基于核心素養的高中生物科學史教學策略的研究

詹楚平

摘 要：對高中生物科學史教學現狀的調查結果顯示，對高中生物科學史教學策略的研究符合當前高中生物科學史教學現狀的要求，是提高當前高中生物科學史教學質量的迫切需要，本研究具有重要的現實意義。通過對人教版高中生物教材中的科學史進行匯總、分類，初步確定出“實驗分析法”、“實驗設計法”“問題啟發式”、“巧搭支點法”、“故事講述式”五種教學策略，再分別采用不同的教學策略進行教學設計和教學，然后進行反思與總結。

關鍵詞：科學史;教學模式;高中生物

2017年版《普通高中生物學課程標準》把生物科學史教育提高到很重要的高度。在教學建議模塊，新課標指出要注重生物學科學史和科學本質的學習[1]。科學是一個發展的過程，學習生物學科學史能使學生沿著科學家探索生物學世界的道路，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。研究高中生物科學史的教學策略，對提高學生的生物學核心素養是很有意義的，也是生物學課程對高中生物科學史教育的內在要求[2][3]。

一、高中生物科學史教學現狀和學生學習現狀的調查結果

對高中生物教師科學史教學現狀調查發現，91%的教師按照教材的敘事方式像講故事一樣介紹科學史或科學實驗，82%的教師經常采用讓學生自己閱讀然后回答問題的方式講授科學史或實驗，82%的教師采用分析實驗原理、思路、方法或步驟的方式講授科學史或實驗，而采用重新整合科學史、科學探究、實驗設計等其他策略的教師比例相對比較低。有不少教師認為，現階段高中生物科學史教學的主要限制因素有課時限制（91%）、高考考評制度的制約（73%）、教師自身理論水平的限制（45%）。幾乎所有被調查的教師認為優化科學史教學策略有利于增強教師的生物科學史教學觀念;大約90%的教師認為高中生物科學史教學策略的研究有利于促進學生生物學核心素養的提高和生物學科學史教學質量的提高。該問題的調查結果如圖1所示：

對高中學生生物科學史學習現狀的調查發現，27%的學生表示對生物科學史的學習非常感興趣，68%的學生表示比較感興趣。37%的學生認為對生物科學史等相關內容的學習對其自身的人生觀、世界觀有很大的影響，51%的學生認為對其人生觀、世界觀有有一定影響。有大約70%的學生認為科學史知識的學習對自身科學思維的培養有幫助。另外，關于目前高中生物課堂科學史教學策略或模式是否需要作出改變這一問題，有43%的學生認為需要作出改變，還有15%的學生認為非常需要作出改變，認為目前科學史教學策略需要改變的學生超過一半。該問題的調查結果如圖2所示：

調查結果顯示，對高中生物科學史教學策略的研究符合當前高中生物科學史教學現狀的要求，是提高當前高中生物科學史教學質量的迫切需要，有利于學生生物學科核心素養的進一步提高，本課題研究具有重要的現實意義。

