妙用生物科學(xué)史 培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維

汪婷

【摘?要】在生物教學(xué)中合理利用科學(xué)史，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程，建構(gòu)生物學(xué)核心概念，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的批判思維、具象思維和創(chuàng)新思維有著重要意義。指導(dǎo)學(xué)生模擬科學(xué)家運(yùn)用歸納概括、建立模型、演繹推理等方式探索生命現(xiàn)象，研究生命活動(dòng)規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)史;初中生物;科學(xué)思維

科學(xué)史是科學(xué)家在對(duì)自然的探索中認(rèn)識(shí)過(guò)程和發(fā)現(xiàn)過(guò)程的高度凝練。生物科學(xué)史不僅包括科學(xué)家對(duì)生物科學(xué)的探索過(guò)程，也包含大量的生物科學(xué)知識(shí)，更能展現(xiàn)科學(xué)家的科學(xué)精神和思維方式。現(xiàn)行人教版、蘇教版等初中生物教材均包含諸多科學(xué)史素材，而初中生正處于思維發(fā)展的關(guān)鍵階段，教師合理用好這些素材，不僅可以讓學(xué)生學(xué)會(huì)探究的方法，也可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方式。

一、批判思索，勇于質(zhì)疑

先人的智慧是我們寶貴的財(cái)富，但由于當(dāng)年科學(xué)技術(shù)的局限，即使再偉大的科學(xué)家，也可能提出錯(cuò)誤的推論。范·海爾蒙特在17世紀(jì)進(jìn)行的柳樹(shù)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)年人們尚未對(duì)空氣有明確的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致海爾蒙特得出“植物的生長(zhǎng)主要由于水”的錯(cuò)誤結(jié)論，由于技術(shù)的發(fā)展和新一代科學(xué)家的勇敢質(zhì)疑，才有了普利斯特萊等進(jìn)步一對(duì)光合作用進(jìn)行的探究。十九世紀(jì)人們普遍認(rèn)為疾病都是由細(xì)菌引起的，而貝杰林克大膽質(zhì)疑，提出“病毒”的概念。

如今我們認(rèn)為正確的知識(shí)，在將來(lái)也許會(huì)被證明為謬誤，科學(xué)知識(shí)的發(fā)現(xiàn)經(jīng)常是個(gè)不斷被修正的過(guò)程。因此，教師以科學(xué)史為例，要求學(xué)生進(jìn)行批判性的思索，敢于質(zhì)疑權(quán)威。但有一點(diǎn)值得注意的是，教師不應(yīng)該為了鼓勵(lì)學(xué)生而隨意貶低當(dāng)年的科學(xué)家，否定他們的貢獻(xiàn)。盡管從前科學(xué)家的某些結(jié)論如今看起來(lái)似乎有點(diǎn)可笑，但并不是像有些老師所說(shuō)“亞里士多德還不如我們同學(xué)”或者“我們同學(xué)比科學(xué)家還厲害”，而是他們生活的年代造成了相關(guān)思維的局限性或者知識(shí)上的錯(cuò)誤。

二、善于觀察，樂(lè)于探究

生物學(xué)作為科學(xué)的分支學(xué)科，科學(xué)探究在其中占了很大的比重，生物科學(xué)史展示了一代又一代科學(xué)家實(shí)驗(yàn)探究、不斷修正生物學(xué)知識(shí)的歷程。善于觀察，提出問(wèn)題是探究的前提。法布爾通過(guò)仔細(xì)觀察，總結(jié)了大量翔實(shí)的資料，才有了《昆蟲(chóng)記》。問(wèn)題的解決離不開(kāi)科學(xué)探究，巴斯德設(shè)計(jì)了精巧的鵝頸瓶實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了細(xì)菌并不是肉湯中自發(fā)產(chǎn)生的，而是空氣中細(xì)菌跑到肉湯里，造成食物變質(zhì)。

教師應(yīng)當(dāng)指導(dǎo)學(xué)生正確的觀察方法，培養(yǎng)學(xué)生感性具象思維能力。學(xué)生在觀察中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并提出假設(shè)，仿照科學(xué)家的探究歷程，像科學(xué)家一樣設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察到相關(guān)現(xiàn)象并得出結(jié)論，解決現(xiàn)實(shí)相關(guān)問(wèn)題。相較于被動(dòng)接受概念的灌輸，學(xué)生主動(dòng)參與、親歷探究歷程，可以激發(fā)其學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)觀察能力和動(dòng)手探究能力，并促使學(xué)生形成科學(xué)的思維方式。

