基于生命科學史的課堂滲透提升高中生科學思維的教學探究

鄭水豐

【摘要】生物學包括人類通過認識生命現象和規律并形成的一些特有的思維方式和探究過程;而生命科學史是人類研究生物現象和規律的第一手原始資料，利用合適的生命科學史材料進行課堂教學滲透，達到培養學生根據已有生物學事實和證據，運用歸納與概括、演繹與推理、創造性思維等方法去探討、總結生命活動現象及規律，從而提升高中生科學思維能力。

【關鍵詞】高中生;生命科學史;科學思維

為了提升學生的科學思維能力，2019版新教材大幅增加生命科學史相關內容，例如“生物科學史話”、“科學家的故事”、“生物科技進展”、“思考、討論”等，而對于前沿的生物技術如發酵工程、細胞工程、基因工程等，通過章首頁增加了“科技探索之路”;旨在教學過程中通過生物科學史事實的滲透，指導學生沿著科學家之路，基于科學事實和證據提出假設 ，并進一步進行邏輯推理和通過設計實驗進行論證過程，從而得出實驗結論;讓學生在獲得生物學知識的同時深刻體會到生命現象的發現和生命規律的總結和修正往往需要一代代科技工作者持之以恒的付出;并以此提升學生的科學思維，促進學習能力的全面提升，從而達到立德樹人的目的。

新版教材編寫在提升學生的科學思維能力方面做了詳細地規劃，例如：通過“光合作用的發現”訓練學生科學思維的延續性和整合性;通過“DNA是主要遺傳物質”訓練學生科學思維方法形成的全過程;通過"色盲的發現“訓練科學思維的故事性和趣味性”;通過“生長素的發現過程”訓練學生科學思維的邏輯性和嚴密性;以下為教學過程中通過滲透生命科學史來提升學生科學思維的探究和嘗試。

一、提升學生學習興趣

教材的編寫特別注重學習的學習能力和心理特點，在生命科學史的編寫過程基于學生的理解能力，在保證科學性的基礎上力求以最精簡，通俗易懂的方式呈現出來;通過滿足學生的好奇心來提升學生學習的興趣，例如：先可以通過講日本鎘污染導致痛痛病，先激發學生的興趣再順勢分析生物富集作用;在免疫調節的教學過程，可以適當簡介科赫發現并深入碳疽桿菌從而揭開微生物致病的原因，到巴斯德發明了碳疽疫苗，人類開始戰勝鼠疫、傷寒、霍亂;這些生命科學史不但能提升學生的興趣，更加激發他們通過掌握生物知識解決現實問題的渴望。

二、培養學生推理演繹能力

新技術的發明并應用到生物研究領域也是生命科學史的重點部分，通過對這些技術的講解可以有效培養學生的推理及演繹能力;例如在教學過程中可以先介紹一種新的技術，再讓學生嘗試利用新的技術來對某一具體的問題進行推理、演繹和驗證，不但可以降低學生的認知門檻，也有利于學生知識的獲得和推理能力的培養;例如在組織“分泌蛋白的合成和運輸”的課堂教學過程中，可以先介紹同位素標記法，再呈現科學家對豚鼠的胰腺腺泡細胞分泌蛋白合成過程的探索等相關背景，學生自然而然可以推理出分泌蛋白合成過程經過的細胞結構;通過先介紹? ? ? ? ? ? ? 對DNA的標記及密度梯度離心法的應用，再呈現DNA復制方式的猜測，引導學生通過假說演繹法從提出問題，做到假設，設計和進行實驗，到根據實驗結果修正假設的全過程，從而培養學生的推理演繹能力。

三、基于生物學實事進行歸納

生物起源于共同的祖先，因此，不同生命活動之存在共同的結構或者相似的生命規律，但這些共同的結構或者是生命規律是基于大量的實事總結出來的，因此，指導學生通過對相似結構或者生命規律事實的分析，經過歸納和總結是培養學生科學思維能力的有效方式。例如在學習“細胞學說時”就可以給學生介紹施萊登1838年發表了著名的《植物發生論》;1839年施旺發表《關于動植物的結構和生長一致性的顯微研究》;耐格里發現植物分生區新細胞的形成是細胞分裂的結果。雷馬克通過觀察雞胚紅細胞形成提出“細胞分裂導致細胞增殖形成組織”;最后讓學生歸納出細胞學說的主要內容。又例如在學習“酶的化學本質”時，也可以選給學生介紹1926年薩姆納從刀豆種子提取到脲酶;后來，科學家又陸續分離到胃蛋白酶、胰蛋白酶結晶并證明這些酶都是蛋白質，當時科學界對酶的認識是蛋白質。1982年奧特曼和切赫發現少數RNA也具有生物催化功能。科學界才對酶達成一致的認識“大部分酶是蛋白質，少數酶是RNA”由此歸納出酶的定義是“酶是活細胞產生的一類具有催化作用的有機物”等等。

四、學習科學方法和培養科學的價值觀

在生物教學過程中，為了讓學生掌握科學的研究方法，可以讓學生親身去經歷科學家做過的經典實驗，體會科學家在解決現實問題時，科學思維的形成過程從而培養科學的價值觀，這對于提高學生的思維能力和創造能力也十分重要;例如孟德爾的豌豆不同性狀雜交實驗，摩爾根的果蠅雜交實驗，植物向光性的研究，頂端優勢等等，都可以通過任務驅動的方式讓學生去重復并記錄相關生命科學史的過程，體會實驗成功的快樂從而培養科學的價值觀。

五、擴展學生視野、培養學生擴散思維

通過滲透生命科學史在學生掌握了一定知識儲備的前提下，可以起到強化知識之間的聯系，通過生命科學史將不同模塊的知識聯系起來，例如，學生在模塊一學習了酶的作用及本質，在模塊二學習了基因的表達后，可以通過切赫實驗的介紹：通過嗜熱四膜蟲實驗發現RNA具有自我剪接的作用;在學習了生物進化理論之后，可以重新回顧這個實驗，同時簡介劍橋大學目前已經合成了tC9Y核酶，不僅能自我剪接，還可以進行自我復制，由此可以猜測：既能存儲遺傳信息，又能完整自我復制的RNA，可能是地球上生命出現的最初形態，基于以上的事實和邏輯推演，再給學生介紹關于"RNA世界理論"，從而打開學生的思維。

六、總結

生物學課程要求在教學過程中，以學生為思維的主體，創設情境讓學生主動地參與學習，通過在親歷獲取信息、提出質疑、尋求佐證、推理演繹、發現規律等過程中讓學生習得生物學知識，養成科學思維的習慣。生物學科學史是一切生命活動規律發現的原始材料，在課堂教學過程中滲透生物科學史能培養學生科學思維、學習科學研究方法和培養科學價值觀，這對提高學生的生物學學科核心素養極其重要。

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