科學(xué)家的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神中受到熏陶和感染，潛移默化中形成對生物科學(xué)的個人興趣。

例如，“遺傳學(xué)之父”孟德爾歷經(jīng)8年，堅持不懈地進(jìn)行了多種植物的雜交實(shí)驗，提出了“分離定律”和“自由組合定律”。再如，“雜交水稻之父”袁隆平從1964年找到一株“天然雄性不育株”開始，開啟了前無古人的雜交水稻研究之路，培育出多個高產(chǎn)而優(yōu)質(zhì)的雜交水稻新品種，90多歲高齡依然活躍在實(shí)驗室和實(shí)驗田上。諸如此類的科學(xué)史料不勝枚舉，學(xué)生會被科學(xué)家們堅韌的毅力、奮斗的精神、卓越的成就所震撼，會認(rèn)識到生物科學(xué)發(fā)展對人類生產(chǎn)生活的重要意義，會生發(fā)出熱愛、獻(xiàn)身生物科學(xué)的興趣，并將其納入個人職業(yè)規(guī)劃考量。

2.2 以史為媒，培育學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)

科學(xué)史是全面培育學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的好素材，教師要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，采取多樣化的教學(xué)策略，有所側(cè)重地突出相關(guān)科學(xué)史的育人價值，因材施教。

2.2.1 在實(shí)驗操作中提高學(xué)生的科學(xué)探究能力

教師要注意選取科學(xué)史上的經(jīng)典實(shí)驗，組織學(xué)生開展實(shí)驗探究活動，讓學(xué)生體驗科學(xué)探究的一般過程、在實(shí)驗操作中有切身的發(fā)現(xiàn)和感悟，掌握科學(xué)探究的思路和方法，提升科學(xué)探究能力。

以八年級上冊第五單元第四章第二節(jié)“細(xì)菌”一節(jié)為例，教材介紹了巴斯德的實(shí)驗。教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對該實(shí)驗結(jié)果和結(jié)論心存疑惑：鵝頸瓶暴露在空氣中，空氣中有細(xì)菌，細(xì)菌真得進(jìn)入不到瓶內(nèi)嗎？加熱可以殺死肉湯中的細(xì)菌，若其中有芽孢，也能被殺死嗎？鵝頸瓶里的肉湯真的不腐敗嗎？為解疑釋惑，筆者購置了鵝頸瓶和直口圓底燒瓶，重現(xiàn)、創(chuàng)新巴斯德實(shí)驗，將實(shí)驗裝置擺放在教室展示架上，時時觀察記錄肉湯的點(diǎn)滴變化。實(shí)驗伊始，教室室溫28℃左右，后期25℃左右。直口圓底燒瓶中的肉湯一周后出現(xiàn)明顯菌斑，兩周開始出現(xiàn)明顯腐敗氣味，第31天嚴(yán)重腐敗、有臭味。而鵝頸瓶中的肉湯始終澄清、無臭味。學(xué)生通過該探究活動，驗證了巴斯德實(shí)驗結(jié)果的真實(shí)性，明白了其中的科學(xué)原理：空氣中的細(xì)菌無法從鵝頸瓶的曲頸進(jìn)入肉湯，鵝頸瓶雖與外界相通，瓶內(nèi)能形成無菌環(huán)境；高溫加熱煮沸肉湯時，大量的水蒸氣從狹窄的瓶頸噴出，使瓶內(nèi)形成了高壓高溫的環(huán)境，可將肉湯中的細(xì)菌和芽孢全部殺死。另外，學(xué)生設(shè)計實(shí)驗方案、觀察、記錄、分析實(shí)驗現(xiàn)象等科學(xué)探究能力也得到了提升，并體悟到了巴斯德富有創(chuàng)意的思維方式和研究方法。

2.2.2 在思考辯論中建構(gòu)生命觀念、發(fā)展科學(xué)思維

科學(xué)史是建構(gòu)生命觀念、發(fā)展科學(xué)思維的重要載體，如“光合作用的發(fā)現(xiàn)史”“達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說”是進(jìn)行“觀察—?dú)w納法”訓(xùn)練的經(jīng)典史料，“孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗”是進(jìn)行“演繹與推理”訓(xùn)練的經(jīng)典史料。教師要依據(jù)課標(biāo)和學(xué)情，將科學(xué)史轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化的問題串，有所側(cè)重地進(jìn)行科學(xué)思維訓(xùn)練。

