借力生物科學史培養高中生的批判性思維

柴媛媛

批判性思維是指對他人或自己的觀點、做法或思維過程進行評價、質疑、矯正，并通過分析、比較、綜合，進而達到對事物本質更為準確和全面認識的一種思維活動。作為一種高階思維能力，教師在課堂上針對批判性思維進行的訓練，必定對培養學生理性思維和創新思維有著深遠的影響。生命科學是一個不斷發展的過程，學生通過科學史的學習，能夠沿著科學家探究生物世界的道路，理解生命現象的本質，體驗科學研究的方法，感悟科學探究的精神，形成嚴謹治學的態度等，同時也是培養學生實驗技能，激發學生探究熱情的重要途徑。因此，生物科學史是培養學生生物學科核心素養、促進批判性思維發展的良好素材。

教師在進行科學史教學時，可以通過設置問題情境，不斷地讓學生質疑、討論、修正、驗證等，帶領學生體驗經典實驗，在探究的同時培養批判性思維。下面以人教版高中生物教材《必修3·穩態與環境》第三章第一節“植物生長素的發現”為例，借助生物科學史來引導學生思考并提出問題，發表自己的見解，表達自己的觀點，在批判中學習生物學知識，同時大膽質疑，用發展的眼光看待科學，逐漸形成批判性思維。

1設疑激趣，導入新課

教師播放一段視頻：將培養好的綠豆幼苗放在暗箱中培養，并在一側開一個小口，再取一盆生長狀態相同的綠豆幼苗放在光下培養。將這組裝置放在光下培養2d。2d后觀察兩盆幼苗的生長情況。暗箱中的幼苗朝向小口生長，光下培養的幼苗直立生長。教師以此引出植物向光性的定義。

2發現問題，提出假說

教師介紹：1880年，達爾文針對植物向光生長的現象，提出問題（植物為什么具有向光性），進而研究了單側光對金絲雀虉草胚芽鞘生長的影響。

教師展示實驗并提出問題：你認為達爾文的實驗能夠說明什么？

學生討論、分析并總結：胚芽鞘的感光部位是尖端，彎曲的部位是伸長區。

教師補充：為什么尖端會影響到伸長區呢？達爾文推測并提出了假說：①胚芽鞘尖端受單側光刺激后，會向下面的伸長區傳遞某種“影響”；②伸長區背光面比向光面生長快，因此胚芽鞘出現向光性。但是這種“影響”是什么？為什么背光面比向光面生長的快？這兩個問題還沒有得到解決，需要進一步證實。

3設計實驗，證明假說

教師提出問題：如何證明胚芽鞘尖端向伸長區傳遞了某種“影響”（假說1）？

學生討論：可以通過分離、提取的方式來確定是不是一種化學物質。有其他學生提出質疑：受當時的科學水平所限，還不能提取該物質，因此還不知道這種物質是什么。

教師引出鮑森·詹森的實驗，并提出問題：你認為該實驗可以得出什么結論？有人認為鮑森·詹森的實驗不嚴密，你認為他的實驗有什么問題？（此問題對思維的要求較高，提示學生結合對照實驗的三大原則進行分析，即對照原則、單一變量原則和等量原則）。

學生經過思考、討論，進而總結出：該實驗能夠說明胚芽鞘尖端產生的影響可以透過瓊脂片傳遞給下部（可以初步說明這種影響是一種化學物質）。但是該實驗沒有遵循單一變量原則，不能排除這種影響是由尖端產生，而不是由瓊脂片產生，應該增加一組對照。

教師繼續提出問題：如何設計實驗證明胚芽鞘伸長區的背光面比向光面生長快呢？

學生此時已經具備了一定的探究能力，結合課本預習，能夠說出拜爾的實驗設計，并能夠快速總結出實驗結論：胚芽鞘彎曲生長的原因是因為尖端產生的影響在伸長區分布不均勻造成的。

