一道科學史中考生物學試題評析及教學啟示*

沈偉云 （浙江省嵊州市教育體育局教研室 浙江嵊州 312400）

科學史為科學教學提供了科學發現的歷史背景、探索歷程及典型案例，在傳統教學中對于導入新課、激發學生興趣等方面起著一定的作用，但令人遺憾的是還停留在較淺顯的學習階段。通過對近幾年浙江省中考科學試題的分析，許多地市都出現了基于科學史背景的中考生物學試題，而學生得分普遍偏低，這對科學史教學提出了新的要求。為此，以2017年金華市第35題為例作一探討。

1 試題評析

例：海爾蒙特、普利斯特利、薩克斯等多位科學家用了200多年的時間，經過無數次的實驗才對光合作用有了一個比較清楚的認識。其中為了驗證葉片在光合作用和呼吸作用過程中有氣體的產生和消耗，就有許多經典實驗流傳至今。現將其一實驗思路及過程簡述如下：

（注：NaHCO3稀溶液能維持溶液中CO2濃度恒定，其原理是當CO2濃度降低時，NaHCO3稀溶液能釋放CO2，當CO2濃度升高時，NaHCO3稀溶液能吸收CO2。）

①剪取一煙草葉片，立即將其放入盛有NaHCO3稀溶液的容器中，發現葉片浮于液面。

②用真空泵抽去該葉片中的氣體后，發現葉片下沉至容器底部。

③將該容器放在陽光下一段時間，發現葉片逐漸上浮。

④再將該容器放在黑暗環境中一段時間，發現葉片又慢慢下沉至試管底部。

請你用所學的知識對以上實驗③、④中的上浮與下沉現象進行解釋。

圖1 實驗過程示意圖

解析：③在光照條件下，當葉片光合作用強度大于呼吸作用時，吸收CO2，放出O2，釋放出的氣泡附著在葉片表面，葉片受到的浮力會逐漸增大，當浮力大于重力時，葉片就上浮。

④在黑暗條件下，葉片只進行呼吸作用不進行光合作用，消耗O2，放出CO2，而放出的CO2會被NaHCO3稀溶液吸收，此時葉片受到的浮力逐漸變小，當葉片受到的浮力小于重力時，葉片即下沉。

該題是基于科學史上有關光合作用和呼吸作用的一個探究實驗而命制的，較完整呈現了科學探索的過程，并且較好地將化學（NaHCO3）、物理（浮力）、生物學知識融合在一起，考查學生的學科整合能力。要求學生對其現象作出解釋，也有利于考查學生的說理表達能力。

2 教學啟示

初中科學教材呈現的內容大多偏重于成熟的實驗和理論，強調知識點的具體內容，缺乏知識的歷史性和探索性，若在生物學教學中引入科學史，讓學生重溫科學家當年研究探索的歷程，使學生在學習知識的同時，能感受到歷史的厚重感，不僅有助于學生深刻體驗科學家的經歷、思想，而且也有利于學生在主動探索中理解掌握知識重點，學會科學的思維方法。

2.1 滲透教育，熏陶學生科學思想精神 情感態度價值觀是科學教學的三維目標之一，立德樹人是培養學生核心素養的根本要求。學習科學史，以史為鑒，能增強學生的社會責任感，培養正確的情感態度與價值觀［1］。

該試題第1句表述了海爾蒙特、普利斯特利、薩克斯等科學家在200多年的時間內，通過無數次實驗才對光合作用有了較為清楚的認識，從中可讓學生感受到科學探索是一個長期的、百折不撓克服困難的過程。

在教學中教師可適時補充相應的科學史素材，對學生進行科學思想精神的熏陶。例如在學習遺傳時，可提供沃森和克里克密切合作發現DNA雙螺旋結構的史實，對學生進行協作精神教育。在學習血液循環時，可補充哈維大膽推翻蓋侖學說，創立血液循環理論的史實，讓學生接受敢于沖破傳統和權威的束縛，去偽存真的科學精神。

科學課程標準指出，應不失時機地介紹我國古代一些曾長期在世界居于領先地位并產生了深遠影響的科學技術成就和科學思想方法［2］。例如在學習分類知識時可舉明代李時珍提出的“三界十六部”分類法，較世界著名分類學家林奈早160多年。在講生命起源時，可向學生介紹我國科學家于1965年第1次合成了具有全部生物活性的蛋白質結晶牛胰島素。

通過科學史教育，展現科學家在科學探索中表現出的實事求是、不畏艱難、開拓創新的科學精神和民主討論、尊重事實和服從真理的科學態度，有助于學生掌握和運用人類優秀智慧成果，涵養內在精神，形成正確的科學價值觀。

