例談科學(xué)思維、科學(xué)探究在高中生物教學(xué)中的培養(yǎng)

周月梅 廖東年

摘 要：文章把生物科學(xué)史“生長素的發(fā)現(xiàn)過程”與探究性學(xué)習(xí)整合起來，在教學(xué)中滲透生物學(xué)核心素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生沿著科學(xué)家探索的歷史道路，在獲取生物科學(xué)知識的過程中，體驗科學(xué)探究的艱辛與不易;引導(dǎo)學(xué)生分析探究實驗、嘗試設(shè)計實驗及鍛煉邏輯思維的嚴密性，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度與價值觀。

關(guān)鍵詞：生長素 科學(xué)思維 科學(xué)探究 培養(yǎng)

生物學(xué)核心素養(yǎng)的四個要素：生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責任，它們是一個統(tǒng)一的整體。生命觀念的形成離不開科學(xué)思維和科學(xué)探究;而科學(xué)探究和科學(xué)思維是相輔相成的，科學(xué)思維是在科學(xué)探究的實證過程形成的;在形成生命觀念、進行科學(xué)思維和科學(xué)探究的過程中，最終形成一定的社會責任意識[1]。

怎樣將生物學(xué)核心素養(yǎng)的培育落實到課堂教學(xué)中，并提高學(xué)生的各方面素質(zhì)和能力，文章以科學(xué)史“生長素的發(fā)現(xiàn)過程”教學(xué)為例，闡述科學(xué)思維、科學(xué)探究在生物教學(xué)中的培養(yǎng)，讓學(xué)生體驗科學(xué)探究過程的同時鍛煉科學(xué)思維。

一、用科學(xué)探究的方法和達爾文（19世紀末）一起“思考”胚芽鞘彎曲生長的原因

達爾文的實驗需確認實驗條件有：單側(cè)光照射、胚芽鞘、胚芽鞘尖端與錫箔罩、胚芽鞘尖端下面一段與錫箔罩等。為幫助學(xué)生把握要點，教師設(shè)計問題串并引導(dǎo)學(xué)生帶著問題，觀看實驗視頻，逐步思考這些實驗中的自變量、因變量以及它們之間關(guān)系，通過層層的分析，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，體驗科學(xué)探究的過程，進而得出實驗結(jié)論。然而達爾文指的這種“影響”究竟是像電信號呢;還是有物質(zhì)實體呢？于是就有了詹森和拜爾的創(chuàng)新性實驗以及溫特的巧妙設(shè)計。

二、用科學(xué)思維與詹森、拜爾同感“影響”

1.詹森的實驗（1910年）

通過學(xué)生對達爾文實驗的探究與思考，學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)詹森的實驗顯然缺少對照組，即實驗有了兩個自變量——瓊脂塊和胚芽鞘尖端，怎么辦呢？那就需要檢測瓊脂塊對實驗結(jié)果是否有影響，如：瓊脂塊含有促進伸長區(qū)彎曲生長的物質(zhì)嗎？因此要增加一個對照組——即放置一塊完全一樣的瓊脂塊在去掉尖端的胚芽鞘上面，其他條件一致，觀察胚芽鞘是否會彎曲生長？

另外有些學(xué)生提出：詹森的實驗思路是胚芽鞘尖端產(chǎn)生的“影響”能否向下運輸，若能用一些能阻斷的東西（如云母片）截斷其去路，胚芽鞘就不生長了。所以另設(shè)計實驗組：用單側(cè)光照射已插入云母片的胚芽鞘;對照組：用單側(cè)光照射無插入云母片的胚芽鞘。結(jié)果發(fā)現(xiàn)實驗組的胚芽鞘不彎曲不生長;而對照組的胚芽鞘彎曲生長了，就可以得到結(jié)論：胚芽鞘尖端確實產(chǎn)生了某種“影響”，并從尖端運輸?shù)郊舛讼露纹鹱饔谩?/p>

