在高中生物教學(xué)中開展科學(xué)方法教育的研究

摘? 要：我國(guó)科學(xué)方法教育存在發(fā)展不夠成熟、研究少、實(shí)施不容樂觀等問題。本文以生物科學(xué)史中“酶的發(fā)現(xiàn)及其本質(zhì)的探索”為例，在生物教學(xué)中開展科學(xué)方法教育的研究，并提出相應(yīng)策略，以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，培養(yǎng)和提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)方法教育；教學(xué)案例；高中生物

中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：1001-0769（2024）01-0095-03

在教學(xué)中，教師要能夠發(fā)掘教材中的科學(xué)方法，在學(xué)生學(xué)習(xí)生物科學(xué)史、感受科學(xué)精神的過程中，滲透科學(xué)方法教育。教育工作者要懂得如何有效地使用科學(xué)方法教育來潛移默化地提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

對(duì)于高中生物，可將科學(xué)方法教育的內(nèi)容分為兩個(gè)層次：一個(gè)是高中生物特有的科學(xué)方法，這些方法適用于生物某些特定的實(shí)驗(yàn)，如細(xì)胞膜的制備方法、同位素標(biāo)記法、差速離心法分離細(xì)胞器等；另一個(gè)是科學(xué)研究的一般方法，如觀察法、實(shí)驗(yàn)法、調(diào)查法、歸納法和演繹法等。本研究調(diào)查及實(shí)施的方法主要是科學(xué)研究的一般方法。

1? 生物科學(xué)史

生物科學(xué)史教育符合《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》的相關(guān)理念^[1]，充分展現(xiàn)科學(xué)家的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，有利于培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，使科學(xué)方法教育更好、更有效、更高質(zhì)量地實(shí)施。生物科學(xué)史的相關(guān)資料能夠體現(xiàn)生物科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展，展現(xiàn)科學(xué)探究過程中科學(xué)家科學(xué)探索的思維和方法，在生物科學(xué)發(fā)展史上具有重大的學(xué)習(xí)和實(shí)踐意義^[2]。下面以生物科學(xué)史中“酶的發(fā)現(xiàn)及其本質(zhì)的探索”為例進(jìn)行科學(xué)方法教育。

2? “酶的發(fā)現(xiàn)及其本質(zhì)的探索”教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)內(nèi)容分析

本節(jié)內(nèi)容是第五章內(nèi)容的基礎(chǔ)，為后續(xù)學(xué)習(xí)光合作用和呼吸作用的知識(shí)奠定基礎(chǔ)，主要包括酶的作用機(jī)理、本質(zhì)、特性，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)和科學(xué)史資料的分析，以培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，明確科學(xué)方法的重要性。

2.2 學(xué)情分析

在前面章節(jié)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)初步認(rèn)識(shí)到酶具有催化作用，但并不知道酶的特性、作用機(jī)理和本質(zhì)。由于本節(jié)內(nèi)容較多，而且原理性的知識(shí)較多，需要運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)史資料分析、實(shí)例討論等方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，讓學(xué)生加深理解。

2.3 目標(biāo)及重難點(diǎn)

教學(xué)目標(biāo)：（1）通過對(duì)酶本質(zhì)的討論，歸納概括出酶是蛋白質(zhì)或RNA，并認(rèn)同科學(xué)理論是一個(gè)不斷發(fā)展的過程（科學(xué)思維）；（2）通過對(duì)過氧化氫在不同條件下的分解、淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的水解作用、影響酶活性的條件的探究實(shí)驗(yàn)，掌握控制變量和設(shè)計(jì)對(duì)照組的科學(xué)方法，并從結(jié)構(gòu)與功能的角度理解酶的作用機(jī)理和特性（生命觀念、科學(xué)探究）；（3）舉例說明酶在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用的實(shí)例，并能解釋其作用機(jī)理，分析酶工程技術(shù)的重要意義。

2.4 教學(xué)過程

2.4.1 創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

教師活動(dòng)：回顧物質(zhì)運(yùn)輸?shù)闹R(shí)，說明細(xì)胞的生命活動(dòng)離不開物質(zhì)與能量，引入能量知識(shí)的學(xué)習(xí)，呈現(xiàn)本章首頁的資料和章小結(jié)。提出問題，讓學(xué)生思考細(xì)胞如何通過化學(xué)反應(yīng)獲取和利用能量，并簡(jiǎn)要說明本章各小節(jié)的邏輯聯(lián)系。

學(xué)生活動(dòng)：觀看視頻，談體會(huì)。思考酶為什么能降低反應(yīng)活化能，通過閱讀教材的相關(guān)資料，思考、討論并回答課本上的討論問題。

設(shè)計(jì)意圖：回顧舊知識(shí)可以實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的銜接，分析視頻內(nèi)容及本章首頁的資料和小結(jié)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，說明本章各小節(jié)的邏輯聯(lián)系可以讓知識(shí)點(diǎn)更具條理性。

2.4.2 教學(xué)任務(wù)

2.4.2.1 通過實(shí)驗(yàn)探究酶的作用，通過建構(gòu)數(shù)學(xué)模型理解原理

教師活動(dòng)：⑴讓學(xué)生回憶初中階段食物消化的知識(shí)，思考食物的消化過程，然后提出兩百多年前人們認(rèn)為食物只進(jìn)行了物理消化，沒有化學(xué)消化，接著呈現(xiàn)斯帕蘭扎尼的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生完成問題探討中的問題；⑵講解斯帕蘭扎尼的實(shí)驗(yàn)，結(jié)合食物的消化吸收、光合作用、呼吸作用的實(shí)例，歸納概括細(xì)胞代謝的概念，并說明細(xì)胞代謝反應(yīng)的特點(diǎn)，讓學(xué)生思考化學(xué)反應(yīng)的條件和特點(diǎn)。

