學習生物科學史提高生物科學素養

包燕紅

【摘要】本文通過提供生物學發展史相關資料，幫助學生掌握生物學的基本原理和生物學核心概念；學生通過分析生物科學史中實驗的發展過程呈現的思維與方法，學習科學探究方法與技能；學生了解生物學發展史中科學家勇于探索的精神、堅持不懈地努力和實事求是的科學態度，形成科學的態度和價值觀。

【關鍵詞】生物科學史 生物科學素養 核心概念

【中圖分類號】G633.91 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）26-0177-02

提高每個高中學生的生物科學素養是課程標準實施的核心任務。通過學習生物科學史對提高學生的科學素養是很有意義的。我們發現，很多學生在新課學習中一知半解，對生物學的核心概念只知其一不知其二，缺乏對生物學內容和方法的深入了解，沒有情感態度價值觀的體驗，更無從談起如何應用生物學。這一現象說明我們的學生在生物科學素養上還有待提高。新課程改革要求生物教學以學生發展為本，以學生為教學主體，以學生實踐訓練為教學主線，以學生能熟練應用所學知識技能解決實際問題為教學目標，啟發引導學生自主學習、合作學習、探究學習。在新一輪“7選3”的課程改革背景下，如何適應新課程改革，將科學史的教育融入日常教學，需要我們在實踐中積極進取、勇于創造和探索。本課題就是通過學習生物科學史來提高學生的生物科學素養，走出“頭痛醫頭，腳痛醫腳”的誤區，從根本上提高學生的生物科學素養。

一、研究生物學核心概念的發展史，掌握生物學核心知識

生物學知識包括基本的生物學概念、原理和規律。學生應獲得有關生物體的結構層次、生命活動、生物與環境、生物進化以及生物技術等生物學基本事實、基本原理和規律，對生物學的整體畫面有一個大致的了解。

高中生物中存在大量的核心概念，通過對書本原有的發展史或教師提供相關發展史中重要內容的分析，學生對相關核心概念會有深入而細致的理解，掌握核心概念就水到渠成。

典例：提供細胞膜的流動鑲嵌模型建立過程中的相關實驗，學生就能自主分析細胞膜的成分和特點。

材料一：①1859年，E.Oerton選用500多種化學物質對植物細胞膜的通透性進行了上萬次的研究。發現凡是易溶于脂質的物質，越容易穿過膜，反之，不容易溶于脂質的物質，越不容易穿過膜。你從以上實驗中能得出什么結論？

學生結論：細胞膜的組成成分中可能含有脂質。

材料二：科學家將膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，然后用蛋白酶處理，細胞膜被破壞。你從以上實驗中能得出什么結論？

學生結論：細胞膜的組成成分中含有蛋白質。

教師補充：后來現代研究應用化學手段分析表明質膜的主要成分是脂質和蛋白質另外還有少量糖類。組成膜的脂質中磷脂含量最多。

材料三：科學家將人紅細胞的細胞膜中的脂質分子抽提出來，并將它在空氣—水界面上鋪成單分子層，發現該單分子層的表面積相當于原來紅細胞表面積的兩倍。這說明了什么？

學生結論：細胞膜由兩層磷脂分子構成。

指導學生閱讀書本中關于細胞膜中磷脂分子、膽固醇和蛋白質的運動情況。

材料四：冰凍蝕刻電子顯微法顯示的細胞膜圖

學生結論：蛋白質鑲嵌、覆蓋、貫穿在磷脂雙分子層中。

材料五：人鼠細胞雜交實驗（帶不同熒光標記的細胞融合后熒光的變化）

學生結論：細胞膜上的蛋白質分子可以運動，細胞膜具有流動性。

這些材料的提供幫助學生對流動鑲嵌模型有了更加深刻的理解，對細胞膜的特點有了更深入的掌握。

另外如酶的概念，書本中關于酶本質的探索能幫助學生深入理解酶的本質，而不是簡單的記憶。教師提供光合作用的簡單發現史能夠幫助同學們深入理解光合作用的總反應式，區分光反應過程和碳反應過程的重要步驟，從中分析得出能量轉換的形式，并且理解各內外條件對光合作用的影響。高中生物課堂中應該給學生提供機會，讓他們了解現代生物學的進展，了解現代生物技術對人類社會和人們生活的影響。只有深入了解生物學知識，學生才具有在現實生活中運用知識的能力。