實(shí)驗(yàn)的失敗在科學(xué)探究中是很正常的事情，科學(xué)家從失敗中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，追求成功的體驗(yàn)，甚至在失敗的過(guò)程中獲得了意外的發(fā)現(xiàn)。學(xué)生在探究過(guò)程中也要學(xué)習(xí)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，學(xué)會(huì)正確面對(duì)失敗。

三、分析綜合，探索新知

分析綜合是生物學(xué)探究的重要方式，例如施萊登和施旺分別觀察了大量不同植物和動(dòng)物的各個(gè)部位，歸納總結(jié)出細(xì)胞學(xué)說(shuō)。教師在教學(xué)中可以選擇恰當(dāng)?shù)牟牧蟿?chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生找出共性總結(jié)規(guī)律，也可以提供不同科學(xué)家的探索歷程，學(xué)生分別得出結(jié)論，進(jìn)而自己建構(gòu)核心概念和知識(shí)體系。

例如光合作用的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，是幾百年來(lái)多位科學(xué)家共同努力的成果。因?yàn)槠渲泻芏鄬?shí)驗(yàn)無(wú)法在課堂上進(jìn)行操作，所以教師可以對(duì)其中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)進(jìn)行篩選和整合，分別呈現(xiàn)普利斯特里、英恩豪斯、恩吉爾曼等科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，逐步引導(dǎo)學(xué)生歸納出光合作用的概念。科學(xué)知識(shí)的獲取從來(lái)不是一蹴而就的，學(xué)生在這樣的歸納概括中也能體味科學(xué)探索的艱辛歷程，以及科學(xué)家對(duì)真理鍥而不舍的追求。

四、巧建模型，揭示規(guī)律

生物科學(xué)中的模型可以是虛擬模型，揭示生命活動(dòng)內(nèi)在規(guī)律，也可以是物理實(shí)物模型，展示微觀的生物結(jié)構(gòu)，或者演繹抽象的生命活動(dòng)。例如林德曼以數(shù)學(xué)模型歸納出能量流動(dòng)逐級(jí)遞減的規(guī)律，沃森、克里克合作建立了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。

教師可以提供背景材料，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)計(jì)算畫出曲線圖、列出表格建立數(shù)學(xué)模型，比較分析總結(jié)出其中的規(guī)律。對(duì)于微生物和細(xì)胞等微觀結(jié)構(gòu)，以及無(wú)法直接觀察的生命過(guò)程，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生研究其特征，選取適宜的材料，自己制作實(shí)物模型。對(duì)于計(jì)算機(jī)能力較強(qiáng)的同學(xué)，還可以鼓勵(lì)其通過(guò)Flash、3Dmax等軟件建立虛擬模型。

五、演繹推理，創(chuàng)新思考

演繹推理始于觀察，孟德?tīng)柣谕愣闺s交實(shí)驗(yàn)，演繹推理提出假說(shuō)。因此，在“基因控制生物性狀”的講解中，教師可以提供幾組經(jīng)典的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)，如純種高莖和純種矮莖豌豆雜交，雜種高莖豌豆自交，雜種高莖和純種矮莖豌豆測(cè)交，引導(dǎo)學(xué)生猜測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行推理。推理假說(shuō)最終應(yīng)由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，學(xué)生在課堂上可以用黃色、白色的乒乓球進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上由已知推理未知，鍛煉邏輯思維能力和知識(shí)遷移運(yùn)用能力。在這一過(guò)程中，創(chuàng)造性思維非常關(guān)鍵，幾乎每項(xiàng)新技術(shù)的出現(xiàn)都離不開(kāi)創(chuàng)新思維，唯有創(chuàng)新思維，才能不落窠臼，促使科學(xué)不斷發(fā)展。

綜上所述，在生物教學(xué)中用好科學(xué)史，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的具象思維和抽象邏輯思維有著重要意義。除了生物教材上呈現(xiàn)的凝練的科學(xué)史，教師還可以挖掘其他科學(xué)史相關(guān)課程資源，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生以科學(xué)思維進(jìn)行探究、建構(gòu)知識(shí)體系，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)遷移和應(yīng)用能力。

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