以八年級下冊第七單元第二章第三節(jié)“基因的顯性和隱性”一節(jié)為例，教師可用“孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗”貫穿整個教學(xué)過程。首先，通過自制微課直觀還原孟德爾的實(shí)驗過程，使學(xué)生在思維上與孟德爾共情：如果你是孟德爾，看到這樣的實(shí)驗結(jié)果，你有哪些疑問？你會怎樣解釋？學(xué)生會提出：親代高莖豌豆和矮莖豌豆雜交，為什么子一代只有高莖？矮莖“消失”了嗎？子一代的高莖豌豆長成的子二代中既有高莖又有矮莖，子一代“消失”的矮莖是怎么產(chǎn)生的？在學(xué)生提出問題的基礎(chǔ)上，教師引領(lǐng)學(xué)生回顧前兩節(jié)“基因控制生物的性狀”“基因在親子代間的傳遞”的相關(guān)知識，鼓勵學(xué)生大膽假設(shè)，嘗試運(yùn)用所學(xué)知識解釋現(xiàn)象，設(shè)計實(shí)驗驗證假說，得出實(shí)驗結(jié)論。學(xué)生在“猜想—推理—再猜想—再推理”的過程中，認(rèn)同并建構(gòu)起遺傳學(xué)基本規(guī)律，領(lǐng)悟“假說-演繹法”的本質(zhì)，掌握科學(xué)研究的思想和方法，感受科學(xué)家鍥而不舍、一絲不茍的科研精神。

2.2.3 在評價質(zhì)疑中培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維

科學(xué)史上的很多研究發(fā)現(xiàn)受當(dāng)時社會環(huán)境及科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的制約，可能存在一定的局限性。教師在教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生對其進(jìn)行客觀的評價，大膽質(zhì)疑，提出自己的主張。

以八年級下冊“達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說”為例，教師展現(xiàn)達(dá)爾文基于環(huán)球考察搜集的大量實(shí)證事實(shí)和廣泛的調(diào)查研究資料及其對生物進(jìn)化原因提出的科學(xué)解釋這一史實(shí)，既引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到達(dá)爾文敢于打破“特創(chuàng)論”和“物種不變論”的科學(xué)精神，又引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)的基因與性狀關(guān)系的知識，大膽質(zhì)疑，發(fā)現(xiàn)該學(xué)說的局限性——對生物進(jìn)化的解釋處于個體水平、不能科學(xué)地解釋遺傳和變異的本質(zhì)，從而激發(fā)起學(xué)生深入探究的熱情，為高中進(jìn)一步學(xué)習(xí)“現(xiàn)代進(jìn)化理論”打下基礎(chǔ)。

2.2.4 在實(shí)踐活動中提升學(xué)生的社會責(zé)任

教師要注意選取與生產(chǎn)生活緊密聯(lián)系的科學(xué)史內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)社會大課堂、應(yīng)用所學(xué)知識分析解決實(shí)際問題，提升其參與社會事物的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

例如，教師可結(jié)合八上第五單元第四章“科學(xué)·技術(shù)·社會”欄目中“‘超級細(xì)菌’近在咫尺”這一科學(xué)史內(nèi)容，開展“抗生素使用現(xiàn)狀”調(diào)查實(shí)踐活動，讓學(xué)生圍繞研究目的自主設(shè)計調(diào)查問卷、制定實(shí)施方案、撰寫調(diào)查報告、展覽調(diào)查成果。通過該實(shí)踐活動，學(xué)生可了解到公眾有關(guān)抗生素的認(rèn)知及使用誤區(qū)、抗生素的濫用現(xiàn)狀及其危害，主動宣傳相關(guān)知識、解決現(xiàn)實(shí)問題的使命和責(zé)任，會對科學(xué)、技術(shù)、社會相互關(guān)系有更深層理解。

正如科學(xué)史學(xué)家恩斯特·邁爾所揭示的：“幾乎對任何科學(xué)問題的研究都必然地引向?qū)ζ錃v史的研究?！鄙飳W(xué)教師要充分認(rèn)識到科學(xué)史在科學(xué)教育中所具有的多重角色和功能，要通過研修和學(xué)習(xí)努力提高自身的科學(xué)史素養(yǎng)，要結(jié)合初中生的認(rèn)知水平特點(diǎn)，更好地運(yùn)用科學(xué)史引領(lǐng)學(xué)生建構(gòu)生命觀念、提高科學(xué)思維及科學(xué)探究能力、形成科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，實(shí)現(xiàn)生物學(xué)課程特有的育人價值。