在高中生物科學(xué)史教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的實(shí)踐

■浙江省杭州綠城育華學(xué)校 方志偉

高中生物教師結(jié)合生物科學(xué)史知識，開展多樣化的課程教學(xué)活動(dòng)，不僅可以拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)思路，開闊學(xué)生的生物學(xué)視野，還能借此促進(jìn)其科學(xué)思維的發(fā)展，提升學(xué)生的動(dòng)手操作能力和科學(xué)探究能力，有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，使其形成較強(qiáng)的責(zé)任意識，進(jìn)而提高生物核心素養(yǎng)。為了真正達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，本文從科學(xué)史教學(xué)視角出發(fā)，闡述教師通過創(chuàng)建情境探知、拓展認(rèn)知、生物實(shí)驗(yàn)、人文感悟、知識實(shí)踐等活動(dòng)，提高學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)策略。

一、生物科學(xué)史概述

生物科學(xué)史是科學(xué)史領(lǐng)域的一個(gè)重要組成分支，具體指的是在生物學(xué)發(fā)展進(jìn)程中發(fā)生的各種重大歷史事件，以及生物學(xué)領(lǐng)域的各種科學(xué)結(jié)論。胡繼飛認(rèn)為生物科學(xué)史是對生物科學(xué)的產(chǎn)生及其發(fā)展過程的科學(xué)性總結(jié)，體現(xiàn)了各個(gè)時(shí)期生物學(xué)家智慧的結(jié)晶?，敻窦{認(rèn)為生物科學(xué)史指的不僅僅是生物學(xué)知識本身，其中還包含獲得科學(xué)結(jié)論的方法和認(rèn)知世界的方式，這說明生物科學(xué)史展現(xiàn)了各個(gè)時(shí)期、各個(gè)國家的科研人員對生物學(xué)理論的探索過程，闡述了大量的生物科學(xué)事實(shí)。對此，在高中生物課程中，教師可以利用生物科學(xué)史開展多樣化的深度探知活動(dòng)，讓學(xué)生結(jié)合真實(shí)發(fā)生的歷史事實(shí)理解生物學(xué)理論的含義，使其在了解生物科學(xué)產(chǎn)生與發(fā)展過程的同時(shí)，知道生物知識背后的邏輯規(guī)律，形成正確的觀念意識和良好的科學(xué)精神，進(jìn)而更好地提高深度學(xué)習(xí)質(zhì)量，提升其學(xué)科綜合素養(yǎng)。

二、生物科學(xué)史教學(xué)的理論基礎(chǔ)

（一）建構(gòu)主義理論

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)者需要主動(dòng)對陌生的信息進(jìn)行加工和處理，要結(jié)合原有的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)建立新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。另外，這一理論強(qiáng)調(diào)知識并不是一成不變的，而是不斷發(fā)展變化的，隨著人類社會的不斷進(jìn)步，各學(xué)科領(lǐng)域的知識也會被新的理論或假設(shè)所替代?；诖耍處熢诮淌趯W(xué)生學(xué)科知識時(shí)，應(yīng)當(dāng)讓他們先了解該學(xué)科的發(fā)展歷史，知道學(xué)科理論背后的發(fā)展規(guī)律，了解理論的探究過程，然后引導(dǎo)他們對所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行加工、建構(gòu)甚至創(chuàng)新，從而更深刻地認(rèn)識學(xué)科知識。由此可見，為了達(dá)到這一教學(xué)效果，生物教師可以結(jié)合生物科學(xué)史開展教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生了解生物學(xué)發(fā)展進(jìn)程，知道科學(xué)家探究知識的過程，再讓他們運(yùn)用探究性學(xué)習(xí)、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)等多種知識探索方法，對生物學(xué)理論進(jìn)行分析與研究，從而實(shí)現(xiàn)對所學(xué)內(nèi)容的深度理解，提高課程學(xué)習(xí)質(zhì)量。

（二）發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論

美國心理學(xué)家杰羅姆·布魯納提出發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論，這一理論又被稱為問題——探究理論，認(rèn)為人類學(xué)習(xí)認(rèn)知的過程是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)問題、對問題進(jìn)行深加工、通過解決問題形成個(gè)人獨(dú)有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過程。在這一理論的指導(dǎo)下，教師在授課過程中要引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題，對所提問題進(jìn)行深入分析，通過找尋問題答案獲得相關(guān)學(xué)科知識。生物科學(xué)史囊括各個(gè)時(shí)期科學(xué)研究人員的各種探究經(jīng)驗(yàn)和生物理論探究過程，教師結(jié)合這些內(nèi)容開展生物知識探究活動(dòng)，能夠讓學(xué)生跟隨歷史的腳步重履前人的腳印，發(fā)現(xiàn)生活現(xiàn)象中的生物知識，模仿科學(xué)家對問題進(jìn)行深入研究，同時(shí)，通過獲得正確的研究結(jié)論加深對學(xué)科知識的理解。

