高中生物必修1中科學(xué)史的內(nèi)容變動及教學(xué)策略

金小英 羅媛媛

【摘要】生物學(xué)作為自然學(xué)科中一門重要的基礎(chǔ)學(xué)科，對于提高學(xué)生科學(xué)文化素養(yǎng)具有非常積極的作用。新一輪的課程改革給予了學(xué)生在選科上很大的自由度，選擇生物學(xué)很大程度上取決于學(xué)科興趣，若一線教師能在課堂教學(xué)中根據(jù)設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容恰當(dāng)?shù)剡x取生命科學(xué)史史料作為教學(xué)素材，根據(jù)所需進行合理地加工處理后應(yīng)用于教學(xué)之中，可以拓寬教學(xué)路徑，創(chuàng)設(shè)更加有效的教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生感受生物學(xué)的學(xué)科邏輯和科學(xué)本質(zhì)，體會生物學(xué)探究的樂趣，同時收獲知識，提高學(xué)生的科學(xué)文化素養(yǎng)。基于此，筆者選擇了人教版高中生物必修1新教材（2019年6月第一版），對生命科學(xué)史內(nèi)容的出現(xiàn)數(shù)目、呈現(xiàn)方式、研究時間、主要貢獻和新教材中科學(xué)史內(nèi)容的變動等情況進行了匯總，并對變動的內(nèi)容如何應(yīng)用于教學(xué)實踐闡述了幾點建議，使生命科學(xué)史的教育價值得到更大程度的發(fā)揮。

【關(guān)鍵詞】高中生物；新教材；科學(xué)史；內(nèi)容；變動；教學(xué)策略

【中圖分類號】G633.91【文獻標(biāo)志碼】A【文章編號】1004—0463（2022）05—0075—05

隨著一次次的課程改革與教材革新，生命科學(xué)史在其中所占的比重悄然增加，科學(xué)史與教學(xué)的融合也逐漸成為教學(xué)研究應(yīng)用的熱點對象，因為生命科學(xué)史不光是單純的歷史，更蘊含著生命科學(xué)的發(fā)生、發(fā)展、完善的歷程，其中傳達了科學(xué)知識的本質(zhì)、科學(xué)方法的內(nèi)涵，也有科學(xué)精神淋漓盡致的體現(xiàn)，還有科學(xué)、技術(shù)與社會的完美融合，如此豐富的教學(xué)素材若加以合理應(yīng)用，一定可以幫助生物教師實現(xiàn)知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度和價值觀的三維立體教學(xué)目標(biāo)。

對于學(xué)生而言，生物課堂也將不再是死板、空洞的知識傳授，而是一個個鮮活的人物、事件的呈現(xiàn)以及在這個過程中或有形或無形地接收到知識的傳承、方法的理解、情感的熏陶、價值觀的創(chuàng)建。

在新版必修1教材中，共有6個章節(jié)插入了17例科學(xué)史。教材中以科學(xué)家訪談《探究微觀生命世界的奧秘——與施一公院士的一席談》為開端開始生物課程必修1的學(xué)習(xí)。該訪談與必修模塊名稱“分子與細胞”緊密聯(lián)系，其中施一公院士的研究內(nèi)容與本模塊的教學(xué)內(nèi)容緊密聯(lián)系，結(jié)構(gòu)與功能觀也是貫穿整個必修1的重要生命觀點，他的工作就是探究微觀生命世界的奧秘，主要研究生老病死等生命過程在微觀世界的分子基礎(chǔ)。一旦該項研究能成功，不僅能滿足人類的好奇心，而且具有巨大的應(yīng)用價值，此項研究對理解生命具有十分重要的意義。施一公院士也談到了科學(xué)精神在科學(xué)研究中的重要作用，即便是不從事科研的人，這也是能讓自己在崗位上表現(xiàn)的難能可貴的品質(zhì)，也是學(xué)生在現(xiàn)實生活中尤其是學(xué)習(xí)中值得深思的，對他們樹立正確的價值觀和世界觀具有重要意義。

在整個必修1教材中，科學(xué)史主要集中在“思考討論”“生物科技進展”“生物科學(xué)史話”“科學(xué)技術(shù)社會”“思維訓(xùn)練”和相關(guān)發(fā)現(xiàn)歷程的正文等欄目中，涉及科學(xué)家們堅持不懈、鮮為人知的科學(xué)研究中或艱辛或有趣的過程，一些與課本相關(guān)知識點緊密聯(lián)系的前沿領(lǐng)域的發(fā)展和與之相關(guān)的職業(yè)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)之余思考今后學(xué)習(xí)研究的方向。