二、人教版高中生物教材中科學史匯總、分類以及初步確定的教學策略

（一）人教版高中生物教材中科學史匯總

必修一《分子與細胞》：

第一章第2節—— 細胞學說建立的過程（資料分析）

第三章第3節——細胞核具有什么功能（資料分析）

第四章第2節——對生物膜結構的探索歷程（歐文頓、荷蘭科學家、羅伯特森、人鼠細胞融合、桑格和尼克森）

第五章第1節——關于酶本質的探索（資料分析）

第五章第4節——光合作用的探索歷程（普利斯特利、英格豪斯、梅耶、薩克斯、魯賓和卡門、卡爾文）

必修二《遺傳與進化》：

第一章第1節——孟德爾一對相對性狀的雜交實驗

第一章第2節——孟德爾兩對相對性狀的雜交實驗

第二章第2節——薩頓假說摩爾根基因位于染色體上的實驗證據

第三章第1節——遺傳物質化學本質的探索歷程（格里菲斯、艾弗里、赫爾希和蔡斯）

第三章第2節——DNA結構的探索歷程（威爾金斯、富蘭克林、查哥夫、沃森和克里克）第七章第1節——進化理論的發展（拉馬克、達爾文）

必修三《穩態與環境》：

第二章第2節——促胰液素的發現（沃泰默、斯他林和貝利斯、巴甫洛夫）

第三章第1節——生長素的發現歷程（達爾文、詹森、拜爾、溫特）

（二）科學史分類、初步確定的教學策略以及所具備的特點

1.建議采用“實驗分析法”進行教學的科學史以及其所具備的特點

采用“實驗分析法”教學的科學史有：

必修一第三章第3節——細胞核具有什么功能（資料分析）

必修一第五章第4節——光合作用的探索歷程（普利斯特利、英格豪斯、梅耶、薩克斯、魯賓和卡門、卡爾文）

必修二第三章第一節——遺傳物質化學本質的探索歷程（格里菲斯、艾弗里、赫爾希和蔡斯）

必修三第三章第一節——生長素的發現歷程（達爾文、詹森、拜爾、溫特）

采用“實驗分析法”教學的科學史所具備的特點：

實驗變量清晰、分組明確;

有清晰的實驗操作或流程;

實驗設計嚴謹、巧妙，不同實驗之間承上啟下，具有一定連貫性或內在聯系。

2.建議采用“問題啟發式”進行教學的科學史以及其所具備的特點

采用“問題啟發式”教學的科學史有：

必修二第一章第一節——孟德爾一對相對性狀的雜交實驗

必修二第一章第二節——孟德爾兩對相對性狀的雜交實驗

必修二第二章第二節——薩頓假說、摩爾根基因位于染色體上的實驗證據

必修二第3章第3節——DNA半保留復制的實驗證據

采用“問題啟發式”教學的科學史所具備的特點：

體現典型的科學思維，如演繹與推理、歸納與概括;

易于提煉科學思維的基本步驟，如假說演繹法四個步驟;

能通過實驗類題型進行專項訓練和考查。

3.建議采用“巧搭支點法”進行教學的科學史以及其所具備的特點

采用“巧搭支點法”教學的科學史有：

必修一第一章第2節——細胞學說建立的過程（資料分析）

必修一第五章第1節——關于酶本質的探索（資料分析）

必修二第三章第二節——DNA結構的探索歷程（威爾金斯、富蘭克林、查哥夫、沃森和克里克）

必修二第七章第一節——進化理論的發展（拉馬克、達爾文）

必修三第二章第2節——促胰液素的發現（沃泰默、斯他林和貝利斯、巴甫洛夫）

采用“巧搭支點法”教學的科學史所具備的特點：

理論性較強，一般以學說或學術觀點呈現;

理論依據一般來源于實驗觀察;

實驗思維不突出，沒有清晰的實驗思路和實驗方案。

4.建議采用“實驗設計法”進行教學的科學史以及其所具備的特點

采用“實驗設計法”教學的科學史有：

必修一第三章第3節——細胞核具有什么功能（資料分析）

必修一第五章第4節——光合作用的探索歷程（普利斯特利、英格豪斯、梅耶、薩克斯、魯賓和卡門、卡爾文）

必修二第三章第一節——遺傳物質化學本質的探索歷程（格里菲斯、艾弗里、赫爾希和蔡斯）

必修三第三章第一節——生長素的發現歷程（達爾文、詹森、拜爾、溫特）

采用“實驗設計法”教學的科學史所具備的特點：

具備實驗設計的基本要素如自變量、因變量等;

遵循對照性原則和單一變量原則;

具備明確的實驗思路或步驟。

5.建議采用“故事講述法”進行教學的科學史以及其所具備的特點

采用“故事講述法”教學的科學史有：

必修一第四章第2節——對生物膜結構的探索歷程（歐文頓、荷蘭科學家、羅伯特森、人鼠細胞融合、桑格和尼克森）

必修二第二章第二節——薩頓假說、摩爾根基因位于染色體上的實驗證據

必修一第五章第4節——光合作用的探索歷程（普利斯特利、英格豪斯、梅耶、薩克斯、魯賓和卡門、卡爾文）

采用“故事講述類”教學的科學史所具備的特點：

可讀性強，體現一定的人文精神與科學素養，帶有一定的育人功能;

