高中生物科學(xué)史教學(xué)對(duì)科學(xué)思維的培養(yǎng)實(shí)踐探索

韋夢(mèng)圓 陳麗軍 何曉波 張忠華

【摘 要】 運(yùn)用生物科學(xué)史創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的一種重要途徑。以“對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索”教學(xué)為例，通過(guò)為學(xué)生呈現(xiàn)豐富的科學(xué)史實(shí)，引導(dǎo)學(xué)生歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等，提升學(xué)生的科學(xué)思維。

【關(guān)鍵詞】 生物學(xué)科素養(yǎng)? 新課改? 生物科學(xué)史? 科學(xué)思維

我國(guó)生物學(xué)核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究及社會(huì)責(zé)任，作為核心素養(yǎng)之一的科學(xué)思維是學(xué)生在學(xué)習(xí)自然科學(xué)過(guò)程中不可或缺的能力。高中生物科學(xué)史中包含了科學(xué)研究規(guī)律、科學(xué)思維、科學(xué)研究方法以及科學(xué)家們堅(jiān)持不懈的科學(xué)研究精神，深入挖掘高中生物科學(xué)史，并在課堂上有效呈現(xiàn)，將會(huì)有助于學(xué)生達(dá)成科學(xué)思維的培養(yǎng)目標(biāo)。

一、 科學(xué)史及科學(xué)思維的概念

（一）科學(xué)史

科學(xué)史是科學(xué)發(fā)展的歷史進(jìn)程，以在科學(xué)發(fā)展過(guò)程中做出突出貢獻(xiàn)的人物、事件為主線，以科學(xué)知識(shí)為主體共同構(gòu)成的科學(xué)發(fā)展史。科學(xué)史分兩種，一種是有文獻(xiàn)或者記錄在冊(cè)的歷史上客觀存在的科學(xué)史實(shí)，也就是在一定社會(huì)背景下，科學(xué)的歷史發(fā)展進(jìn)程;另一種是主觀性的科學(xué)精神、科學(xué)方法或科學(xué)思想，即一些專家學(xué)者通過(guò)科學(xué)家的探索過(guò)程及結(jié)論，提煉出探索真理過(guò)程中科學(xué)家所表現(xiàn)的科學(xué)品質(zhì)。

（二）科學(xué)思維

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對(duì)科學(xué)思維的要求是通過(guò)崇尚真知、渴望得到知識(shí)的動(dòng)機(jī)，繼而產(chǎn)生尊重事實(shí)和證據(jù)的認(rèn)知行為，并在解決實(shí)際問(wèn)題過(guò)程中運(yùn)用正確的、科學(xué)的邏輯方式思考問(wèn)題、解決問(wèn)題，產(chǎn)生正確的認(rèn)知方式，最終在思考某些問(wèn)題時(shí)具有較高的認(rèn)知品質(zhì)，能多角度分析問(wèn)題，大膽提出質(zhì)疑，即具備質(zhì)疑和批判思維。

二、新課程標(biāo)準(zhǔn)下科學(xué)史教學(xué)對(duì)科學(xué)思維培養(yǎng)的意義

新課程標(biāo)準(zhǔn)中指出，課程目標(biāo)的設(shè)置應(yīng)著力培養(yǎng)學(xué)生分析處理圖表數(shù)據(jù)，嘗試提出問(wèn)題、作出假設(shè)、結(jié)果預(yù)測(cè)等各種科學(xué)研究能力，其核心內(nèi)容即是通過(guò)教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生不斷發(fā)展科學(xué)思維的過(guò)程。而高中生物教材中包含豐富的科學(xué)研究事實(shí)、圖像、模型等材料，使學(xué)生正確認(rèn)識(shí)科學(xué)研究，加深對(duì)生物學(xué)核心概念的理解。在學(xué)習(xí)生物科學(xué)史時(shí)，大量科學(xué)研究事實(shí)需要學(xué)生歸納、概括得到結(jié)論，經(jīng)過(guò)綜合結(jié)論一步步自主構(gòu)建模型。在此過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)推導(dǎo)科學(xué)家的大量研究事實(shí)總結(jié)出一般規(guī)律，并利用模型建構(gòu)將知識(shí)間的相互聯(lián)系表現(xiàn)出來(lái)，利于培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界、爭(zhēng)取獲得高質(zhì)量結(jié)果的學(xué)習(xí)習(xí)慣和思維方式。

