基于科學史教學發展學生生物學核心素養

劉 宇 劉欣顏 易 露

（1 成都樹德中學 四川成都 610031 2 廣州市教育研究院 廣東廣州 510030）

2018年1月，教育部正式頒布了《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱“課程標準”）。 相較于2003年頒布的《普通高中生物課程標準（實驗稿）》，新頒布的課程標準在課程安排、內容標準等方面都有較大變化， 進一步落實了立德樹人的教育任務，凸顯了生物學科的育人價值，強調了生物學核心素養的培養， 對高中生物學的學科建設和教學均提出了新的要求和挑戰。

教育綱領性文件的更新， 為課堂教學變革指明了前進的方向。在當前時代背景下，以提升學生的生物學核心素養為出發點， 優化生物學課堂教學模式勢在必行。 課程標準明確提出：“科學是一個發展的過程， 學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路， 理解科學的本質和科學研究的思路和方法， 學習科學家獻身科學的精神。 這對提高學生的生物學核心素養是很有意義的［1］”。 作為綜合了基礎生物學知識、科學研究基本范式、積極科學態度與科學家精神的教學模式，科學史教學能有效提升學生生物學核心素養，值得教育者關注與實踐。因此，在生物學核心素養視角下，科學史教學具有重要的理論和實踐意義。

1 課程標準對科學史教學的要求

課程標準提出， 生物學素養指公民參加社會生活、經濟活動、生產實踐和個人決策所需的生物學知識、探究能力以及相關的情感態度與價值觀，是生物學核心素養形成的條件和基礎。 高中生物學核心素養指向“知、情、意、行”4 個方面，分別是生命觀念（知）、科學思維（意）、科學探究（行）、社會責任（情）［2］。這4 個方面相輔相成，生命觀念的形成需要借助科學思維和科學探究， 而生命觀念的建立能讓科學思維和科學探究的過程事半功倍。社會責任是生命觀念、科學思維和科學探究素養形成后的延伸性學習成果， 是生物學課程的教學目標［3］。 有基本生物學素養的學生能基于已有的生命觀念，運用科學思維和探究能力，辨別科學與偽科學，作出科學的回應和客觀公正的評價，履行自己的社會責任，這將是持續終生的議題，也是教育的最終目的。

生物學科學史蘊含豐富的科學知識、 科學方法、科學世界觀、科學精神和科學態度等內容，具有很高的教育價值。 結合生物學核心素養的具體內涵，在教學實踐中引入科學史教學，不僅能增加課堂的趣味性，而且能讓學生沿著前人的發現、探索之路思考、分析，體會知識、概念及技術的演變過程，促進核心素養的養成。因此，梳理課程標準對科學史及科學史教學的要求是有必要的。

表1 是課程標準關于必修課程和選擇性必修課程中科學史的相關內容和教學提示。 選修課程由于其課程性質， 課程標準中未對此內容作出明確的要求。 結合表1 的梳理結果，可以看出：高中生物學課程在必修課程和選擇性必修課程中都包含了科學史的要素，并給出了教學提示。需要明確的是，內容標準由于其高度概括性，難以對各個模塊中的所有科學史面面俱到， 僅提出基本性的要求。 在實踐教學中，教師可以結合具體內容主題、專業知識和教學實際， 選擇性地增加相關的科學史內容，使得教學能更為順利地開展。

表1 課程標準對科學史及教學的要求

2 科學史教學對核心素養提升的價值

2.1 科學史的發展進程體現了概念間的層級關系與內部邏輯 學習生物學基本知識的核心目的是形成生命觀念。當學生具備基本的生命觀念時，才可以對“生命是什么”（what），“生命活動是怎樣進行的”（how），以及“生命為什么會變成現在這樣”（why）3 類問題作出準確的回答［4］。

學生形成生命觀念的基礎是構建生物學核心概念體系，這一概念體系是逐步發展得到的。對于抽象程度較高、發展歷程曲折的重要概念，例如細胞、光合作用等，科學史教學通過闡釋在漫長的探索歷史上，科學家團隊是如何基于已知提出問題，設計并實施富有創造性的研究方案， 最終獲取證據解決問題的過程， 輔助學生對復雜概念形成全面認知。 科學史的呈現有助于學生對知識本質的理解、內化和激活，進而理解概念的內涵、發展，以及概念間的邏輯關聯， 厘清概念體系內部的上下位關系，更好地理解生命的運轉機制。

2.2 基于科學史的探究提升了實驗探究能力與科學思維 高中生物學課程涵蓋了大量探究性實驗， 以期從不同的探究層次逐步提升學生的探究能力。隨著探究層次的逐步提高，教學對學生思維的要求也逐步提升。 然而，由于中學軟、硬件條件不足及課時安排緊張等諸多因素， 一線教學中實驗探究不易得到全面開展。 很多時候教師會折中處理，以“講實驗”替代“做實驗”，此時教材所設計的探究性實驗能取得的實際效果就相對有限。學生發展探究能力與理性思維的需求， 呼吁教師提供更為多元化的培養途徑， 基于科學史的思維探究就是一種有效的替代方案。

科學的發展歷程本就是大量科學家前赴后繼，針對某一個問題逐步探究，直至得出精準結論的過程。例如細胞膜流動鑲嵌模型的發現史，科學家就經歷了從成分推測結構、從結構預測功能、從功能反推結構的思維歷程。 伴隨著電子顯微鏡成像技術及熒光標記技術的出現， 科學家獲取了更多直接證據，最終得出了細胞膜的結構模型。教師在課堂中以探究的模式對此類科學史進行回顧，是一種高效的教學范式，其中蘊含的提問策略、實驗設計范式及結果分析方法， 是提升學生探究能力的有效教學素材。