三、高中生物基于核心素養(yǎng)的培養(yǎng)開展生物科學(xué)史教學(xué)的具體措施

（一）優(yōu)化自主探知活動(dòng)，促進(jìn)科學(xué)思維發(fā)展

科學(xué)思維的本質(zhì)是人類在認(rèn)知自然界中的各種客觀事物時(shí)所表現(xiàn)出來的認(rèn)知行為、認(rèn)知思路、認(rèn)知方式、認(rèn)知品質(zhì)等，具體體現(xiàn)在人們認(rèn)知事物的思維習(xí)慣、解決問題的基本能力上。在生物科學(xué)史中存在著大量幫助學(xué)生認(rèn)識科學(xué)思維本質(zhì)的信息，對此，教師在教學(xué)過程中可以合理引入生物科學(xué)史，創(chuàng)建情境探知、拓展探知等授課活動(dòng)，讓學(xué)生在深度探知過程中提高科學(xué)思維能力，提升課程自主認(rèn)知效果。

1.構(gòu)建生物探知情境。

在高中生物教學(xué)過程中，為了培養(yǎng)學(xué)生自主探知的能力，提高其自主學(xué)習(xí)效率，教師可以結(jié)合生物科學(xué)史資料，利用互聯(lián)網(wǎng)教育資源構(gòu)建直觀生動(dòng)的知識探究情境，開展情境再現(xiàn)認(rèn)知活動(dòng)。在活動(dòng)中，教師可以先展示與單元知識相關(guān)的科學(xué)史資料，也可以用多媒體課件播放實(shí)驗(yàn)視頻或動(dòng)畫視頻，再引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合直觀情境對單元知識進(jìn)行深入探究，使其在情境輔助過程中更快速地理解重難點(diǎn)生物學(xué)理論，進(jìn)而提高其自主探知效率和科學(xué)思維能力。

以浙科版高一生物必修1 第四單元“細(xì)胞的生命歷程”課程為例，本單元教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生了解細(xì)胞的增殖、分化、衰老和凋亡的生命歷程，知道什么是細(xì)胞周期、分裂期間細(xì)胞在不同階段的主要特點(diǎn)、有絲分裂的特征、分裂不同時(shí)期染色質(zhì)的行為變化等。針對上述知識點(diǎn)，教師可以結(jié)合與之相關(guān)的生物科學(xué)史內(nèi)容開展直觀情境探知活動(dòng)。首先，教師利用多媒體課件播放德國科學(xué)家耐格里觀察多種植物生長點(diǎn)上新細(xì)胞形成的實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫視頻，讓學(xué)生在直觀情境中認(rèn)識到新細(xì)胞的產(chǎn)生是細(xì)胞分裂的結(jié)果。其次，教師在課件中展示德國另一個(gè)科學(xué)家魏爾肖提出的“細(xì)胞通過分裂產(chǎn)生新細(xì)胞”的學(xué)科理論資料，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識到新細(xì)胞形成的特點(diǎn)和規(guī)律。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合教材內(nèi)容對多媒體探知情境進(jìn)行深入思考，讓他們找出科學(xué)家探究生物理論的方法，鼓勵(lì)其運(yùn)用此類科學(xué)方法對單元知識進(jìn)行深度解讀，進(jìn)而更加快速地發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在分裂期間的具體特點(diǎn)，理解細(xì)胞周期的含義，知道細(xì)胞的生命歷程。教師創(chuàng)建史料情境探知活動(dòng)，不僅拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)思路，還能借此提升其自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生運(yùn)用科學(xué)思維學(xué)習(xí)知識的質(zhì)量。

2.結(jié)合資料拓展認(rèn)知。

要想更加高效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，生物教師可以結(jié)合生物科學(xué)史創(chuàng)建資料探索與拓展認(rèn)知活動(dòng)。在教學(xué)過程中，教師帶領(lǐng)學(xué)生探究教材內(nèi)容，引導(dǎo)他們提煉其中的關(guān)鍵知識點(diǎn)，然后在多媒體課件中展示一些與單元知識相關(guān)的科學(xué)史料，讓學(xué)生將史料內(nèi)容與知識點(diǎn)進(jìn)行合理關(guān)聯(lián)，并進(jìn)行拓展性分析，從而提升其知識深度理解效果，提高拓展認(rèn)知能力，促使其形成良好的科學(xué)思維素養(yǎng)。

