利用生物科學史培養(yǎng)高中生批判性思維

林瑞芳

【摘要】人教版高中生物教材中設置了專門訓練學生批判性思維的內容和欄目。教師要把握好這些內容，加強對學生批判性思維的培養(yǎng)。在生物科學史教學中，教師要營造良好的教學氛圍，全面熟悉教學內容，對學生的批判性思維進行培養(yǎng)。基于此，文章分析了利用生物科學史培養(yǎng)高中生批判性思維的策略。

【關鍵詞】生物科學史;高中生;批判性思維;培養(yǎng)策略

【基金項目】莆田市教育科學“十三五”規(guī)劃2019年度立項課題“生物學科素養(yǎng)導向下的批判性思維教學策略研究”（PTJYKT19115）。

批判性思維就是對自己或者他人的做法、觀點或思維過程開展的質疑、評價以及矯正，基于對比、分析和綜合，更全面、準確地認識事物本質的思維活動。批判性思維屬于高階思維能力。教師在生物教學中要注重對學生的這一能力進行培養(yǎng)，將對學生的理性和創(chuàng)新思維培養(yǎng)具有重要意義。生命科學是動態(tài)發(fā)展的。通過學習科學史，學生可以沿著科學家探究生物領域的道路，把握生命現象本質，學習科學研究方法，領悟科學探究精神，對于學生的生物學習具有積極影響。生物科學史是有效的培養(yǎng)素材。教師要利用好這些內容，充分發(fā)揮出它們的作用，促進學生批判性思維的形成和發(fā)展。

一、設置疑問激發(fā)學生興趣，導入新課內容

在學習“植物生長素的發(fā)現”時，教師可以利用生物科學史，促進學生批判性思維的培養(yǎng)。教師在新課導入時，為了激發(fā)學生的學習興趣，可以利用多媒體給學生播放小視頻。視頻中的內容就是準備好2盆培養(yǎng)好的綠豆幼苗，它們的生長狀態(tài)一樣，將一盆放到暗箱中進行培養(yǎng)，在暗箱一側打開一個小口，之后將另一盆放到陽光下培養(yǎng)，時間為2天，觀察兩盆幼苗的生長情況[1]。可以看到，在暗箱中培養(yǎng)的綠豆幼苗呈現出向小口生長的情況，另一盆在陽光下培養(yǎng)的幼苗則直立生長。教師給學生展示視頻，讓他們觀察實驗現象，進而引入新課內容，然后提出植物向光性定義，激發(fā)學生的學習興趣。

二、發(fā)現問題，提出假說

教師可以給學生闡述，達爾文在1880年對光照在植物胚芽生長中的影響進行研究時開展了向光性實驗。其用一種禾本科植物作為材料，把幼苗芽鞘頂部套上不透光的錫紙，并將其放到窗戶前;又將另一部分沒有套錫紙的幼苗同樣放到窗戶前，經過8個小時，觀察到套了錫紙的胚芽鞘直立生長，沒有套錫紙的則彎向窗外，切除胚芽鞘的尖端部分之后，其就不會再向窗外彎長。通過研究，達爾文覺得在單側光照射下，胚芽的尖端會出現某種物質，對于胚芽的生長有一定的影響。

教師可以用視頻呈現出這個實驗，向學生提出問題：“同學們，你們覺得這個實驗可以說明什么呢？”對此，學生會積極地思考、討論和歸納，大多數學生都會回答出胚芽鞘的尖端部位是用來感光的，而彎曲生長的地方就屬于伸長區(qū)。在此基礎上，教師可以做出補充：“為何胚芽鞘的尖端部分會影響到伸長區(qū)呢？對此，達爾文進行了推測并提出了兩個假說。首先，尖端在受到單側光刺激之后，會向下面的伸長區(qū)傳遞一定的影響;其次，伸長區(qū)背光面要比向光面生長的速度快，所以，胚芽鞘產生向光性。你們覺得其所說的‘影響是指什么呢？為何向光面卻比背光面生長的速度要慢呢？”這些問題還需要繼續(xù)證實。