二、分析生物科學史中呈現的思維與方法，學習科學探究方法與技能

科學探究是學生學習科學的有效方式之一。學校的科學探究活動通常是指學生們用以獲取知識，領悟科學的思想觀念，領悟科學家們研究自然界所用的方法而進行的各種活動。學生們應該掌握科學探究的一般技能，包括：提出問題、做出假設、制定計劃、收集證據、得出結論、表達和交流的科學探究能力?？茖W思維的方法包括形式邏輯思維、辯證邏輯思維、批判性思維和發散性思維等思維方式和思維習慣。科學的思維習慣不是科學家所特有的，是每個人可以掌握也應該掌握的技能。一個人一旦掌握了這些技能，無論對當前的學習還是今后從事工作都終身受益。

高中生物內容中有著豐富的體現科學思維和方法的素材。以“證明DNA是遺傳物質”的發現史和孟德爾的分離定律為例分析科學方法與技能。

孟德爾的分離定律實驗過程中體現了完整的假說演繹法的過程。

學生在學習孟德爾的遺傳實驗過程中，體會到假說演繹法的本質，并能將這個方法應用到實驗中去。科學探究更重要的是在于它的過程而不完全是結果。要讓學生學會科學探究的一般方法，親身體會科學家是如何困惑于問題，如何假設問題的“答案”。考慮從哪些途徑去解決問題，并以此漸漸地養成探究的態度、方法和思維。逐步培養學生搜集和處理科學信息的能力、獲取新知識的能力。

三、了解生物科學史中事件的發生過程，形成科學態度和科學的世界觀

科學態度是人基于對科學知識的正確理解和對科學發展的認識而形成科學的信念和科學習慣?？茖W史就是一部科學家的思想史。這個過程中展示了科學家們不同觀點間的爭論和實驗不斷證明的過程。

哲學認為，事物是客觀存在的，不以人的主觀意志為轉移。生物科學需要養成質疑、求是、創新的科學態度。酶的發現史中，李比希和巴斯德之間爭論發酵是酵母細胞還是細胞內的物質造成。最終畢希納用實驗證明了李比希的觀點。這些探究科學問題中的爭論和思考是科學研究過程中存在的正常學術交流，能夠不斷推動生物科學向前進步。說明實驗科學需要有強有力的證據來證明假說。同時也使得同學們體會到即使是當時的微生物方面的權威，巴斯德的觀點也有可能是錯誤的，科學是不斷在進步和發展的。

學習生物科學史中的這些事件，科學家百折不撓的精神，探究過程的艱辛，對培養學生的精神品質有一定的幫助。筆者在開設選修課時，設置“生物學家的科學史”這一研究性學習。學生以小組的形式完成，進行了一定的分工合作。這個過程中不僅培養了學生收集和處理信息的能力，還使得學生在收集資料的過程中感受到科學研究過程中克服困難，堅持不懈的精神。例如孟德爾小時候家境貧寒，有時他甚至整天餓著肚子聽課，依靠做家庭教師的收入，總算修完了一定的學業。后來做了修道士，仍在教堂后面的空地上進行他的實驗。不顧別人的冷嘲熱諷，十多年的研究結果一直到去世后才被人們接受，這樣的境況下仍能堅持自己的探究之路。在開設的“植物向光性實驗研究實踐”中，學生以小組為單位進行實驗研究，進行觀察、記錄、整理實驗結果、定期匯報等過程，不僅使得學生學習科學的觀察方法，而且要養成實事求是的科學態度。實驗中出現的意外情況，實驗失敗總結經驗都屬于寶貴的財富。

科學的世界觀認為世界是能夠被認知的，科學知識是不斷變化的科學知識的主體具有連續性和穩定性。把科學態度與價值觀目標和科學知識目標有機地結合在一起激發學生學習的動力。它不像知識一樣學生可以直觀學習，所以需要在日常教學中通過資料收集和活動來體驗與內化。

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