2.2 拓展史實，培養學生信息搜集能力 搜集生物學信息資料是學生自主學習，拓展知識，進行判斷、推理和論證的必要的學習手段和方式。教材限于篇幅，僅提供少量的科學史，教師可結合學習需要，引導學生搜集科學史料，既可作為拓展性課程的重要內容，也可培養學生信息搜集能力。

例如在學習有關酶的知識時，可以作業形式讓學生搜集相關資料，匯總如下：1773年，斯帕蘭扎尼發現在胃里存在化學消化。之后，其他科學家分離出胃里的某種物質，并稱之為“胃蛋白酶”。1857年，通過酵母制酒實驗，李比希認為酶是無生命的化學物質，巴斯德認為酶是有生命的物質，他們展開了討論。1897年，畢希納偶然的實驗：從死亡的酵母細胞中提取出一種物質，也能催化發酵，從而解決了上述爭論。20世紀30年代科學家相繼提取出多種酶，并證實其成分是蛋白質，20世紀80年代，切赫和奧特曼發現少數酶不是蛋白質。

教師可引導學生在提取科學史實信息的基礎上，回答問題，例如：①胃蛋白酶只能催化蛋白質說明了什么？②李比希與巴斯德哪一個觀點正確？什么實驗可以證實？③酶是否一定就是蛋白質？④酶的研究歷史告訴了我們一個什么道理？學生通過從科學史獲取信息，從而獲得問題的解決。

通過基于學習主題搜集科學史，拓寬了學生學習視野。通過科學史料提取信息，解決問題，有助于增強學生的閱讀能力，也有利于培養學生解決問題的能力。

2.3 分析說理，訓練學生邏輯思維能力 邏輯思維是指在感性認識的基礎上，以概念為基本單元，以判斷、推理為基本形式，以辯證方法為指導，間接、概括地反映客觀事物規律的理性思維過程［3］。長期以來，對生物學的學習存在一種誤解，認為它是一門偏重記憶的學科，忽視對邏輯思維能力的培養。通過對科學史的分析說理，有助于培養學生的邏輯思維能力。

例如在學習光合作用時，涉及到英國科學家普里斯特利實驗，其現象是“與綠色植物一起放在密閉玻璃罩內點燃的蠟燭不易熄滅，與綠色植物一起放在密閉玻璃罩內的小鼠不易窒息”。對此現象，可引導學生分析說理如下：若鐘罩內只有蠟燭燃燒，則消耗了O2釋放出CO2，隨著氧氣濃度的降低，CO2濃度增加，蠟燭很快熄滅。若鐘罩內有綠色植物，則蠟燭燃燒產生的CO2成為植物光合作用的原料被吸收，當光照充足時，光合作用較呼吸作用強，綠色植物能為蠟燭繼續燃燒補充氧氣，所以鐘罩內蠟燭燃燒時間長。

通過引導學生對科學史進行分析說理，既可加深學生對生物學概念和規律的理解，又可訓練學生運用生物學語言，準確邏輯表述思維的本領，從而培養學生邏輯思維能力。

2.4 經歷過程，培養學生科學探究能力 科學探究是科學的本質，具有重要的教育價值，在科學教學中，教師往往注重實驗探究，而忽視科學史探究的教學。科學史在很大程度上反映了科學家的探究活動與方法，學生較易領悟科學探究過程和學習科學方法，對科學方法的學習，對探究本質的理解，為教學中探究活動的開展提供了科學理論的指導和依據［4］，即科學史探究彌補了實驗探究的不足。

例如關于生物能否自然發生，科學史上有過許多探究實驗，教師可通過呈現科學史，引導學生經歷科學家的探究過程。

圖2

圖3

例如尼達姆按圖2做了實驗：將煮沸的肉湯先放入瓶中，然后用軟木塞迅速蓋住。幾天后，發現瓶子內肉湯中出現了微生物。于是他提出了生物會自然發生的觀點。但斯巴蘭扎尼認為微生物可能來自軟木塞，于是他做了如圖3所示實驗，將肉湯倒入瓶中，然后立即將瓶口燒熔封閉。第1次加熱至沸騰時間很短僅為2 min，幾天后，發現肉湯中仍有微生物。第2次加熱至沸騰時間較長為60 min，幾天后，肉湯中沒有發現微生物。后來通過巴斯德等多位科學家的探究，最終得出生物不能自然發生的結論。

科學課程標準指出，科學探究是指學生經歷與科學家相似的探究過程，以獲取知識、領悟科學的思想觀念、學習和掌握方法而進行的各種活動［2］。通過學生深入學習領會科學史中的探究，引導學生像科學家一樣開展探究，有助于學生進一步理解科學探究本質，提高科學探究能力。