生物學(xué)科學(xué)史賦能高中生物學(xué)學(xué)科教育

程 明

(江蘇省南菁高級中學(xué) 江蘇江陰 214437)

目前的高中生物學(xué)教學(xué),主要關(guān)注生物學(xué)學(xué)科知識及對學(xué)科知識的運用。 學(xué)以致用固然是高中生物學(xué)學(xué)習(xí)需要實現(xiàn)的重要目標(biāo)之一,但倘若學(xué)生不了解所學(xué)的知識從何而來,就無法真正掌握生物學(xué)知識的生成方式,難以領(lǐng)悟生物學(xué)家在解決問題時所采用的思路和方法,無法養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣、積極的科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新實踐的能力。 因此,追根溯源,深入挖掘生物學(xué)學(xué)科知識的來龍去脈,方能更好地用知識指導(dǎo)生活,實現(xiàn)學(xué)科育人的終極目標(biāo)。 高中生物學(xué)中很多核心概念的形成,就是科學(xué)家通過一系列的探索過程獲得的。 《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017 年版)》(以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)明確提出:“科學(xué)是一個發(fā)展的過程,學(xué)習(xí)生物科學(xué)史能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路,理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的思路和方法,學(xué)習(xí)科學(xué)家獻身科學(xué)的精神。”以下將從生物學(xué)科學(xué)史有助于高中生物知識結(jié)構(gòu)的形成,科學(xué)思維的養(yǎng)成及學(xué)科育人三個方面,談?wù)勆飳W(xué)科學(xué)史具體如何賦能高中生物學(xué)學(xué)科教育。

1 生物學(xué)科學(xué)史有助于高中生物學(xué)知識結(jié)構(gòu)的形成

赫爾巴特在統(tǒng)覺論中提到:“只有擁有知識結(jié)構(gòu),才能去同化相類似的知識,順應(yīng)體系外的知識,從而讓知識結(jié)構(gòu)變得越來越飽滿,讓知識點變得越來越豐富”。 遺憾的是,在當(dāng)下的生物學(xué)學(xué)科教學(xué)中,老師和學(xué)生都忙于學(xué)科知識點的講授和學(xué)習(xí),更習(xí)慣“滾雪球”式的教學(xué)方式,以期通過知識點的學(xué)習(xí),使得“知識雪球”越滾越大。 但卻忽略了雪球的內(nèi)部并沒有形成“結(jié)構(gòu)化”,當(dāng)雪球越滾越大時,破碎的風(fēng)險也更大。 就像在建樓時,如果沒有搭建穩(wěn)固的內(nèi)部“隱性”結(jié)構(gòu)(如地基等),就無法建造起摩天大樓。 因此,在高中生物學(xué)教學(xué)中注重學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的生成,并用知識結(jié)構(gòu)來同化和順應(yīng)新的知識點,才能事半功倍,有助于學(xué)生形成穩(wěn)固的“結(jié)構(gòu)化”知識。

教材中的生物學(xué)知識基于邏輯關(guān)系架構(gòu)獲得,符合知識學(xué)習(xí)的內(nèi)在規(guī)律和邏輯關(guān)系。 但這些知識是去背景化的生物學(xué)知識,如果教師單純依照教材授課,學(xué)生容易把學(xué)科知識結(jié)構(gòu)理解為生物學(xué)知識點間的邏輯結(jié)構(gòu),而忽略了其立體化、情境化和故事化的真正意義上的學(xué)科知識結(jié)構(gòu)。 生物學(xué)知識結(jié)構(gòu)究竟是怎樣形成的? 生物學(xué)教師應(yīng)如何幫助學(xué)生建立屬于自己的生物學(xué)知識結(jié)構(gòu)呢? 當(dāng)前比較流行的做法是繪制概念圖。 但是,即使學(xué)生建構(gòu)出了概念圖,也很難生成對知識點間的多維度內(nèi)涵及內(nèi)在規(guī)律的關(guān)聯(lián)。 生物學(xué)科學(xué)史是幫助學(xué)生建立有效知識結(jié)構(gòu)的重要路徑之一。

例如,光合作用是指綠色植物通過葉綠體,利用光能,將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物,并且釋放出氧氣的過程。 所以,在學(xué)習(xí)光合作用概念時,可以利用光合作用的科學(xué)史,帶領(lǐng)學(xué)生分析光合作用的原料、條件、產(chǎn)物及過程,讓學(xué)生逐步認識到光合作用過程中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)移的來龍去脈,形成“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”和“物質(zhì)與能量相統(tǒng)一”的生命觀念(圖1)。

圖1 光合作用的科學(xué)史(部分摘錄)

以生物學(xué)科學(xué)史為載體的光合作用學(xué)習(xí),讓學(xué)生重走生物學(xué)知識(光合作用)的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展之路,以科學(xué)史為載體提煉出學(xué)科知識間的“隱性”結(jié)構(gòu)(關(guān)聯(lián)),并自主重構(gòu)生物學(xué)學(xué)科知識。 當(dāng)教師為生物學(xué)知識尋回本源時,既保有知識的科學(xué)性,又賦予知識以歷史情境。 學(xué)生了解生物學(xué)知識生成的歷史脈絡(luò),進一步形成對生物學(xué)學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的感性認知,有助于高中生物學(xué)知識結(jié)構(gòu)的形成。