學(xué)生活動(dòng)：⑴結(jié)合教師展示的啟發(fā)性問題進(jìn)行小組討論，分析總結(jié)細(xì)胞核的功能；⑵小組代表發(fā)言，展示小組研討成果，小組成員補(bǔ)充完善答案。

設(shè)計(jì)意圖：通過對(duì)一系列實(shí)驗(yàn)的合作探究提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力；體會(huì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的精巧之處；培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)的能力以及團(tuán)隊(duì)合作精神。

教師活動(dòng)：⑴呈現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)外的環(huán)境，讓學(xué)生比較化學(xué)反應(yīng)與細(xì)胞代謝反應(yīng)的區(qū)別，提問在溫和的環(huán)境中細(xì)胞代謝反應(yīng)是如何高效有序地進(jìn)行，然后讓學(xué)生以學(xué)習(xí)小組形式合作探究“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)；⑵講解實(shí)驗(yàn)原理、目的，闡明實(shí)驗(yàn)變量的科學(xué)方法，讓學(xué)生分析本次實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量和無關(guān)變量，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)過程中掌握設(shè)計(jì)對(duì)照組的科學(xué)方法；⑶結(jié)合圖示講解活化能的概念，讓學(xué)生嘗試畫出物質(zhì)三種狀態(tài)的曲線圖，講解無機(jī)催化劑、加熱、酶對(duì)活化能的影響，并以實(shí)例類比讓學(xué)生加深理解，之后讓學(xué)生嘗試自主構(gòu)建曲線圖模型。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)習(xí)小組討論，明確實(shí)驗(yàn)的變量，理解對(duì)照組的意義；完成討論中的問題，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論并構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)比細(xì)胞代謝反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)，可以降低學(xué)生的理解難度，實(shí)驗(yàn)探究可以讓學(xué)生掌握控制實(shí)驗(yàn)變量、設(shè)置對(duì)照組的科學(xué)方法，利于激發(fā)學(xué)生的積極性，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型可以培養(yǎng)模型與建模的科學(xué)思維，并且加深對(duì)活化能概念的理解。

2.4.2.2 在酶本質(zhì)的科學(xué)探究史中理解科學(xué)的本質(zhì)

教師活動(dòng)：講解我國(guó)人民利用酶的事例；介紹西方的釀酒業(yè)，如蓋-呂薩克發(fā)現(xiàn)酵母菌可將糖類轉(zhuǎn)化為酒精，并說明當(dāng)時(shí)科學(xué)家認(rèn)為這是一個(gè)純化學(xué)反應(yīng)過程，與生命活動(dòng)無關(guān)；講解巴斯德的實(shí)驗(yàn)、李比希的觀點(diǎn)、畢希納的實(shí)驗(yàn)研究，讓學(xué)生分析其實(shí)驗(yàn)思路以及巴斯德、李比希實(shí)驗(yàn)方法的區(qū)別，并闡明其提取液中含有的物質(zhì)；講解薩姆納的研究，讓學(xué)生領(lǐng)悟其體現(xiàn)的科學(xué)精神；講解切赫和奧特曼發(fā)現(xiàn)RNA具有生物催化活性，讓學(xué)生填寫科學(xué)史發(fā)展的邏輯關(guān)系圖。

學(xué)生活動(dòng)：⑴回顧科學(xué)探究史，引導(dǎo)學(xué)生思考其中體現(xiàn)的科學(xué)本質(zhì)觀；⑵分析資料，比較巴斯德與李比希的觀點(diǎn)，梳理實(shí)驗(yàn)思路，比較區(qū)別；⑶理解科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系，領(lǐng)悟科學(xué)精神；⑷填寫關(guān)系圖，歸納概括酶的本質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖：科學(xué)史資料蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)本質(zhì)觀內(nèi)容，讓學(xué)生可以認(rèn)識(shí)到科學(xué)方法的嚴(yán)謹(jǐn)性，科學(xué)與技術(shù)的密切聯(lián)系，科學(xué)知識(shí)的發(fā)展性，同時(shí)領(lǐng)悟科學(xué)家的科學(xué)精神。

3? 總結(jié)

教育是鮮活的，沒有模板，任何一種策略都不可能適用于全部的教學(xué)目標(biāo)。本文僅針對(duì)如何加強(qiáng)科學(xué)方法教育提出了相應(yīng)策略，廣大教育工作者不能固化思維，要擇優(yōu)選取。教學(xué)策略的有效實(shí)施需要建立在好的教學(xué)活動(dòng)上，并及時(shí)補(bǔ)充教材中所欠缺的內(nèi)容，如教學(xué)評(píng)價(jià)。這要求教師在日常教學(xué)中轉(zhuǎn)變教育理念，在日?？疾鞎r(shí)加大對(duì)科學(xué)方法的考核力度，引起學(xué)生的重視，防止不考就不學(xué)的現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)，教師要以學(xué)生全面發(fā)展為目標(biāo)，培養(yǎng)和提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭思樂．素質(zhì)教育的生命發(fā)展意義[J]．教育研究，2002，23（3）：9-13.

[2] 蔡紅英．應(yīng)用生物學(xué)史開展高中生物科學(xué)方法教育的研究[D]．沈陽：沈陽師范大學(xué)，2011.

作者簡(jiǎn)介：倪朕（1998－ ），女，碩士，主要從事學(xué)科教學(xué)（生物）研究