基于核心素養的生物科學史教學思考

劉銀華

《普通高中生物課程標準》（2017年版）要求“從生命觀念、科學思維、科學探究和社會職責等方面發展學生的核心素養”。但是在高中生物學教育中出現了一些令人擔憂的現象：教師反復地進行解題訓練、實驗操作，學生也掌握了一些科學方法和科學技能，但學生頭腦中最終還是沒有形成科學思維，更別說探究能力的提升了，甚至于出現對科學的盲目崇拜或信仰。“當某種說法或某些人宣稱自己是科學時，學生便篤信不疑，他們對貼上科學標簽的東西自動放棄自己的辨識力，不再使用自己的頭腦進行思考。”這反映了當前科學教育中對科學本質觀教育的嚴重缺失，學生的科學素養普遍不高。因此，培養學生的科學本質觀成了當前科學教育中一項重要而迫切的任務。

生物學科教學中有哪些策略有助于學生科學本質觀的形成呢？袁維新教授認為：“培養學生的科學本質觀不是向學生灌輸某種觀念，或讓學生站在某個哲學立場上，它的一個重要目的就是幫助學生理解科學知識本身，了解知識的產生過程、歷史背景、存在的價值、能解決的問題以及人們確信它的原因。”由此可見，生命科學史是培養學生科學本質觀的良好素材和載體，有效的生命科學史教學是提升學生核心素養的重要途徑之一。

一、把握生物學科發展史的重要事件，形成科學史教學的結構框架

生物學科形成和發展的歷史是由眾多科學發現事件沿時間長河串聯而成的。這些歷史事件向學生展示了生物學科是如何發展起來的、在學科發展的過程中解決了哪些問題、其他學科對生物學科的發展有何影響、學科間又有怎樣的聯系。其中，有些事件對生物學科的發展有重要價值，在生物學史上的地位無可取代，人們稱之為科學史上的重要事件。教學時，教師要對這些重要事件進行整體把握，將其巧妙地融入教學設計中，充分挖掘其中蘊含的科學思想和科學方法，形成科學史教學的結構框架，幫助學生理解知識的產生過程，建構完整的學科知識體系。同時，通過對科學探究歷程的深入分析，幫助學生理解科學家發現問題和解決問題的思考路徑，最終形成自己發現問題、作出假設、驗證假設、得出結論的一整套科學研究的簡單方法，促進其科學本質觀的形成和科學素養的提高。如必修二遺傳與進化模塊的教學，可將遺傳學發展史中的重要事件有序組織和融合：孟德爾豌豆雜交試驗（遺傳過程有怎樣的規律）→格里菲斯和艾弗里的肺炎雙球菌的轉化實驗、蔡斯和赫爾希的噬菌體侵染細菌實驗（什么是遺傳物質）→沃森、克里克發現DNA雙螺旋結構（遺傳物質具有什么樣的結構）→DNA半保留復制的發現和驗證（遺傳物質如何復制）→克里克等對遺傳密碼的推測、中心法則的建立（遺傳物質如何控制生物的性狀）。這些重要事件環環相扣，讓學生了解遺傳學就是在解決一系列問題的重要事件中逐步發展起來的。循著這樣的歷史線索展開教學，遺傳學的知識框架就自然建構起來了。同時科學家對科學的熱愛和孜孜以求，敢于向傳統挑戰的精神，嚴謹、實事求是的科學態度對學生素養的提高起著潛移默化的作用，更重要的是科學史教學中滲透的科學思維訓練還可能讓學生聯系到新的問題上去，為學生創新思維的形成奠定基礎。

二、抓住幾個要素，體現科學史教學的特點

1.重視科學發展的背景

科學發展史是人類社會發展史的一個重要部分，它不是單獨存在的科學知識的發展變化史，它與政治、經濟、宗教、技術，甚至戰爭交織在一起，相互作用，共同前行。因此，在進行科學史教學時，除了讓學生關注科學知識本身的發生、發展外，還要讓學生了解科學發展的各方面背景，認識到科學的發展離不開技術的支持，離不開社會各方面的共同影響，形成學生寬廣的認識世界的視野，辯證理性地認識科學技術的發展。如教學“生物膜流動鑲嵌模型的發現過程”可引導學生關注物質提純、化學分析、電子顯微鏡的應用、熒光標記等技術對模型建構的作用，教學“DNA重組技術的發展”可讓學生了解它與生物武器、戰爭的關聯等。

