利用科學史開展論證式教學，發展學生的科學思維

袁細清

摘要 以“促胰液素的發現”為例，采取論證式教學策略，圍繞“胰液分泌是一個神經反射→胰液分泌是一個化學調節的過程→胰液分泌既是一個神經反射（神經調節），又有化學調節過程（激素調節）”這三個主張，讓學生模仿科學家工作的范式，在提出質疑、收集資料、尋找證據、捍衛主張、討論與分享中習得生物學知識，發展科學思維，感悟科學精神。

關鍵詞 科學史 論證式教學 科學思維

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼 B

文件編號：1003-7586（2020）08-0028-03

生命科學的研究與發展的歷程充分體現了科學是在不斷修正、完善中發展的論證過程。傳統的科學史教學由于弱化了對科學知識的論證，導致學生在課堂上接受了許多正確的科學知識，但他們并不知道正確的科學知識是怎樣獲得的。為此，在科學史的教學中引入論證式教學策略，重演科學家構建科學理論，解決科學爭端，獲得科學結論的歷程，以幫助學生促進對科學概念和科學知識的理解，并促進學生養成科學思維的習慣，形成積極的科學態度，發展生物學學科核心素養。

1科學思維與論證式教學

科學思維是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度、運用科學的思維方法認識事物，解決實際問題的思維習慣和能力。科學思維的培養有多種策略和方式，其中的一個重要策略就是論證或科學論證。在生物學教學中引入論證式教學，實質是引導學生像科學家那樣將科學領域的論證工作方式引入生物課堂，使學生經歷類似科學家的論證過程，以促進學生理解科學概念和科學知識，并發展學生科學思維的教學模式。人教版高中生物教材中的科學史以多以時間為主線，展現生物學科學知識、科學方法的演進過程，不僅隱含豐富的科學實驗方法和科學觀點，而且具有很高的育人價值。因此，論證式教學策略非常適用于科學史教學。

促胰液素的發現經歷了“特定階段得出的特定結論，后又受到質疑，再次論證并修正結論的論證過程”，與修改后適用于中學生物教學的圖爾敏論證模式相吻合。因此，圍繞以下“主張”采用論證式教學策略展開教學（圖1）：胰液分泌是一個神經反射→胰液分泌是一個化學調節的過程→胰液分泌既是一個神經反射（神經調節），又有化學調節過程（激素調節），讓學生在親歷提出質疑、收集資料、尋找證據、捍衛主張、討論與分享中習得生物學知識，發展演繹與推理、分析與綜合、抽象與概括等邏輯思維和批判性、發散性思維。

2教學過程

2.1投影狗的消化系統模式圖

教師簡述食物的消化吸收和消化液的分泌等前概念知識，以喚醒學生頭腦中已有的前科學概念，引導學生認同結構與功能相適應的觀點，為后續的教學活動作鋪墊。

2.2資料導入，提出主張

教師提供以下資料，引導學生提出主張：法國實驗生理學家克勞德吖白爾納和巴甫洛夫實驗室的生理學家道林斯基先后發現酸性食糜進入小腸會引起胰液分泌。這一現象引起了科學家的思考：“促使胰液分泌的信息是如何從小腸傳遞到胰腺的呢？”在19世紀，學術界普遍信仰“神經論”思想，包括巴甫洛夫學派也認為，胃酸刺激小腸的神經，神經將興奮傳給胰腺，使胰腺分泌胰液（提出主張）。

設計意圖：教師引入材料，提出問題，激發學生的探究興趣，并引導學生回顧神經調節的相關知識，為后續的論證教學開展提供必備知識。教師使學生了解當時學術界對此現象的主流觀點，也為凸顯斯他林和貝利斯勇于沖破固有的思想、觀念、理論的束縛，尊重科學、注重實證的科學精神埋下伏筆。