教師繼續追問：拜爾的實驗為什么要選擇黑暗的環境？

學生分析討論：黑暗中可以排除光照對實驗結果的影響。

教師補充：由于胚芽鞘尖端放置位置的不同（自變量），就使尖端向下傳遞的“影響”分布的不均勻，結果導致伸長區生長的不均勻（因變量），光屬于無關變量，因此進行排除。溫特在結合詹森和拜爾的實驗基礎上，又進行了相關實驗，并發明了生長素的定量分析方法。溫特的實驗能夠得出什么結論？

學生總結：胚芽鞘的彎曲是由一種化學物質引起的，并把這種物質命名為生長素。同時指出該實驗缺少對照組，并設計了對照組（圖1）。

教師進一步介紹：1931年，荷蘭科學家郭葛首次從人尿中分離具有生長素效應物質——吲哚乙酸。但由于生長素在植物體內含量極少，直到1946年才從高等植物中分離出生長素，并確認它就是IAA。

教師總結：在生長素的發現歷程中體現了科學探究的一般步驟：發現問題一提出假說一設計實驗一驗證假說一得出結論，幫助學生領悟探究科學本質的一般方法。

4構建模型，沉淀思維

教師提出問題你能根據生長素發現的歷史，構建出植物向光性原因分析的模型（用黑點表示生長素）嗎？

教師提示：

（1）產生生長素的部位：胚芽鞘尖端；

（2）生長素的作用部位：胚芽鞘尖端以下的部位；

（3）感光部位：胚芽鞘尖端；

（4）外因：單側光照射；

（5）內因：生長素分布不均勻。

學生通過小組討論、白板展示，在分析伸長區生長素分布不均勻的原因時，出現了兩種不同的解釋：

（1）單側光在尖端抑制了生長素的合成；

（2）單側光使生長素在胚芽鞘尖端發生了橫向運輸。

兩種觀點爭執不下，到底哪種觀點正確呢？教師點撥，并拋出問題：大家都認為自己的觀點正確，我們不如通過這節課對科學史的學習來設計一個實驗，進而驗證哪組的觀點是正確。

學生根據已有知識，在教師的點撥下，設計出圖2所示的實驗。

教師追問：若大家假設正確，那會出現什么實驗現象？

學生經過分析并總結：若實驗①所測生長素的總量>實驗②的生長素總量，且實驗②中左側>右側，則證明可能是單側光在尖端抑制了生長素的合成；若實驗①中所測生長素總量=實驗②的生長素總量，且實驗②中左側>右側，則證明單側光使生長素在胚芽鞘尖端發生了橫向運輸，再向下運輸到伸長區。

通過分析，學生迫切想知道真正的實驗結果，教師通過幻燈片展示實際的實驗結果。學生通過分析得知，結果符合第二種觀點，進而構建出正確的模型。教師用Flash動畫演示。

教師繼續補充：有關植物向光性的研究仍在繼續，有學者以向日葵、蘿卜幼苗為材料研究植物向光性時，發現在單側光的作用下，背光側與向光側的生長素含量相同，但是引起生長抑制的物質分布不均。也有學者重復了溫特的實驗，發現胚芽鞘的彎曲度是由于生長素和生長素抑制類物質共同作用的結果。經典的“生長素分布不均勻假說”面臨著嚴峻的挑戰，但是目前科學界還沒有定論，生命科學的本質就是在這樣不斷的爭議、質疑中進一步發展的。教師向學生滲透科學不斷發展、進步的思想，培養他們敢于質疑的精神。

5教學反思

利用科學史對學生進行批判性思維訓練的關鍵是激疑，這就需要教師閱讀大量材料，精心設計問題，先讓自己成為有問題的人；同時還要注意保護學生的問題意識，鼓勵學生從看似沒有問題的教材中發現問題、分析問題進而解決問題，進而激發學生探究的欲望，逐漸形成獨立思考、勇于創新、敢于質疑的品質。