2.拜爾的實驗（1914年）

拜爾的實驗證明，胚芽鞘的彎曲生長是由于尖端產(chǎn)生的“影響”，在其下部分布不均勻所造成的。拜耳實驗不再去研究單側(cè)光照這個外界因素的作用，而是研究胚芽鞘的尖端是否產(chǎn)生某種“影響”，做了相互對照實驗（尖端放分別放在切面的左右側(cè)），觀察結(jié)果并直接得出結(jié)論。其實這個實驗還潛藏著另一個發(fā)現(xiàn)：生長素的運輸方向在尖端的下段只能向下極性運輸（這可以在學(xué)習(xí)了后面知識之后，再回過頭來揭示） 。

三、隨溫特揭示生長素的奧秘（1928年）

對比拜爾實驗，溫特所做的改進是先用瓊脂塊接受“影響”。因此，溫特實驗的學(xué)習(xí)要點是讓學(xué)生領(lǐng)會這一巧妙的改進。通過課前學(xué)生自主先學(xué)已產(chǎn)生了疑問，所以在課堂中，教師應(yīng)因勢利導(dǎo)，基于學(xué)生的疑問組織進一步的討論。例如，圍繞“溫特實驗需要光照嗎？瓊脂塊有什么作用？實驗中將瓊脂塊放在切去尖端的胚芽鞘一側(cè)，為什么？如果將瓊脂塊放在切去尖端的胚芽鞘中間，又能觀察到怎樣的實驗現(xiàn)象？”等充分挖掘溫特實驗的內(nèi)涵。通過“激疑—釋疑—再激疑……”，進一步加強學(xué)生對溫特實驗的理解，形成不斷探索的科學(xué)精神[2]。

四、引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)植物向光性的原因，揭示生命的奧秘

植物向光性的原因：胚芽鞘尖端產(chǎn)生生長素（內(nèi)因）→尖端感受單側(cè)光刺激（外因）→生長素發(fā)生橫向運輸并且極性運輸（形態(tài)學(xué)上端→形態(tài)學(xué)下端）→尖端下段（伸長區(qū)）生長素分布不均勻（背光側(cè)>向光側(cè)）→背光側(cè)生長較快→植物向光彎曲生長。

在學(xué)習(xí)此科學(xué)發(fā)現(xiàn)史過程中，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生用實證、建模、邏輯、推理、和論證進行思維的能力，同時也要注重培養(yǎng)學(xué)生批判性思維和質(zhì)疑能力，以及學(xué)生獨立的、個性的、新穎的思維和想象能力[3]。

五、評價實驗設(shè)計和結(jié)論，提升科學(xué)探究能力

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)課本“技能訓(xùn)練”的要求，通過小組交流、討論集中提出幾個問題： 如何驗證下端的瓊脂塊含有生長素？?實驗設(shè)計還有哪些點不嚴密？③如何對實驗方案進行改進？④改進后的實驗可以得到什么樣結(jié)論？最后改進如下圖：

發(fā)散性思維（另外學(xué)生的問題）：重力會影響生長素的運輸嗎？是否需要用失重來驗證重力的作用？是否胚芽鞘自身有抑制胚芽鞘生長的物質(zhì)存在？基于這些問題又該怎樣設(shè)計實驗?zāi)?？有待學(xué)生課后思考或?qū)嶒灐?/p>

此“技能訓(xùn)練” 側(cè)重于訓(xùn)練學(xué)生依據(jù)科學(xué)實驗的要素，對科學(xué)問題進行邏輯推理與論證，分析實驗設(shè)計的嚴密性，同時有助于學(xué)生理解生長素的極性運輸。關(guān)于實驗設(shè)計的改進，應(yīng)鼓勵學(xué)生開發(fā)思路，不搞唯一答案和“一刀切”，以達到鍛煉科學(xué)思維的目的。

總之，教師在課堂上向?qū)W生傳授生物知識的同時，更應(yīng)該以生物知識為載體，合理的設(shè)計課堂教學(xué)，從學(xué)生實際出發(fā)，適時地將核心素養(yǎng)滲透于課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與價值觀，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)生命觀和科學(xué)思維方法，去認識生物世界、去探索生命的奧秘。

參考文獻

[1]吳成軍.基于生物學(xué)核心素養(yǎng)的高考命題研究[J].中國考試，2016（10）：25.

[2]李安靜.深度學(xué)習(xí)：三段式教學(xué)設(shè)計[J].新課程（綜合版），2014（11）：27.

[3]周曉強.基于生物學(xué)核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)體驗[J].中學(xué)生物學(xué)，2016，32（11）：42.