2.3引導學生為主張尋找論據

教師引導學生思考：針對“胃酸引起胰腺分泌是一個神經反射”這一觀點，有哪些科學家的研究結果是支持這一主張的？教師引導各學習小組開展討論，師生共同討論后認為沃泰默的研究成果可作為該主張的證據（表1）。

教師進一步引導學生分析論據的適切性：上述哪組實驗最適合為“胃酸引起胰腺分泌是一個神經反射”這一主張提供論據？請闡述你的觀點并寫出該反射的反射弧。

設計意圖：教師引導學生遵循科學研究范式，模擬科學家的思維方式，圍繞主張所需的論據進行資料收集與分析、提煉觀點，為主張提供證據，從而培養學生的分析綜合能力、語言表達能力和實證精神。

2.4提出質疑，引導學生引用其它論據捍衛主張

教師引導學生思考：如果第①、②組的實驗結果能夠說明胃酸引起胰腺分泌是一個神經反射。那么，又該如何解釋第③組實驗的結果呢？

有學生引用教材回答：這可能是小腸上微小的神經難以剔除干凈，這是一個十分頑固的神經反射。

教師繼續追問：回顧反射的相關知識，如果小腸的神經剔除干凈，反射還會發生嗎？

設計意圖：教師引導學生基于事實進行深入的分析與推理判斷，培養學生運用知識能力和推理判斷能力，提升學生的思維品質。

2.5開展實驗探究，尋找新的論據，修正原有的主張

2.5.1提出假說

教師進一步引導學生針對沃泰默的第③組實驗進行探究：大家對沃泰默的解釋滿意嗎？如果不認同他的觀點，又該如何解釋第③組的實驗現象呢？

各小組紛紛討論發表自己的看法，課堂氣氛非常活躍。師生討論后提出如下假設：“在鹽酸的作用下，小腸黏膜可能產生了一種化學物質，這種物質進入血液后，隨血液到達胰腺，引起胰液的分泌。”

設計意圖：教師引導學生針對前人的研究成果進行推理論證，并提出自己的觀點，從而培養學生的質疑精神和批判性思維，發展學生的演繹與推理、抽象與概括能力。

2.5.2設計實驗，修正原有主張

教師引導學生根據剛才的假設，設計一個實驗加以驗證。學生討論后提出：“如果要推翻沃泰默的觀點，應該像斯他林和貝利斯那樣，把狗的一段小腸剪下來，刮下黏膜，將黏膜與稀鹽酸混合，一段時間后加沙子磨碎，制成提取液。將提取液注射到同一條狗的靜脈中，觀察胰腺是否分泌胰液。”

教師引導學生討論：斯他林和貝利斯的實驗結果說明了什么？你能從中得出什么結論？師生討論后，得出結論：“在鹽酸的作用下，小腸黏膜可能產生了一種化學物質，這種物質進入血液后，隨血液到達胰腺，引起胰液的分泌。”（修正原有主張）

教師繼續追問：斯他林和貝利斯的實驗體現了怎樣的設計思想？按照實驗設計應遵行的原則，上述實驗缺少了對照實驗。如果讓你重復斯他林和貝利斯對這一問題這一探究過程，你該如何設置對照，以平衡無關變量對實驗結果的影響？

設計意圖：教師利用問題串，激發學生的探究熱情;通過拓展、改進實驗設計來培養學生的創新思維、領會實驗思想;通過交流與評價實驗設計的優劣，發展學生的批判性思維并提高語言表達能力;最后，通過引導學生對實驗思想、對照實驗的設置等問題的分析與討論，培養學生的發散性思維。

2.6對修正后的主張繼續探究，進一步完善主張

教師引導學生思考：斯他林等科學家的實驗表明，鹽酸刺激小腸黏膜，引起胰腺分泌胰液是一個化學調節過程，并且把小腸黏膜分泌的這種物質命名為促胰液素。那么，胰腺的分泌是否只有化學調節一種途徑呢？

