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生物学科学史教学的研究及策略

2019-12-27 437 上传者：管理员

摘要：生物学科学史的探究教学不仅能帮助培养学生掌握科学本质，还能提升核心素养。本文对生物学科学史教学中探究不足的现象进行了分析，探索利用生物学科学史进行探究的教学策略，旨在培养学生掌握探究的规律和本质。

关键词：
探究教学
生物学
科学史
策略
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1、创设真实情境，激发学生探究欲望

情境，或情景，是指教师在教学过程中运用各种手段和方式创设的一种适教和适学的情感氛围，从而为完成教学目标和任务奠定基础。所谓真实性情境，就是来源于现实中真实存在的情景和环境。

生物学科学史中的探究活动，大部分是以实验为载体的探究。例如，光合作用的发现史就是由一系列经典实验构成，教师在教学中一般通过多媒体PPT来展示经典实验，但无论是教学效果还是教学目标的达成度都差强人意。笔者有幸在一次区域性的名师示范课中，发现施教者带领学生还原了真实的普里斯特利的实验，真实的实验由于实验环境的偶然性而状况百出，学生会不断地对与教材中不同的实验结果进行探究假设再验证。生物学科学史的探究活动还有一部分是无实验载体的探究。无实验载体探究虽没有真实的实验情境，但这并不意味着探究缺乏真实性，也并不意味着探究情境可随心所欲地设计。例如，在“基因突变”一节的教学中，可从“1910年黑人患者贫血就医发现红细胞异常一1949年经过电泳分析发现了异常血红蛋白一1956年英国科学家发现异常血红蛋白中氨基酸的变化”这段真实情境来展开教学^[1]。

真实的情境是探究的开始，科学史中的探究也应遵循这一规律。真实的情境，远比教材枯燥的文字更能激起学生的探究欲望。总体来说，真实性情境一方

面要注重还原历史的本来面目，教师在备课时应更加深入搜集科学史资料并有选择地补充到课堂教学中，另一方面又要将内容与现实的社会、生活相结合。

2、搭建思维阶梯，引导学生合理假设

建立假设是学生针对问题寻求解释的过程，它既基于一定的事实和经验，又有较多想象的成分。如果教师不注重引导，往往会使学生作出的假设荒诞不经、不着边际。

例如，在生物膜的流动镶嵌模型建构中，关于蛋白质和磷脂双分子层的结合方式，科学史上有一个很好的佐证，即Bar重复GorterE和GrendelF的实验时，发现红细胞膜上脂质单层平铺面积不是红细胞面积的2倍，而是1.5倍。这样一个矛盾冲突会极大地引起学生的探究欲望，学生很快就对此有了很多假设：“科学家Bar测量错误”“磷脂分子的分子体积不稳定”和“磷脂分子排成单层后结合更紧密”。笔者在教学中，为学生搭建思维阶梯，提供了在电镜冰冻蚀刻技术手段下膜的结构图，学生在充分思辨后，便能提出“是因为部分蛋白质嵌入磷脂双分子层而导致的”这一符合逻辑的假设。

可见，合理假说根本不是简单的“是”或者“否”，其中有严密的逻辑关系。上述案例中学生一开始的假设并非基于一定依据、逻辑推演而得出。此时，教师如果只关注学生提出假设的积极性，便会使学生的思维停留于表面，难以培养其严谨的科学态度和思维。所以教师一定要善于为学生搭建思维阶梯，在一定程度上引导学生把握逻辑线索作出合理的假设。

3、建立合作小组，引导学生充分设计方案

设计方案是指学生验证假设，设计实验方案的过程。在教学中，由于学生思维能力的个体差异，少数思维能力较强的学生往往会率先设计出较完善的方案。另外，当全班都没有设计出理想的方案时，教师会因“时间有限”直接给出预设好的方案。这就会使大部分学生没有真正参与到方案设计过程中来。笔者认为在探究教学的这一环节，可参照生物学科学史中的“科学家团队”在合作小组中来进行分工。