在這些科學(xué)史內(nèi)容中，既有觀點產(chǎn)生的大致過程，也有體現(xiàn)科學(xué)家們堅持創(chuàng)新等對學(xué)生進行情感教育素材的人文精神。這不僅使學(xué)生對高中生物的學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚的興趣，而且在聽故事的過程中學(xué)到相應(yīng)的生物學(xué)知識，也為接下來的生物學(xué)科的學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。現(xiàn)將新版必修1教材中生命科學(xué)史內(nèi)容的變動總結(jié)如下：

1.生命科學(xué)史內(nèi)容更加翔實。如，在“細胞膜成分”的探索中，明確指出了科學(xué)家姓名、實驗時間，還增加了細胞膜張力的描述；在“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”一節(jié)的探究歷程中，增加了甲醛對植物毒害作用、希爾反應(yīng)、阿爾農(nóng)實驗等科學(xué)史內(nèi)容，更完整、真實地還原了當(dāng)時的研究情形，使知識點的呈現(xiàn)不突兀，更連貫，更豐滿。具體見表1。

2.增加了更多我國科學(xué)家和科技成就的研究史實。新教材更注重反映我國的科技成就和我國科學(xué)家的研究成果，以此弘揚愛國精神，激發(fā)學(xué)生的愛國志向，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷，增強學(xué)生的民族自信心和自豪感，增進學(xué)生的國家認(rèn)同，樹立文化自信。具體見表2。

3.教材中的生命科學(xué)史內(nèi)容數(shù)量和分布均有所增加。舊版必修1教材（2009年6月第一版）中共出現(xiàn)生命科學(xué)史內(nèi)容11處，新版中增加至18處，除一處刪減外，其余均為不同程度的增加和充實。在教材中的分布也遍及“思考討論”“生物科技進展”“生物科學(xué)史話”“科學(xué)技術(shù)社會”“思維訓(xùn)練”和相關(guān)發(fā)現(xiàn)歷程的正文等欄目中，由此也提示生物教師在教學(xué)中要更加重視挖掘生命科學(xué)史的教學(xué)價值。

4.生命科學(xué)史中體現(xiàn)的科學(xué)方法更直觀。新教材中進一步設(shè)計了“科學(xué)方法”欄目內(nèi)容，完善了科學(xué)方法，充實了“思維訓(xùn)練”的內(nèi)容。如在第1章第1節(jié)增加科學(xué)方法“歸納法”，第5章增加“運用證據(jù)和邏輯評論觀點”的思維訓(xùn)練[1]。再如，在利用豚鼠胰腺腺泡細胞進行分泌蛋白的合成與運輸實驗的科學(xué)史中，明確指出使用的科學(xué)方法——同位素標(biāo)記法。這是生物學(xué)實驗研究中常用的方法之一，明確此法后，學(xué)生在之后學(xué)習(xí)中解決類似的問題也可以第一時間想到。

5.出現(xiàn)以生命科學(xué)史為背景的課后習(xí)題。如在第1章練習(xí)題中增加了2002年紐約州立大學(xué)病毒學(xué)家人工合成脊髓灰質(zhì)炎病毒的科學(xué)史；在“細胞呼吸的原理和應(yīng)用”思維訓(xùn)練欄目中增加了真核細胞線粒體起源的解釋。在第2章練習(xí)題中增加了1969年隕石中發(fā)現(xiàn)氨基酸的史料。這樣的設(shè)問使學(xué)生能體會到生物與生活實際的聯(lián)系，增強學(xué)習(xí)成就感。

6.生命科學(xué)史在教材中的呈現(xiàn)順序有所調(diào)整。如將舊教材中第4章“生物膜的流動鑲嵌模型”移到了“細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能”一節(jié)，將細胞膜的功能與結(jié)構(gòu)整合在一起。這樣既符合教師的教學(xué)習(xí)慣，也能更好地體現(xiàn)生物學(xué)科核心素養(yǎng)中生命觀念里的結(jié)構(gòu)與功能觀。