以浙科版高一生物必修1 第二單元“細(xì)胞的結(jié)構(gòu)”課程為例，本單元要求學(xué)生了解細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)，知道細(xì)胞各組成要素的成分和功能。對此，教師可以結(jié)合生物科學(xué)史開展拓展探知活動(dòng)。例如，在講解細(xì)胞器這部分知識點(diǎn)時(shí)，生物教師可以引入線粒體的發(fā)現(xiàn)歷程科學(xué)史料，讓學(xué)生通過閱讀史料內(nèi)容知道線粒體在肌肉細(xì)胞等細(xì)胞中存在得更多，而且這些細(xì)胞的耗能較多，從而推理出線粒體的作用與人體能量供應(yīng)相關(guān)，并借此加深對線粒體是細(xì)胞呼吸和能量代謝的中心這一功能的認(rèn)識。教師結(jié)合生物科學(xué)史創(chuàng)建資料拓展認(rèn)知活動(dòng)，既可以拓寬學(xué)生的生物學(xué)習(xí)視野，又能使其更加深刻地理解單元知識，促進(jìn)他們科學(xué)思維的發(fā)展。

（二）開展生物實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，提高科學(xué)探究能力

生物學(xué)科是一門具有較強(qiáng)實(shí)證性特點(diǎn)的學(xué)科，在高中生物教學(xué)材料中，所有結(jié)論性知識均以生物實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，而當(dāng)前的新課程標(biāo)準(zhǔn)也強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性。對此，生物教師要在教學(xué)過程中創(chuàng)建多樣化的實(shí)驗(yàn)探知活動(dòng)，可以讓學(xué)生還原科學(xué)史中的生物實(shí)驗(yàn)，也可以讓他們對史料中提到的生物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化操作，在動(dòng)手實(shí)踐過程中加深對學(xué)科理論的理解。另外，教師可以借此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，提高其實(shí)驗(yàn)認(rèn)知效果。

以浙科版高一生物必修2 第三單元第三章“遺傳的分子基礎(chǔ)”課程為例，教師可以結(jié)合生物科學(xué)史開展制作DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生了解與DNA 結(jié)構(gòu)相關(guān)的科學(xué)史知識。比如，1953 年，James Watson 和Francis Crick 兩名科學(xué)家在《自然》期刊上發(fā)表了一篇論文，文中展示了一張插圖，這幅圖便是DNA 結(jié)構(gòu)的初期模型。這篇論文的發(fā)表改變了生物學(xué)的未來，構(gòu)建了一種世界性的符號。之后的十年，生物遺傳密碼得到破譯，而五十年之后，科學(xué)家公布了人類基因組的完整序列。對于上述生物科學(xué)史料，教師可以指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)論文中的插圖制作DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，首先，將學(xué)生分成多個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，為每組提供兩張硬紙方塊、卡紙片、剪刀、訂書釘、兩根長0.5 米的細(xì)鐵絲等實(shí)驗(yàn)材料；其次，讓各小組以合作的方式制作DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，如用不同顏色的卡紙制作長方形堿基，將其他顏色的卡紙剪成圓形，代表磷酸，再用卡紙制作五邊形脫氧核糖；再次，用訂書機(jī)將上述三種圖形制作成一個(gè)含有不同堿基的脫氧核糖核苷酸模型，并將多個(gè)模型連接起來，形成一條多核苷酸的長鏈；最后，將兩條鏈連接、固定，制作成DNA 分子立體結(jié)構(gòu)。學(xué)生結(jié)合科學(xué)史進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，能夠有效提升科學(xué)探究能力和實(shí)驗(yàn)操作能力。

（三）深入探究人文內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神

生物科學(xué)史包含各個(gè)時(shí)代、各個(gè)國家的科學(xué)研究人員為了促進(jìn)人類進(jìn)步而不懈努力的科研經(jīng)歷，具有較強(qiáng)的科學(xué)性與人文性特點(diǎn)。對此，在學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)過程中，生物教師可以利用科學(xué)史史料中具體的生物科學(xué)家的科研經(jīng)歷，創(chuàng)建人文內(nèi)涵感悟活動(dòng)，讓學(xué)生在深度理解學(xué)科理論知識的同時(shí)，學(xué)習(xí)科學(xué)家身上的高尚精神和優(yōu)秀品質(zhì)，進(jìn)而更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，使其樹立正確的科研意識和學(xué)習(xí)意識。