三、高中生物科學(xué)史的教學(xué)實(shí)例

本文以2019年新改版人教版高中生物必修1分子與細(xì)胞的“對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索”為例進(jìn)行生物科學(xué)史的教學(xué)設(shè)計(jì)。本課主要圍繞三個(gè)核心問(wèn)題創(chuàng)設(shè)情境，以問(wèn)題串的形式，通過(guò)提供事實(shí)材料和證據(jù)，采用歸納與概括、演繹與推理的方法分析和體驗(yàn)科學(xué)家對(duì)細(xì)胞膜的探索歷程，引導(dǎo)學(xué)生辯證思考，逐步構(gòu)建概念和模型。

（一）細(xì)胞膜成分的發(fā)現(xiàn)

1. 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境

提出問(wèn)題：細(xì)胞膜的組成成分是什么？

2. 分析資料，作出推理

展示資料：19世紀(jì)末，歐文頓用500多種化學(xué)物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞通透性進(jìn)行上萬(wàn)次實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生小組討論，作出推理假設(shè)：膜是由脂質(zhì)組成。

3. 分析證據(jù)，完善結(jié)論

展示資料：20世紀(jì)初，科學(xué)家對(duì)哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞的細(xì)胞膜進(jìn)行化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜會(huì)被蛋白酶分解。

教師引導(dǎo)學(xué)生思辨歐文頓只從細(xì)胞膜功能入手，進(jìn)行細(xì)胞膜通透性實(shí)驗(yàn)間接得出結(jié)論，存在不足。鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑和辯駁，針對(duì)細(xì)胞膜成分分析實(shí)驗(yàn)，提出膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的結(jié)論，從而推翻歐文頓的假設(shè)，完善細(xì)胞膜主要組成成分的結(jié)論。

（二）細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)

1. 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境

提出問(wèn)題：脂質(zhì)和蛋白質(zhì)怎樣構(gòu)成細(xì)胞膜？

2. 分析資料，作出推理

展示資料1：1925年兩位荷蘭科學(xué)家Gorter和Grendel，利用紅細(xì)胞吸水脹破，然后進(jìn)行磷脂分子的排布實(shí)驗(yàn)。

展示資料2：磷脂分子結(jié)構(gòu)圖片以及特點(diǎn)。

學(xué)生小組討論，綜合分析資料1和資料2，結(jié)合細(xì)胞膜兩側(cè)都存在水環(huán)境的事實(shí)，作出推理：細(xì)胞膜是由雙層磷脂分子組成，然后嘗試構(gòu)建出磷脂雙分子層模型。

3. 分析證據(jù)，完善結(jié)論

展示資料1：1959年，羅伯特森利用電鏡觀察到暗——明——暗的三層結(jié)構(gòu)。

展示資料2：20世紀(jì)60年代，科學(xué)家通過(guò)冰凍蝕刻電子顯微法，在電鏡下觀察到蛋白質(zhì)分布模型圖。

學(xué)生通過(guò)分析電鏡照片及模型圖，歸納出蛋白質(zhì)鑲在、嵌入、貫穿在磷脂雙分子層中，從而完善細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的結(jié)論。

（三）細(xì)胞膜流動(dòng)性的發(fā)現(xiàn)

1. 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境

提出問(wèn)題：羅伯特森利用電鏡觀察到蛋白質(zhì)與脂質(zhì)三層靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型，如果生物膜是靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)，那么細(xì)胞的生長(zhǎng)、變形蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)等現(xiàn)象要如何解釋？

2. 分析證據(jù)，完善結(jié)論

展示資料：1970年，科學(xué)家用熒光標(biāo)記法研究小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞的融合實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生小組討論，通過(guò)熒光標(biāo)記的小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)，作出推斷膜蛋白具有一定的流動(dòng)性，只有細(xì)胞膜具有流動(dòng)性才能解釋細(xì)胞的生長(zhǎng)和變形蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)等現(xiàn)象，從而推翻羅伯特森提出生物膜是靜態(tài)的觀點(diǎn)。

四、總結(jié)

學(xué)生學(xué)會(huì)在真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和提出問(wèn)題，并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析、解決問(wèn)題，是達(dá)成科學(xué)思維的重要途徑。生物科學(xué)史呈現(xiàn)了知識(shí)形成的完整過(guò)程，蘊(yùn)含豐富的科學(xué)思維，是真實(shí)情境的重要來(lái)源。教師應(yīng)該深入挖掘教材中的生物科學(xué)史，通過(guò)科學(xué)史創(chuàng)造真實(shí)的科學(xué)研究情境，更好培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

參考文獻(xiàn)

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[2] 陳柳清.探析核心素養(yǎng)視域下高中生物科學(xué)思維培養(yǎng)策略[J].華夏教師，2018（35）：14-15.