1.利用生命科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力?？茖W(xué)思維涵蓋了認(rèn)知動機、認(rèn)知行為、認(rèn)知方式、認(rèn)知品質(zhì)等人認(rèn)識自然界的基本特征，主要有：歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等[2]，而在生命科學(xué)史內(nèi)容中這些科學(xué)思維方式都有著淋漓盡致的體現(xiàn)，學(xué)生通過學(xué)習(xí)科學(xué)家們利用這些科學(xué)思維進行科學(xué)研究的過程，逐漸體會科學(xué)思維的內(nèi)涵，并逐漸應(yīng)用到自己的生物學(xué)習(xí)、解決問題之中，從而無形中提升了學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

在新教材中進一步設(shè)計了“科學(xué)方法”欄目內(nèi)容，完善了科學(xué)方法，充實了“思維訓(xùn)練”的內(nèi)容。如在第1章第1節(jié)增加了科學(xué)方法“歸納法”，此法在進行分泌蛋白的合成與運輸、細胞核的功能、關(guān)于酶本質(zhì)的探索、對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程、細胞學(xué)說的建立等諸多內(nèi)容中都有很明確的體現(xiàn)。

在第1章練習(xí)題中增加了2002年紐約州立大學(xué)病毒學(xué)家人工合成脊髓灰質(zhì)炎病毒的科學(xué)史，這其中也蘊含了批判性思維的重要性，讓學(xué)生學(xué)會認(rèn)同研究意義的兩個方面：絕對肯定或者否定的態(tài)度都是不全面的。批判性思維涉及光合作用探究歷程、對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程、細胞學(xué)說的建立過程、授予諾貝爾化學(xué)獎的通道蛋白、干細胞的研究進展與人類健康等，讓學(xué)生學(xué)會對這些實驗設(shè)計進行評價，認(rèn)同科學(xué)的發(fā)展性，在了解科學(xué)前沿知識的同時，學(xué)會評價科學(xué)工作是否會給人類生活帶來風(fēng)險等。

在第2章練習(xí)題中增加了1969年隕石中發(fā)現(xiàn)氨基酸的史料，這對學(xué)生演繹推理的思維能力是很好的鍛煉，通過對材料推斷：除地球外，其他星球上可能存在生物。演繹推理的科學(xué)思維還蘊含在新版必修1教材的斯帕蘭扎尼研究鷹的消化作用（推斷胃液中含有消化肉塊的物質(zhì)）、葉綠體的功能（葉綠體是光合作用的場所）等。當(dāng)然演繹推理的思維能力在必修2教材孟德爾的豌豆雜交實驗中體現(xiàn)得更加淋漓盡致，可以給學(xué)生埋下伏筆，讓學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)知識也是有章可循。

2.利用生命科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，生命觀念是對觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系及特性進行解釋后的抽象，是能夠理解或解釋生物學(xué)相關(guān)事件和現(xiàn)象的意識、觀念和思想方法[3]。主要包括結(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(yīng)觀等。

教師在教學(xué)中可以選擇適當(dāng)?shù)纳茖W(xué)史史料進行學(xué)生生命觀念的培養(yǎng)。如在培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)與功能觀時，可以選擇第四章第1節(jié)，生命科學(xué)史話中的“人類對通道蛋白的探索歷程”的科學(xué)史（必修1第68頁），在學(xué)習(xí)第1節(jié)“被動運輸”時，關(guān)于水分子的擴膜運輸方式的探究中，教師可結(jié)合初中學(xué)過的尿液形成過程中水分子被重吸收的過程，讓學(xué)生明白僅靠自由擴散是實現(xiàn)不了的，再加上教材中描述“過去人們普遍認(rèn)為，水分子都是通過自由擴散進出細胞的，但后來研究表明，水分子更多是借助細胞膜上的水通道蛋白以協(xié)助擴散的方式進出細胞的”，那水通道蛋白是如何被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)來使人們更準(zhǔn)確認(rèn)識水分子擴膜運輸方式的？同學(xué)們可以學(xué)習(xí)68頁的科學(xué)史，科學(xué)家們通過同位素標(biāo)記、物質(zhì)分離等技術(shù)發(fā)現(xiàn)了細胞中存在特殊的輸送水分子的通道，并且認(rèn)識到是一種蛋白質(zhì)，隨后水通道蛋白就被發(fā)現(xiàn)了。反觀水通道蛋白的發(fā)現(xiàn)過程，學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)科學(xué)家們先是發(fā)現(xiàn)細胞的功能，然后去尋找與該功能相匹配的結(jié)構(gòu)，借此明白結(jié)構(gòu)與功能觀的含義。在必修1中能培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)與功能觀的史料還有很多，如細胞核、細胞膜、線粒體、葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的多樣性等。