以浙科版高一生物必修2 第一單元“遺傳的基本規(guī)律”課程為例，本單元要求學(xué)生掌握基因的分離規(guī)律知識，知道相對性狀、顯性性狀、隱性性狀、性狀分離、隱性基因、顯性基因等生物名詞的概念，了解基因的自由組合定律知識。這些生物學(xué)知識最早是由奧地利生物學(xué)家格雷戈?duì)枴っ系聽柊l(fā)現(xiàn)的，對此，生物教師在開展單元知識教學(xué)活動(dòng)時(shí)，可以引入與孟德爾豌豆實(shí)驗(yàn)有關(guān)的科學(xué)史料，讓學(xué)生深入了解遺傳學(xué)中分離規(guī)律和自由組合規(guī)律的探究過程，進(jìn)一步領(lǐng)悟生物學(xué)家孟德爾在科學(xué)研究過程中展現(xiàn)的科學(xué)精神，從而在史實(shí)熏陶過程中逐漸形成良好的科學(xué)精神與科學(xué)品質(zhì)。比如，學(xué)生通過閱讀史料可以知道孟德爾在進(jìn)行豌豆性狀實(shí)驗(yàn)之前，對山柳菊、玉米等多種植物也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，只不過豌豆實(shí)驗(yàn)的成果最突出。另外，孟德爾并不是經(jīng)過幾次實(shí)驗(yàn)便確定了生物遺傳的規(guī)律，而是進(jìn)行了無數(shù)次的生物實(shí)驗(yàn)，獲取了數(shù)以萬計(jì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最終通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、比較、分析、研究，總結(jié)出生物遺傳中的基因分離規(guī)律和基因自由組合規(guī)律。學(xué)生深入感悟生物學(xué)家、科研人員的理論探知過程，既可以體會到波瀾壯闊的科研歷程，又能領(lǐng)悟到他們身上的拼搏精神，從而端正學(xué)習(xí)態(tài)度，增強(qiáng)嚴(yán)謹(jǐn)探知意識。

（四）融合現(xiàn)實(shí)生活元素，增強(qiáng)學(xué)生責(zé)任意識

態(tài)度責(zé)任是生物學(xué)科的重要素養(yǎng)之一，學(xué)生需要通過課程學(xué)習(xí)形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的認(rèn)知意識，端正學(xué)習(xí)態(tài)度，另外，要更加關(guān)注身體內(nèi)外因素對健康的影響，了解健康的生活習(xí)慣，形成正確的知識應(yīng)用于生活的意識，了解學(xué)科知識與現(xiàn)實(shí)生活之間的關(guān)系，提高運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，提升社會責(zé)任感。為了達(dá)成這一教學(xué)目標(biāo)，生物教師可以結(jié)合生活元素和生物科學(xué)史創(chuàng)建拓展思考活動(dòng)，讓學(xué)生真正認(rèn)識到科學(xué)家探究知識的現(xiàn)實(shí)意義，進(jìn)而增強(qiáng)責(zé)任意識。

以浙科版高一生物必修2 第二單元“染色體與遺傳”課程為例，教師可以結(jié)合生物科學(xué)史中的遺傳學(xué)史料以及現(xiàn)實(shí)生活案例創(chuàng)建知識拓展分析活動(dòng)，讓學(xué)生分析各類遺傳病在人體不同發(fā)育階段的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)曲線的意義，使其在拓展思考過程中加深對遺傳學(xué)知識的了解，知道各類遺傳病在人類不同發(fā)育階段的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，真正認(rèn)識到這部分知識對醫(yī)學(xué)和生物學(xué)等領(lǐng)域起到的作用，從而增強(qiáng)知識應(yīng)用于生活的意識，提升社會責(zé)任感。首先，教師讓學(xué)生回憶“遺傳的基本規(guī)律”和“染色體與遺傳”兩個(gè)單元的知識點(diǎn)，再一次理解顯性基因、隱性基因等生物學(xué)概念。其次，教師結(jié)合孟德爾所研究的遺傳學(xué)知識，引導(dǎo)學(xué)生分析遺傳病的遺傳特點(diǎn)。再次，教師利用多媒體課件展示各類遺傳病在人體不同發(fā)育階段的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)曲線圖，讓學(xué)生根據(jù)圖片內(nèi)容提煉有價(jià)值的信息，如多基因遺傳病的顯著特點(diǎn)是成年人發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)隨年齡增長而增加、各類遺傳病在青春期期間的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)都很低。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活分析上述結(jié)論，使其意識到人類應(yīng)在不同發(fā)育階段對自身的身體健康狀況進(jìn)行不同程度的關(guān)注，并探索更加健康的生活方式和行為習(xí)慣，增強(qiáng)廣泛傳播健康知識的意識，進(jìn)而提升其社會責(zé)任感。

四、結(jié)語

綜上所述，要想進(jìn)一步提升學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的有效性，高中生物教師可以結(jié)合生物科學(xué)史創(chuàng)建豐富多樣的知識探究活動(dòng)，指導(dǎo)學(xué)生將科學(xué)家的知識探究過程中合理再現(xiàn)，仿照科學(xué)家的探知方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，從而提高其科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力。另外，教師還要引導(dǎo)學(xué)生深入感悟生物科學(xué)史的人文內(nèi)涵，鼓勵(lì)其將所學(xué)知識融入現(xiàn)實(shí)生活，進(jìn)而使其樹立正確的觀念，提高學(xué)科綜合素養(yǎng)。