學生小組討論后，有部分學習小組的學生把他們收集到的資料分享出來：現代科學研究表明，食物的色、香、味、形及對各消化道的刺激，可通過條件反射和非條件反射引起胰液分泌，支配胰腺的神經為迷走神經和內臟神經。

教師引導學生思考：上述說明說明了什么？結合斯他林和貝利斯的實驗，總結胰腺分泌胰液的調節方式。

師生討論后得出結論：“酸性食糜（主要刺激物是鹽酸）進入小腸后，刺激小腸黏膜上皮分泌促胰液素，經體液的傳送作用于胰腺，引起胰液分泌。這是一個化學物質引起的調節過程。此外，食物的色、香、味、形及對各消化道的刺激，通過條件反射和非條件反射，也會引起胰液分泌。這是一個神經調節過程。”

設計意圖：學生通過資料分析進一步完善主張，從而培養抽象概括能力，領悟生命活動的復雜性。同時，教師通過梳理促胰液的發現過程，滲透科學研究是一個不斷證偽、不斷豐富認識、不斷完善結論的過程，提升學生的辨證思維品質。

2.7重溫巴甫洛夫及其團隊的相關研究，引發學生深入感悟科學精神

教師展示資料：關于酸性食糜進入小腸引起胰液分泌這個現象，巴甫洛夫的另一個學生帕皮爾斯基也開展了系列的研究。他發現，切斷雙側迷走神經、切斷雙側內臟大神經以及毀損延髓后鹽酸溶液仍能引起胰液分泌。斯他林和貝利斯發現促胰液素的論文于當年發表后，巴甫洛夫讓他的一個學生來重復斯他林和貝利斯的實驗，當出現提取物引起胰液分泌時，巴爾洛夫深表遺憾地說：“自然，人家是對的。很明顯，我們失去了一個發現真理的機會！”

教師引導學生閱讀材料并思考：上述材料引發了你怎樣的思考，請從科學態度和科學精神的角度談談自己的體會。

設計意圖：教師引導學生深刻領會科學探究要敢于質疑權威、并以事實為基礎，客觀地做出結論，培養學生的實證精神和實事求是的科學態度，并使學生深刻認識到在那特殊的歷史時期，斯他林和貝利斯兩位科學家表現出尊重事實、不迷信權威的科學精神，敢于沖破傳統觀念的束縛，堅持真理的寶貴品質。

3教學反思

本節課圍繞胰液分泌的調節方式進行分析與論證，鼓勵學生大膽嘗試提出主張、使用證據支持或反駁主張，發展科學思維，提升交流技能。教師結合問題串，引導學生深入理解3位生理學家的實驗設計原理和思路，培養他們的深度學習能力，提升科學素養。由于論證式教學與以往的教學模式有所區別，為提升論證的質量與品質，特提出如下建議。

（1）組建學習小組，課前培訓小組長并布置學習任務。開展基于論證的學習活動，需要組建一個類似科學家的研究團隊，課前培訓各學習小組的小組長，讓他們帶領自己的組員學習如何收集資料、如何提出觀點（主張），如何為觀點提供論據等。

（2）圍繞論證教學流程精心設計問題串，引導學生開展有意義的交流與對話。由于學生的思維無法完全預設，因此師生的對話總是充滿各種變化。為此，教師一方面要圍繞論證的主題合理設計教學流程，精心設計問題串;另一方面要充分注意課堂的生成性，并及時把它轉化成教學素材加以利用，讓教學變得機智，讓課堂變得生動。另外，教師要充分尊重學生的主體地位，為課堂教學提供良好氛圍。

（3）教學過程要避免為論證而論證，進而忽視對科學本質的理解。科學本質即是關于科學的知識，在利用科學史開展論證式教學過程中，教師要引導學生深入分析材料（論據）與主張的內在邏輯關系，同時要精選資料全面反映科學發現的歷程，引導學生深刻理解科學知識的獲得過程，以加深對科學本質的理解。