在培養(yǎng)學(xué)生的物質(zhì)與能量觀時，可利用光合作用和呼吸作用的相關(guān)科學(xué)史，使學(xué)生認(rèn)識到物質(zhì)中包含能量，物質(zhì)的變化必然引起能量的釋放或者吸收，而能量要依賴物質(zhì)作為載體。再如，通過學(xué)習(xí)研究螢火蟲發(fā)光過程中能量轉(zhuǎn)化的相關(guān)科學(xué)史，認(rèn)識到能量儲存于ATP這一高能磷酸化合物中，ATP的水解伴隨式能量的釋放，ATP的合成伴隨著能量的吸收。在培養(yǎng)學(xué)生的“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”時，可利用“秀麗隱桿線蟲與細胞凋亡研究”的相關(guān)科學(xué)史，認(rèn)識到在多細胞生物發(fā)育的過程中，有很多細胞選擇性地消除以形成組織和器官，以此來維護機體正常的生長發(fā)育。

3.利用生命科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，科學(xué)探究是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界中的生物學(xué)問題，針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進行觀察、提問、實驗設(shè)計、方案實施以及結(jié)果的交流與討論能力[3]。

教師在教學(xué)中可以選擇適當(dāng)?shù)纳茖W(xué)史史料進行學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)，創(chuàng)設(shè)真實的研究情境，使學(xué)生置身于探究歷程中，切身體會科學(xué)探究的一般歷程，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)探究精神。如在進行“對生物膜成分和結(jié)構(gòu)的探索”“光合作用的探究歷程”等科學(xué)史的教學(xué)時，可以讓學(xué)生通過閱讀按照時間順序整理出科學(xué)家們通過發(fā)現(xiàn)什么問題建立何種假說，設(shè)計什么實驗，得出什么結(jié)論，讓學(xué)生知曉科學(xué)探究的一般歷程[4]。除此之外，還可以引導(dǎo)學(xué)生思考在設(shè)計實驗時要注意的問題，遵循的原則，找出實驗設(shè)計中是否存在不足之處，該如何補充完善等，以培養(yǎng)學(xué)生善于思考、敢于質(zhì)疑的科學(xué)精神。

生物學(xué)作為自然科學(xué)中的重要組成部分，是一門博大精深、歷史悠久、發(fā)展前景廣闊的重要學(xué)科，與傳統(tǒng)的理科課程相比較，生物學(xué)既有復(fù)雜多樣的科學(xué)知識，也有形象生動的科學(xué)方法，同時又具有豐富的人文底蘊。通過對生命科學(xué)史的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生站在巨人的肩膀上，跟隨著科學(xué)家探索、發(fā)現(xiàn)生物世界奧秘的道路，知曉科學(xué)知識的本質(zhì)，體會、學(xué)習(xí)科學(xué)家們的科學(xué)精神，建立正確的科學(xué)觀、人生觀、價值觀。

總之，作為生物教師不僅要關(guān)注學(xué)生對科學(xué)知識的習(xí)得，更要注重他們科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，同時培養(yǎng)他們的觀察能力、探索精神以及為實現(xiàn)夢想堅持不懈、鍥而不舍的科學(xué)品質(zhì)，真正使學(xué)生成長為滿足新時代要求的有用之才。

[1]譚永平.人教版《普通高中教科書生物學(xué)》修訂情況簡介[J].生物學(xué)教學(xué)，2019（10）：10-13.

[2]劉恩山，曹保義.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2017：45.

[3]中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：65-66.

[4]譚永平.發(fā)展核心素養(yǎng)為宗旨的高中生物學(xué)新教材[J].課程·教材·教法，2019（11）：104-109.

（本文系2018年度甘肅省“十三五”教育科學(xué)規(guī)劃課題“高中生物教材中生命科學(xué)史在教學(xué)中的應(yīng)用研究”的研究成果，課題立項號：GS[2018]GHB4118）

編輯：張昀