三、通過實驗，對假說進行驗證

教師可以先對達爾文的假說1進行探究，也就是胚芽鞘尖端對伸長區(qū)的“影響”，提出問題：“應該如何證明？”讓學生在組內討論問題。有的學生會提出可以采取分離、提取的方式驗證“影響”是不是化學物質。還有的學生會有質疑，他們認為1880年的科學水平和條件有限，還無法進行提取，所以應該不清楚到底是何種物質[2]。

針對學生的討論，教師可以補充鮑森·詹森的實驗相關內容。其在實驗中設置了實驗A組和B組。對于A組，先切掉胚芽鞘的頂部，用單側光照射，觀察生長情況;B組實驗中，把瓊脂片插入到胚芽鞘的頂部，之后也是用單側光進行照射，觀察生長情況。

在這時，教師可以讓學生猜測其實驗的結論，并提出：“有學者覺得這個實驗不夠嚴密，你覺得實驗的不足是什么？”該問題對學生的思維提出了較高的要求。教師要給學生給予提示，讓他們依據對照實驗的原則進行分析，分別是單一變量、對照以及等量原則。學生通過思考和討論，能夠得出胚芽鞘尖端產生的影響能夠通過瓊脂片傳遞給下部，初步得出這種影響屬于化學物質，而實驗的不足就是未按照單一變量原則，無法證明影響不是來自尖端，需要增加一組對照。對于學生的回答，教師可以繼續(xù)給學生展示鮑森·詹森的實驗結果以及結論：實驗中A組胚芽鞘是直立生長的，B組胚芽鞘則是向光生長的。進而總結出結論，即胚芽鞘頂部產生的刺激能夠通過瓊脂片傳遞給下部。和學生歸納出的結論一致。

對于胚芽鞘伸長區(qū)的背光面比向光面生長快這一點，教師要讓學生思考如何設計實驗進行驗證。學生經過之前的學習活動已經有了一定的探究能力，依據對教材內容的預習，可以說出拜爾的實驗設計，其將有燕麥胚芽鞘尖端放在去掉尖端的胚芽鞘一側，結果觀察到胚芽鞘向側彎曲生長。學生可以歸納出結論，即胚芽鞘彎曲生長是由于尖端部分產生的影響傳遞到伸長區(qū)且分布不均勻導致的。教師可以提出問題：“其在實驗中為何要選擇黑暗的環(huán)境？”學生通過思考和討論得到，黑暗的環(huán)境能夠排除光照的影響。教師可以補充講解：“實驗中的自變量，也就是胚芽鞘尖端放到的位置不一樣，導致向下傳遞的影響分布也不均勻，導致因變量伸長區(qū)生長也受到了這一影響，光是無關變量，所以要將其排除掉。”

荷蘭科學家溫特基于拜爾以及詹森的實驗開展了有關的實驗，其將胚芽鞘尖端切掉并放到瓊脂塊上，經過幾個小時，將尖端拿走，把瓊脂片切成小塊，放到沒有尖端的胚芽鞘切面的一邊，發(fā)現胚芽鞘會朝著有瓊脂塊的一邊彎曲生長。將未接觸過尖端的瓊脂塊放到沒有尖端的胚芽鞘的一邊，發(fā)現其既沒有彎曲也沒有生長[3]。從而得出結論：胚芽鞘的尖端產生了一種物質，從尖端傳遞到下部，讓下部生長。其在實驗中就發(fā)明了生長素的定量分析法。教師可以提問學生：“其實驗可以得出的結論是什么？”學生歸納出：胚芽鞘彎曲生長是因為一種化學物質導致的，就是生長素。同時提出了實驗的不足，即沒有對照組，還自己設計了對照組。之后教師可以給學生補充1931年郭葛第一次在人尿中分離出有生長素效應的吲哚乙酸。然而因為植物體內生長素非常少，到1946年才在高等植物中分離出生長素，并將其定為IAA生長素，其屬于植物激素，在植物體內由色氨酸合成。