科學思維是人類科學史上無數科學家基于大量思考與實驗， 經過眾多嘗試和總結后逐步形成的思維模式， 科學史探究有助于學生探究能力的提升，此過程必然伴隨著科學思維的錘煉。因此回顧科學發展史，剖析科學事實的發現歷程，強調質疑態度、實證精神和邏輯思維，對于養成科學思維具有積極效應。

2.3 合理利用科學史可構筑學生的科學精神與社會責任 科學精神是科學素養的靈魂， 社會責任是教育的終極價值， 二者是實現立德樹人的基礎。 而科學精神與社會責任的習得需要基于事例的引導、理性的分析和榜樣的激勵，不能僅憑教條化的講授。行為的改變基于態度的轉換，期待學生在成長為社會公民之時具有必要的生物學科學素養，勇于承擔公民應負的社會責任，在學生時代給予榜樣的激勵就必不可少。

生物科學史上大量的科學研究案例與科學家故事，是構筑科學精神與社會責任感的良好素材。例如DNA 雙螺旋結構模型的構建史，展示了在探究知識的過程中科學家之間的合作； 又如促胰液素的發現史， 呈現了科學家團隊針對同一問題如何從不同角度進行探究， 體現了不同觀點之間的碰撞與爭論；再如光合作用的探究歷程，體現了科學實驗的成功離不開恰當實驗對象與方案的選取。 合理利用科學史組織教學能以鮮活的研究案例，向學生展示科學家不拘泥于傳統理論與觀點、不迷信權威、積極思考、勇于質疑、專注于研究問題等特質。基于此，生物學科學史呈現了科學家的求真態度、堅強毅力、理性思維和社會責任，可以激發學生刻苦鉆研的決心，培養學生的科學精神，形成科學的世界觀，培養學生的社會責任感。

3 科學史教學的實踐建議

3.1 科學史教學并非歷史教學，要以邏輯分析為主， 知識識記為輔 教材中的科學史多數是按照時間順序呈現的。一些教師在處理科學史時，存在混淆科學課程與歷史課程教學目標的現象， 過度關注史實本身，包括人物、年代、事件及成果等。當教師將教學目標定位為落實知識時， 往往會忽視科學史激發學習興趣、促進主動學習、培養邏輯思維、提升科學素養的價值。 例如，有的教師對細胞學說的建立過程進行了大量而細致的分析，最終卻僅強調細胞學說提出過程涉及的人物與實驗內容。這樣的科學史教學花費了更多的課堂時間，學生的生物學素養卻未得到應有的提升。

教學目標的偏差使得大量的科學史教學雖有其形卻失其精髓，丟失了科學史的真正價值。有效的科學史教學應當以邏輯分析貫穿課堂， 促進學生對生命的理解，進而從“知、意、行、情”4 個維度真正提升學生的生命科學素養。

3.2 合理搭建腳手架，不可過度拔高教學目標，增加學生負擔 原則上說，所選科學史的難度不宜過大，不應額外加重學生的負擔。 但有的教師會在進行科學史教學時添加很多難度較大的素材，或對教材所給素材進行過度分析，使學生難以適應。

例如對于DNA 半保留復制的證明過程，有的教師為了提高學習內容的難度， 要求學生設計實驗，探究DNA 復制方式為半保留復制還是全保留復制［5］。 高一階段學生對于分子水平的生物學實驗接觸較少， 對于放射性同位素標記技術的實踐應用， 以及大腸桿菌和噬菌體的生物學特征的認識均不透徹， 上述實驗設計類的教學活動對學生而言難度過高，難以完成。這樣的教學內容屬于拓展領域，對于優質學生可以作為課后思考，但不建議在課堂教學中作為常規教學環節呈現， 以免過度拔高教學難度，增加了學習負擔，也模糊了科學史教學的真實目的。3.3 客觀評價科學家的成就，避免過度神化或過度否定 科學發展的一個基本特點是科學知識和科學方法具有歷史繼承性， 科學不是某一個時代的產物，而是歷史積累和發展的結果。由于自然現象的復雜性， 人們對其規律的認識往往有由淺入深、由表及里、由此及彼、去偽存真的過程。 科學史教學無可避免會介紹很多科學家， 通過教學觀察發現， 教師在對科學家的工作進行講授時容易走入兩個極端：過度神化或者過度否定。

對于現代科學高度認可的理論奠基人， 教師容易過度神話。 例如有的教師在課堂組織全班學生鞠躬拜謝孟德爾、達爾文等科學家，認為其理論無任何錯誤，望以此培養學生的科學家情懷。此類做法存在不妥之處，科學家不是神，科學探究是人類對于未知世界的探究，科學知識是可能改變的，切不可過度神話科學家。

相反， 對于教材中提出批判或指出不足的科學家，有的教師會過度否定。例如分析促胰液素發現史時，有的教師會過度否定沃泰默的工作，認為其缺乏基本的實驗分析能力； 又如在分析進化學說時，否定拉馬克的工作，著重分析其與達爾文自然選擇學說的差異， 而忽略拉馬克對進化理論發展作出的跨時代貢獻。

教師對科學的態度將影響學生的科學態度，進而影響學生未來從事科學研究的傾向和作為社會公民的基本素養， 在科學史教學中對科學家抱以客觀的評價意義深遠。

綜上可見， 科學史教學是生物學核心素養發展的有效路徑。 教師應嘗試以生物學概念體系和科學思維為串聯，設計富有邏輯性的科學史教學，引導學生站在科學家的角度思考和討論， 身臨其境地體會科學發展的艱難及科學成就帶給人類社會的價值。進而明確當代生物學研究的基本范式，學會科學地思考和解決問題， 為未來成為具有生物學核心素養的公民做好準備。