2.重視科學思維和科學精神的培養

科學史的內容在很大程度上反映了科學家的探究活動與方法，是理解科學探究、掌握科學方法的良好范例。生物科學史不僅記載著生命科學知識的形成過程，還蘊含著科學家的創造性思維方式和靈活多樣的科學方法，體現了科學家求實、求真、批判、創新、探索、堅持不懈等的科學態度和科學精神，是培養學生科學素養的生動教材。因此生物科學史的教學不應是簡單地讓學生記住這段歷史和結論，而是要將探究性學習整合其中，創設情境讓學生重走科學探究之路，體驗科學家發現問題、解決問題、深化認識的過程和探索的精神。如“基因在染色體上”一節教學可設計如下環節：“還原歷史、暴露問題”（由于缺乏實驗證據，薩頓假說不具說服力）、“把握機遇、力圖突破”（白眼果蠅突變體的發現體現了摩爾根及其同事們敏銳的洞察力和鍥而不舍的科研精神，學生在模仿孟德爾的實驗探究進行設計雜交實驗，體會雜交實驗設計的核心和思路）、“大膽假設、精心求證”（強化學生實驗探究思想，體悟假說-演繹的研究方法）、“借助經驗、提出方案”（學生自己設計遺傳學實驗并分析遺傳結果，得出結論，更深刻地理解各種交配實驗的意義，學會有目的地設計探究實驗）。

3.重視科學的前沿與應用

科學史教學除了要引導學生關注科學發展的過去，還要使學生了解科學發展的前沿，認識到生命科學輝煌的發展前景，樹立生命科學研究的遠大志向和奮斗目標；同時，還要讓學生意識到科學的實用價值，通過一些生物科學新成果的教學，引導學生應用科學知識去解決實際問題，樹立社會責任感，如單克隆抗體的制備、轉基因生物的應用、克隆動物的問世、基因探針和基因治療的發展等的教學。

三、針對高中生的特點，采用適宜的科學史教學策略

高中生已經有了一定的生活經驗和學科基礎，抽象思維、操作能力、學習自覺性和控制能力也有了一定的發展，而且具備了一定的辯證思維和哲學思考能力。因此，高中生物課堂的科學史教學，應在向學生提供大量的社會和歷史背景資料介紹的基礎上，引導學生對背景材料中的事件作深入的理性思考，分析其中包含的科學方法、科學思想、技術進步與科學發現的關系等多個維度的內容，以促進其科學思維能力的發展。

在國內外的教學研究中，英國科學教育者孟克和奧斯本提出融合模式，兩位學者在建構主義學習觀的影響下，充分吸取前人的經驗與教訓，提出了把歷史、哲學、科技（HPS）融入科學課程與教學中的模式。融合模式的核心是：將學習的課題假設為歷史上某個科學家的研究問題，引導學生重走科學發現之路，主動進行意義建構，從而探索出新的知識或新的概念。如酶的本質是什么、DNA怎樣進行復制等等。教學共有6個階段，即演示、引出觀念、學習歷史、設計實驗、科學的觀念與經濟性檢驗、評論和評估（見下圖）。這一模式將科學史與科學哲學的學習與當前的科學概念和理論的學習有機地融合在一起；整個教學過程是一個問題解決的探究過程，通過探究活動實現觀念轉變，形成正確的科學觀念，有利于培養學生的問題解決能力和創新能力。

毫無疑問，恰當的科學史教學有益于學生理解科學的本質，學會用發展的、審視的眼光看待現有的科學知識，提高分析和解決問題的能力，有益于學生核心素養的提升。教師要將科學史融合到課堂教學中，最大限度地發揮科學史的教育功能。