基于科學史的科學方法顯性化教學初探

孔德鳳

摘要 人教版高中生物學教材新增“科學方法”專欄，引導教師重視科學方法教育。本項目的教學以“提出假說”為例，基于生物科學史，嘗試科學方法顯性化教學，引導學生提煉科學方法，并用科學方法解決生物學問題，提高學生科學思維能力。

關鍵詞? 科學方法科學史顯性化教學提出假說

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2019年版普通高中生物學教科書（以下簡稱新教材）在繼承2007年版高中生物學教材（以下簡稱舊教材）重視科學方法的基礎之上，進一步系統(tǒng)設計了“科學方法”欄目，增補、完善了重要的科學方法，更加重視科學方法教育。教師對科學方法的教學，由隱性的“滲透”向顯性的“明了”轉(zhuǎn)變，顯得尤為重要?？茖W方法的顯性化教學，更有利于學生準確理解科學方法，并運用科學方法解決生物學問題，更有利于培養(yǎng)學生科學思維能力，提高生物學科核心素養(yǎng)。本項目的教學以“提出假說”為例，初探“科學方法”專欄顯性化教學。

1 “提出假說”內(nèi)涵及其作用

“提出假說”科學方法，首先根據(jù)已有的知識體系和信息提出解釋某一生物學問題的一種假說，并通過進一步的觀察與實驗對已建立的假說進行修正和補充。一種假說最終被接受或否定，取決于它是否能與以后不斷得到的觀察和實驗結果相吻合。

“提出假說”是研究自然科學的一種基本科學方法，是科學發(fā)展的一種重要形式。生物學的發(fā)展中無不體現(xiàn)著“提出假說”科學方法的重要作用。例如《必修1·分子與細胞》中“對細胞膜結構的探索”“對通道蛋白的探索”“關于酶本質(zhì)的探索”以及“光合作用原理的探索”，都離不開“提出假說”這一重要科學方法。

2 重溫科學史，構建細胞膜流動鑲嵌模型

新教材在《必修1·分子與細胞》中“對細胞膜結構的探索”內(nèi)容之后，給出“科學方法”專欄——“提出假說”。為提升學生科學思維能力，加深學生對此科學方法的理解和運用，感悟其重要性，教師實施顯性化教學。將細胞膜結構的探索歷程轉(zhuǎn)化為探究的情境和問題串，引導學生基于證據(jù)進行推理與分析，對假說不斷修正和補充，在明確“脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等成分如何組成細胞膜”這一內(nèi)容的具體教學過程如下：

學生在學習“細胞膜成分的探索”后，了解到20世紀40年代有學者提出的關于脂質(zhì)和蛋白質(zhì)在細胞膜上分布的假說：脂質(zhì)兩邊可能覆蓋著蛋白質(zhì)。在此基礎上，教師展示補充資料：1959年，羅伯特森利用電子顯微鏡拍攝到了細胞膜的圖像為暗—亮—暗的三層結構。當電子射到質(zhì)量、密度大的樣品時，通過的電子較少，圖像的亮度較暗。反之，圖像的亮度較亮。當時電子顯微鏡的使用需要在真空條件下，觀察的生物材料需要脫水干燥，無法觀察有活性的細胞。所以羅伯特森認為細胞膜是靜態(tài)統(tǒng)一的結構。教師提問：根據(jù)電鏡照片，提出你對之前所學習的細胞膜結構假說的修正。學生根據(jù)資料修正和補充假說：細胞膜是由蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結構（“三明治”模型）構成的靜態(tài)統(tǒng)一結構。

教師繼續(xù)提問：你認同細胞膜是靜態(tài)的觀點嗎？請舉例說明。學生提出觀點后，教師展示人鼠細胞融合實驗，并請學生根據(jù)實驗現(xiàn)象分享結論，提出對細胞膜結構假說的修正。

學生根據(jù)實驗現(xiàn)象修正和補充假說：構成細胞膜的蛋白質(zhì)具有流動性。從而否定了羅伯特森的靜態(tài)觀點。

接著，教師補充資料：物理科學家利用冰凍蝕刻技術觀察細胞膜結構，在低溫下將細胞膜切開，升溫后暴露兩層磷脂之間的斷裂面，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)鑲嵌、貫穿于磷脂雙分子中。教師提問：根據(jù)上述資料，你對假說的補充和修正是什么？學生根據(jù)資料修正和補充假說：蛋白質(zhì)鑲嵌、貫穿于磷脂雙分子層中。否定了羅伯特森“三明治”模型。最后，教師總結辛格和尼科爾森在新的觀察和實驗證據(jù)的基礎上提出的流動鑲嵌模型。

3 歸納探索歷程，提煉科學方法

教師歸納總結細胞膜結構的探索歷程（圖1），學生直觀感受對細胞膜結構的認識歷程正是科學家提出假說，并通過進一步的觀察和實驗，不斷地對已有假說修正和完善的過程。由此，教師引導學生提煉“提出假說”科學方法一般過程，并以直觀的圖解形式幫助學生理解各假說之間的邏輯關系，感受“提出假說”科學方法對生物學發(fā)展的重要作用。

在《必修1·分子與細胞》中“對通道蛋白的探索”“關于酶本質(zhì)的探索”以及“光合作用原理的探索”科學史的教學中，教師都可以引導學生以圖解形式分析科學家針對某一問題提出并用進一步的觀察與實驗對已建立的假說進行修正和補充的過程，以深化學生對“提出假說”科學方法的理解。

4 設置問題引領，深化科學方法運用

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》要求學生具備運用科學的思維方法認識事物，解決實際問題的思維習慣和能力，而“提出假說”是解決生物學問題常用的科學方法。教師引導學生在學習過程中，逐步學會應用“提出假說”科學方法，進而發(fā)展運用科學方法解決現(xiàn)實生活問題的能力。

4.1利用拓展題，滲透科學方法應用

在教學過程中，利用教材拓展題，應用“提出假說”科學方法解釋生物學現(xiàn)象，滲透科學方法應用。比如“細胞器之間的分工合作”這一節(jié)，學生學習了多種細胞器的結構與功能，基本認同結構與功能相適應的觀點，教師可以由此提出問題：溶酶體內(nèi)含有多種水解酶，為什么溶酶體膜不會被這些水解酶分解？請嘗試提出一種假說，解釋這種現(xiàn)象，并通過查閱資料驗證假說。

4.2面臨現(xiàn)實問題，實踐科學方法運用

科學思維的高階水平體現(xiàn)在能運用所學知識和思維方法解釋生活中的現(xiàn)實問題。自新冠肺炎疫情爆發(fā)以來，一些不準確的信息和謠言在網(wǎng)絡時有出現(xiàn)。面對“大蒜切片氧化含服不能殺滅新冠病毒”“抗生素不能殺滅新冠病毒”等現(xiàn)象，學生可以利用“提出假說”科學方法來解釋，甄別新冠謠言，作出理性解釋，支持疫情決策，落實社會責任。

教師重視科學方法教育，結合具體內(nèi)容將科學方法顯性化，引導學生提煉和分析科學史中的科學方法，并運用科學方法解決生物學問題，有利于培養(yǎng)學生科學思維能力，提高生物學學科核心素養(yǎng)。

參考文獻：

[1]吳久宏，梁茜.高中生物學科學方法顯性化教學路徑研究——以“假說—演繹法”為例[J].中學生物學，2021，37（6）：14-16.

[2]王陽蘭.“對細胞膜結構的探索”相關疑問的討論[J].中學生物教學，2021，（9）：46-48.