教師可以對生長素發(fā)現歷程中的科學探究步驟進行歸納，先發(fā)現問題，進而提出假說，之后設計實驗，用實驗進行驗證，最后得出結論，讓學生學習這些方法。

四、建立模型，沉淀思維

教師可以向學生提出問題：“同學們，你們可以結合生長素發(fā)現過程，建立出植物向光性原因分析模型嗎？”并給他們一定的提示，分別是感光部位、生長素作用部位、出現生長素的部位、內因和外因。讓學生以小組為單位進行討論，用白板進行展示。在對伸長區(qū)生長素分布不均勻因素進行討論時，學生得出兩種解釋：一種是單側光在尖端部位限制了生長素的合成，另一種是單側光讓生長素在胚芽鞘尖端部位出現了橫向運輸。學生不能統(tǒng)一觀點，這時教師就要進行適當的指導，讓學生通過設計實驗，對觀點分別進行驗證。

經過教師的指點，學生會設計出探究生長素分布不均勻的實驗。教師繼而提出問題：“如果你們的假設都正確，會有什么樣的實驗現象呢？”學生進行分析和歸納：如果實驗1測的生長素總量比實驗2的多，且實驗2中的左側生長素多于右側生長素總量，就可以證明第一種觀點;如果實驗1中測的生長素總量和實驗2總量一樣，且實驗2左側生長素總量比右側多，就可以驗證第二個觀點。經過分析，他們也想要知道實驗結果。教師可以運用多媒體給學生展示實驗結果。通過分析，可以證明第二種觀點是正確的，進而建立模型，并用動畫展示。教師要給學生闡述科學是動態(tài)發(fā)展、不斷進步的，并用案例進行證明。如，關于植物向光性的研究一直都有，還有的學者用蘿卜和向日葵的幼苗進行實驗研究，發(fā)現單側光照射下，背光側和向光側生長素含量一樣，然而導致生長素受影響的物質分布呈現出不均勻的現象。還有的學者按照溫特的實驗過程開展實驗，發(fā)現胚芽鞘彎曲是因為生長素以及其抑制類物質共同影響導致的[4]。這些學者的實驗也讓“生長素分布均勻假說”存在挑戰(zhàn)，現階段科學界對此還未達成統(tǒng)一。可見，生命科學的實質就是在不斷地爭議以及質疑中發(fā)展進步的。學生可以從中領悟科學發(fā)展的思想，培養(yǎng)勇敢質疑的意識。

五、結語

綜上所述，運用生物科學史，可以對學生的批判性思維進行有效培養(yǎng)。因此，教師在教學中要利用好生物科學史，激勵學生質疑，引出之后的科學探究活動，培養(yǎng)學生的問題意識，對他們的問題發(fā)現、分析和解決的能力進行培養(yǎng)，鍛煉他們的探究能力，讓學生可以慢慢形成自主思考、勇于創(chuàng)新和質疑的良好品質，促進學生生物核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

【參考文獻】

柴媛媛.借力生物科學史培養(yǎng)高中生的批判性思維——以“植物生長素的發(fā)現”為例[J].中學生物學，2018，34（01）：27-28.

任長松.如何在探究活動中發(fā)展學生的批判性思維[J].課程教材教法，2014，34（11）：52-56.

季曉燕.科學史教學，高中生批判性思維培養(yǎng)的路徑選擇——以人教版必修三《探索生命起源之謎》一課教學為例[J].中學歷史教學，2017（08）：4-6.

賴旭初，黃東姐.利用生物科學史培養(yǎng)學生的科學思維能力[J].中學生物學，2019，35（02）：27-29.