2 生物學(xué)科學(xué)史助力科學(xué)思維的養(yǎng)成

《課程標(biāo)準(zhǔn)》指出:“科學(xué)思維是指尊重事實和證據(jù),崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度,運用科學(xué)思維方法認識事物、解決實際問題的思維習(xí)慣和能力。”在真實的教學(xué)活動中,教師眼中的學(xué)科知識是已經(jīng)結(jié)構(gòu)化的,而學(xué)生接觸到的則是一個個具體的知識片段。 當(dāng)學(xué)生忙于知識片段的習(xí)得,而不把握學(xué)科知識學(xué)習(xí)的思維方式時,學(xué)習(xí)就將變得低效,學(xué)生就愈發(fā)失去學(xué)習(xí)的動力和興趣。 因此,要提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和興趣,就需要教師引導(dǎo)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì),透過學(xué)科知識培養(yǎng)科學(xué)思維,用科學(xué)思維理解學(xué)科結(jié)構(gòu),讓學(xué)生從“生物學(xué)知識覆蓋”走向“科學(xué)思維養(yǎng)成”。

教材中的知識除了去背景化,也是去問題化的。此時,學(xué)生的任務(wù)也不再是探究生物學(xué)學(xué)科問題的解決方法及思路。 大量的教學(xué)實踐啟示我們:在尋找問題解決的方法及思路時,一個好的辦法就是追溯相關(guān)知識的科學(xué)史,引導(dǎo)學(xué)生深入了解知識的來龍去脈,直面生物學(xué)家如何生成這些生物學(xué)知識,并用這些知識解決當(dāng)時的問題。

“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”是《選擇性必修1·穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》的第三章第一節(jié),本節(jié)內(nèi)容涉及三個科學(xué)史故事,分別是“囿于定論的沃泰默”“另辟蹊徑的斯他林和貝利斯”及“巴甫洛夫的感慨”。 教師通過優(yōu)化教學(xué)設(shè)計,設(shè)置啟發(fā)性問題,如“根據(jù)沃泰默的實驗,請分析哪兩組實驗可以形成對照實驗?”“根據(jù)實驗?zāi)軌虻贸鲈鯓拥慕Y(jié)論?”以及“巴甫洛夫會接受斯他林和貝利斯所提出的胰液的分泌是受化學(xué)調(diào)節(jié)這個觀點嗎?”,讓學(xué)生了解相關(guān)科學(xué)史,發(fā)展科學(xué)思維,并在此基礎(chǔ)上感受科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和實事求是的科學(xué)精神,領(lǐng)會科學(xué)本質(zhì)(圖2)。

圖2 促胰液素的發(fā)現(xiàn)相關(guān)科學(xué)史中科學(xué)思維的培養(yǎng)點

通過優(yōu)化的科學(xué)史學(xué)習(xí),學(xué)生產(chǎn)生對歷史和當(dāng)下真實生物學(xué)學(xué)科問題的探索興趣,發(fā)現(xiàn)知識形成過程中蘊藏的問題解決思路,逐漸養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣,發(fā)展終身學(xué)習(xí)及創(chuàng)新實踐能力。

3 生物學(xué)科學(xué)史助力學(xué)科育人

生物學(xué)學(xué)科教學(xué)應(yīng)始于知識傳授,聚焦素養(yǎng)提升,終于人格培養(yǎng)。 學(xué)科教學(xué)最終肩負的是學(xué)科育人的責(zé)任,指向的是培養(yǎng)全面發(fā)展的人。 生物學(xué)科學(xué)史是在一位位科學(xué)家探索生物學(xué)現(xiàn)象,理解生命現(xiàn)象本質(zhì)的過程中逐漸形成的。 教學(xué)中,教師不僅要運用好教材提供的科學(xué)史素材,還要通過其他方式補充相關(guān)的背景資料,充分挖掘科學(xué)史的教育價值。 讓學(xué)生通過科學(xué)史的學(xué)習(xí),重走科學(xué)家探究生命世界的道路,理解生命現(xiàn)象的本質(zhì),體驗科學(xué)研究的方法,感悟科學(xué)探究的精神,最終實現(xiàn)生物學(xué)的學(xué)科育人目標(biāo),必修2 部分科學(xué)史見表1。

表1 必修2 部分科學(xué)史的育人價值

生物學(xué)科學(xué)史將科學(xué)與人文教育有機融合,具有獨特的育人價值,是實現(xiàn)人全面發(fā)展的重要載體之一。 通過學(xué)習(xí)科學(xué)史,既可以讓學(xué)生了解生物學(xué)知識背后的故事,更能夠讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)新知并為之堅持,進而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新知識的底氣和追求真理的勇氣。

通過生物學(xué)科學(xué)史的學(xué)習(xí),不僅有助于學(xué)生形成高中生物學(xué)知識結(jié)構(gòu),也有助于科學(xué)思維的養(yǎng)成。 同時,提供生物學(xué)科學(xué)史的資料故事,可以拉近學(xué)生與科學(xué)家的距離,讓學(xué)生更生活化地感受生物學(xué)大師的故事,體會科學(xué)家在推動生物學(xué)發(fā)展進程中堅持不懈的品質(zhì);可以為生物學(xué)知識賦予學(xué)科發(fā)展的真實過程和人物情境,令學(xué)生近距離地看到生物學(xué)知識演變的歷程。 生物學(xué)科學(xué)史賦能高中生物學(xué)學(xué)科教育,可以讓生物學(xué)教學(xué)在學(xué)科育人方面充分發(fā)揮作用,為生物學(xué)學(xué)科教育建立豐富的時代背景,從而幫助學(xué)生站在知識結(jié)構(gòu)和科學(xué)思維的角度思考生物學(xué)問題,并為學(xué)生提供更多的精神滋養(yǎng),進一步增強學(xué)生的文化自信。