科學史前后聯系緊密，環環相扣;

常體現科學研究與生活的交集與聯系，容易吸引學生關注，有利于提高學習積極性。

三、選擇合適的教學內容，分別采用以上不同的教學策略進行教學設計和課堂教學，然后進行課后反思和總結

在采用不同教學策略進行教學設計和課堂教學時，我們發現：

運用實驗分析法復習生物科學史，可以讓學生從科學思維、科學探究的視角重新審視每一個實驗，從而更加清晰地理解每個科學實驗的設計思路和構想，深入理解實驗的背景和原理，更好地從整體上把握每個科學實驗所要解決的主要問題，同時也非常有利于提高學生的實驗分析能力，提高學生在高考中的實驗探究類題型的應試能力。

采用問題啟發式進行生物科學史教學，需要教師設計符合學生認知規律及科學思維發展的“問題串”，這不僅能幫助學生體驗知識的生成過程，訓練學生的科學思維能力，同時也能提高課堂教學效率。善用問題啟發式教學策略，合理設置問題串，巧妙安排教學環節，努力使學生的思維變得積極、深刻、富有批判性，有利于在科學史教學中培養學生的生物學核心素養。

運用巧搭“支點”法教學，重在引導學生由傾聽者變成體驗者，在對學生的認知經驗有清楚把握的基礎上，結合實驗探究本身的思維跳躍點，通過有意的問題引導或提示，避免學生漫無目的的思考，有助于提高課堂效率，引導學生深入體驗科學探究的過程，助力學生攀登思維高峰。

運用實驗設計法展開科學史的復習，可避免以往對教材科學史、經典實驗簡單、枯燥的閱讀式復習，能不斷地提高學生實驗分析和實驗設計的能力，有效提高了學生對實驗設計題型的駕馭能力。而在運用實驗設計法進行生物科學史或實驗的復習時，課堂教學時間往往顯得比較倉促，復習進度緩慢。

而故事講述式的生物科學史教學策略，則在于繪聲繪色的講述科學家們的精彩故事和巧妙的科學探究過程，教師如臨其境地描繪當年的研究場景和科學背景，使得學生切身實地地感受到科學探究的美妙，體驗科學思維碰撞的樂趣，從而促進學生對科學史的學習、在潛移默化中形成良好的科學思維并認同科學探究對人類發展帶來的積極影響和推動作用。

四、問題討論和教學建議

采用不同的教學策略針對不同的科學史進行教學，給學生帶來了耳目一新的感覺，學生的課堂參與度、積極性得到了一定了提高，對學生生物學科核心素養的提高也起到一定的作用，但是任何一種教學策略都很難做到面面俱到，都可能存在一定的缺陷或弱點，因此需要教師根據教學目的、教學進度合理選擇合適的教學策略，或者在復習的不同階段嘗試使用不同的教學策略對同一個科學史或實驗進行教學，從而更好的體會不同教學策略的區別和優勢，取長補短，進一步提高課堂教學或復習的有效性，這也是今后本課題研究的另外一個方向。

其次，由于課題研究時間緊促，再加上受到新冠疫情的影響，部分研究工作的開展受到了一定的影響，在采用一定的教學策略進行科學史的教學之后學生對科學史教學的評價和不同教學策略所達到的教學效果以及相關的理論學習無法順利進行，成為本課題研究的一個遺憾之處，當然，也是本課題研究小組今后努力的一個方面。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準[M].人民教育出版社，2017

[2]趙婷.高中生物學科學史教學現狀及其對策研究[D].揚州，2018

[3]劉恩山、曹保義主編.普通高中生物課程標準（2017年版）解讀[M].高等教育出版社，2018

[基金項目]廣州市白云區教育研究院白云區教育科研2019年度小型課題“基于核心素養的高中生物科學史教學模式的研究”（2019XKT176）。