在生物科學史中發展科學思維的單元教學
——以“綠色植物的光合作用”為例

陳秀梅，沈月桂

（廈門市第十中學，福建 廈門 361000）

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》指出：科學思維是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度、運用科學的思維方法認識事物，解決實際問題的思維習慣和能力[1]。作為生物學科核心素養的主要內容之一，科學思維是學生解釋生命現象、解決生物學問題的必備品格和關鍵能力。科學思維的方法有很多種，在聚焦概念教學的初中生物課堂中，邏輯思維是科學思維的主要表現形式，是中學教師在教學中需著重培養的思維。邏輯思維主要表現為：比較與分類、歸納與演繹、分析與綜合、抽象與概括等[2]。

初中生思維活躍，可塑性很強，發展初中生的科學思維能為高中生物的學習奠定重要基礎。然而初中生的認知水平有限，在初中生物教學中培養科學思維具有一定的局限性和難度。且發展科學思維并非一蹴而就，需在長期的、連貫性的訓練中逐漸形成，因此零散的章節難以發展初中生的科學思維，使其有明顯的進步。而單元教學設計常常圍繞某個主題，將零散的知識點或知識模塊重新整合，形成連貫的整體教學，利于養成科學思維習慣，提高科學思維能力。故，建立在單元教學的基礎上來培養初中生的科學思維，顯得更容易實現。

“綠色植物的光合作用”這一概念多次在人教版初中生物教材中涉及，但主要集中在第三單元生物圈中的綠色植物。教材首先在第三單元第四章綠色植物是生物圈中有機物的制造者中安排了薩克斯實驗，然后在第五章的第一節光合作用吸收二氧化碳釋放氧氣中安排了海爾蒙特實驗、普利斯特利實驗等實驗。內容在編排上具有一定的跨度，涉及多個生物科學史和探究實驗的教學。因此，將“綠色植物的光合作用”作為一個主題，以生物科學史作為線索進行單元教學設計，利于學生科學思維的培養。

生物科學史是一個漫長的思維發展史，它再現了人類認識生命現象和生命活動規律的思維方式和探究過程，因此，學習生物科學史是培養科學思維的有效途徑之一。通過學習科學的探究歷程，不僅能學習科學家呈現給世人的科學成果，更重要的是能學習到科學家的思維方式和科學探究的方法。1963年，美國進行了“生物科學課程研究（簡稱BSCS）”的教學改革計劃，其中著重指出科學史教育的重要性，讓學生在探究科學發現的過程中促進思維的發展[3]。

然而，盡管生物科學史為培養學生科學思維提供了良好的教學素材，但受到應試教育和實際教學進度的影響，一線教師往往弱化科學史的教學，沒有充分利用教材中的科學史資料總結科學家的思維方法，以培養學生的科學思維習慣和能力。如何將生物科學史融入一線教學，既不影響正常的教學進度，又能達到培養學生科學思維的目標，是初中生物教學中需要解決的問題。本文以人教版初中生物學中“綠色植物的光合作用”的單元教學為例，探究科學史中能培養初中生科學思維的素材，旨在為一線教師提供值得借鑒的教學方法，探索培養科學思維的有效渠道。

1 按照時間的順序梳理生物科學史

利用科學史進行教學應以科學史作為教學主線來設計，那么，按照人物和事件出現的先后順序呈現，教學線索一目了然。

如人教版生物學七年級上“綠色植物的光合作用”這一重要概念的形成，教材中鋪陳了一系列探究和實驗，如“探究綠葉在光下制造有機物（即薩克斯實驗）”、海爾蒙特實驗、普利斯特利實驗等，這些實驗本是光合作用實質的探索過程，將這些實驗按照時間的順序重新整理，就形成了發現綠色植物光合作用的科學史（如圖1綠色植物的光合作用發現史）。在教學實踐中，借助這樣的一部生物科學史進行教學，讓學生重溫科學家的探索歷程，踏著科學家的腳步，學著科學家的思維方式去發現問題、解決問題，對每個實驗現象進行分析、推理、判斷、歸納和概括，最后得出結論，不僅讓學生更深刻理解光合作用的本質與內涵，更是從中進行了有效的思維訓練。同時，在科學史學習中，認識到每個概念都是大量科學家不懈努力的成果，從中感受科學嚴謹刻苦的科學精神，形成正確的科學思維意識。

圖1 綠色植物的光合作用發現史

科學史是一個概念形成的歷史，進行生物科學史的教學也是引導學生建構生物學概念的過程。通過認識概念的發展史和形成過程，將有助于學生深入理解概念的內涵。在進行光合作用發現史的單元教學設計時，圍繞光合作用的實質和反應式這一主題，將教材中的教學內容重新整理，以形成相對完成的知識框架，利于學生建構科學的生物學概念。而生物學概念也是一種模型，在這個科學史的教學中，學生不僅能深入理解光合作用的實質，建構光合作用的概念，同時，其模型與建模的思維方法也得到了相應的訓練。

2 用探究式教學法展開生物科學史的教學

生物科學史是科學家們進行科學探究的歷史，展現了科學家探究生命現象和生命活動規律的歷程，這是一個長期的、發展的、連貫的思維過程。用探究式教學法展開生物科學史的教學，引導學生沿著科學家的腳步，摸索科學探究的思路，學習科學探究的方法，從中獲取科學思維的方式。

如第四章綠色植物是生物圈中有機物的制造者中的薩克斯實驗，將其設計成探究實驗，利于培養學生的科學思維。如圖2（P133）“綠葉在光下制造有機物”教學流程圖，利用問題串引導學生進行科學探究，從實驗目的反推，探索實驗探究的思路，逐步梳理出實驗步驟。在這個過程中，用問題導向思考，學生在學習過程中模仿科學家的思考方式，進行分析、推理、判斷、歸納、整合等一系列思維活動，不僅得出了該實驗的設計思路，還熟悉了科學思維方法的應用，從而促進自身科學思維的發展。

圖2 “綠葉在光下制造有機物”教學流程圖

3 教學中應注意取舍得當，注重思維方法的總結

首先，為了更好地達到培養科學思維的目的，需要將教材中和搜集到的科學史進行適當增加或刪減，使整個科學史更吻合初中生的認知水平和思維能力水平。其次，教學中應深入挖掘科學史中培養科學思維的資料，有針對性、有目的地培養科學思維方法。再次，課堂中利用生物科學史培養學生的科學思維，并不等于生物課堂只剩下科學史，教師應注重總結科學史中蘊含的科學思維方法，并應用于相關情境。

正如物理學家勞厄（M.Von.Lawe）所說：“重要的不是獲得知識而是發展思維能力，教育無非是一切已學的東西都被忘掉后仍然留在你心中幫助你解決新問題的那種科學思維能力[4]”。教育不僅要授之以魚，更要授之以漁。利用生物科學史展開單元教學，培養學生的科學思維能力，讓學生學會運用科學思維的方法解決生物學問題，解釋生命現象。同時，在生物課堂上習得的科學思維方法同樣可以用于其他學科的學習，及解決生活實際問題，使之更好地適應多樣的社會生活。