例如，在“DNA的分子结构”一节教学中，教师可引导一些学生扮演威尔金斯和富兰克林，其研究成果是DNA的分子衍射图；另一部分学生扮演查哥夫，其研究成果是腺嘌呤的数量等于胸腺嘧啶数量，鸟嘌呤的数量等于胞嘧啶数量；其他小组学生扮演沃森和克里克，利用教师提供的模型碱基、磷酸基团等构建DNA立体结构。在建构中威尔金斯和查哥夫始终关注沃森和克里克的模型是否符合自己的研究成果。再如，在验证假说“单侧光引起生长素由向光侧向背光侧运输”时，合作小组中一部分思维较快的学生会很快地模仿温特实验设计出了大致方案，另一部分学生从对照实验的原则人手对方案进行评价，然后大家一起对方案进行修正。

在生物学科学史中，科学家也是通过团队合作探索生命的本质，而且很多生命规律的揭示需要各个领域的科学家共同参与。教师在教学中必须要有意识地培养学生的合作精神，方案的设计尤其需要团队的合作。

4、挖掘课程资源，为方案实施创造条件

方案实施是按照设计的实验方案进行操作获取事实与证据的过程，是培养学生观察、动手、思考和合作等能力的重要环节，很多生物学科学史是建立在实验的基础上的。而生物学实验有其特殊性，许多实验方案较难在高中的生物学课堂上展开。所以，在科学史教学中方案实施步骤往往被省略或以多媒体PPT展示来代替。笔者在教学中有以下做法可供参考。

例如，首先虚拟实验让一些方案的实施成为可能。目前很多中学的生物学课程基地都建有虚拟实验室，普通中学也可通过互联网加入虚拟实验室。例如，“NB生物学实验室”，可通过网址进入该实验室的平台。笔者在进行“细胞核功能”一节的科学史教学时，通过该平台让学生体验了伞藻的嫁接模拟实验。目前多数大学都建立了虚拟实验室，其中一些医学院的生化虚拟实验平台的建立，可为学生提供无法实施的生理解剖实验的实践机会。中学完全可通过与大学建立合作关系，拓展中学生的实验特别是科学史探究实验实施的硬件设备。再如，虽然是科学史教学，也是有较多的实验方案可在中学实施。在“生长素的发现史中”一节的教学中，笔者组织学生探究“胚芽鞘的生长部位”时，学生设计了实验方案“在胚芽鞘侧面用记号笔做标记”，之后发现尖端下部的实线变成了虚线，表明胚芽鞘的生长部位是尖端下部。

学生只有体验了过程才能更好掌握探究的一般规律，真正的科学探究也不是经过一两次实验就可得出结论的。孟德尔的豌豆杂交实验做了8年，欧文顿用500多种化学物质对细胞膜的通透性进行实验，科学家在实验实施阶段都是不断遇到问题不断调整的，最终才能得到结论。学生实验时，教师需尽可能挖掘可利用的资源，为科学史中探究实验的实施创造条件。

5、运用建构理论，让学生自主得出结论

在科学探究中，得出结论是指学生对事实或证据进行分析、推理和归纳的过程，是培养学生数据处理能力、误差分析能力和抽象概括能力的重要环节。科学探究是针对真实问题进行的，它的特征是未知。

例如，在探究“噬菌体的遗传物质是DNA还是蛋白质”时，笔者鉴于学生原有的对遗传物质的认知，运用建构主义理论，设置了探究的主题：“噬菌体侵染大肠杆菌的，是DNA、蛋白质，或是整个病毒?”之后由学生进行假设，利用同位素标记和离心检测等方法设计探究实验，根据离心结果发现噬菌体侵染时只有DNA侵入细菌内部，从而间接得出遗传物质是DNA这个结论。

可见，教师可运用建构主义理论，充分考虑学生的前概念，学生才能得到“真实”的结论，这种真实是基于探究之后的“水到渠成”。学生在积极思辨自主得出结论后就很有成就感，在掌握探究一般规律的同时，更会对发现科学的本质有深入理解。

参考文献：

[1]王永辉.漫谈镰刀型细胞贫血症[J].生物学教学,2012,37(6):59.

[2]陈守良.动物生理学(第2版)[M].北京:北京大学出版社,2000:3—4.

沈平,聂馥玲.当代高校科学史教育的教学模式探析[J].齐鲁师范学院学报,2019,34(4):17-22.