浅谈利用生物科学史培养学生科学思维和科学探究能力

合肥市第四中学  项林

摘要 本文结合具体案例，充分利用教材中的生物科学史培养学生的科学思维和科学探究，发展学生的生物学学科核心素养。

关键词 生物学科学史  案例  科学思维和科学探究

引言 实际教学中学会利用科学史培养学生学科核心素养。

《普通高中生物课程标准（2017年版）》把核心素养确定为课程学习的主要目标， 要求教师在生物学科教学过程中应注重发展学生的关键能力和必备品格。学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力。生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任^{[ 1 ]}。生物科学素养是公民科学素养的重要组成部分，提升学生的核心素养培养学生形成生命观念、培养学生的动手能力和思维能力以及具有一定是社会责任，是高中生物教学的最高目标，是中学生物教师所追求的最高。

 生物科学史体现了科学家的探究历程，教学中重视科学史的学习，帮助学生感悟、体会、理解科学家的探究过程，有助于培养学生的科学思维和科学探究精神。笔者在教学过程中注重科学史的探究，带领学生一起重温科学家的探究历程，体会科学家当时探究遇到的困难和百折不挠的精神，培养学生像科学家一样去思考，感悟科学家的探究精神。下面将结合实际教学案例谈谈自己的感悟。

一、沿着科学家探究足迹，体验探究历程，培养科学思维

   科学思维是这尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力，探讨生命现象及规律^{[ 2 ]}。教学过程中充分利用科学史帮助学生体验科学家的科学研究历程、感知科学探究的过程，培养科学思维。 例如“生物膜的流动镶嵌模型”这节内容中科学家对生物膜的探究历程，教学中引导学生探究构建生物膜的结构模型，教师按照科学史时间主线，引导学生体验生物膜结构的探究过程。首先，由19世纪欧文顿利用大量实验，提出假说“膜由脂质组成的”，20世纪初，科学家从哺乳动物成熟红细胞提取出细胞膜化学分析成分，教师设疑，为何欧文顿不直接提取进行化学分析？引导学生思考。确定成分后，磷脂与蛋白质如何排布呢？教师设疑，激发学生兴趣。然后，在“荷兰科学家Gorter和Grendel的红细胞膜实验”教学中，教师引导学生大胆推测细胞膜中有两层磷脂分子，并让学生结合磷脂分子头部亲水、尾部疏水的特点，利用教具在纸上贴出它们可能的排列方式，尝试说出理由。通过分析不同的排列方式，最终确定正确的双层排列，激发学生思考。1959年，罗伯特森（J.D.Robertsen）利用电镜观察，提出“三明治”模型，并认为膜是静止的。 教师引导学生小组讨论：是否赞成膜是静止的？ 能否利用所学生物学知识找到质疑的证据？学生根据前面学习的质壁分离及复原实验、变形虫运动等，会提出质疑，总结膜是可以运动的，展示“人-鼠细胞融合实验”证实。同时引导学生猜测蛋白质是否均匀分布？由20世纪60年代，利用冰冻蚀刻和扫描电子显微镜技术，发现蛋白质分布不对称。然后，引导学生总结生物膜结构模型，展示1972年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型结构，并和学生一起利用教具构建生物膜结构模型并分组展示。

最后，教师抛出问题，这个模型就是完美的吗？对生物膜结构的探究到此结束了吗？提出科学无止境，科学家在不断完善和发展，引导学生继续思考。在《必修二.遗传与进化》第三章第二节 “DNA分子结构”教师同样可以充分利用科学史发现时间轴，引导学生思考，构建DNA分子结构模型，培养学生科学思维能力。

教师创设情境让学生进行推理得出假说 ，并鼓励学生提出质疑，师生共同探讨，对观点进行辩驳，最后得出相关主张。 整个过程，师生的思维进行激烈的碰撞，学生的批判与质疑、归纳与总结、演绎与推理等科学思维方法都得到充分的呈现与发展^［3］。

二、聚焦科学史探究方法，培养科学探究能力

科学探究是一种基于观察、设计实验等的综合能力，渗透着科学态度和科学精神。 其核心内涵主要包括提出问题，自主设计实验方案，收集并记录数据，小组合作讨论交流，并得出相关结论^{[ 4 ]}。

例如，在“细胞膜流动镶嵌模型”一节教学中，认识“荧光染料标记人-鼠细胞融合”实验，教师可以先介绍荧光染料和细胞融合技术，然后，设问“如何利用技术设计实验验证膜不是静止的？”“实验会出现什么样结果？” ，引导学生小组合作，讨论，设计实验。小组分享后师生共同分析，从而理解膜具有一定的。在必修二第三章第一节“DNA是主要遗传物质”教学中，格里菲斯提出转化因子后，教师设疑：S型菌中含有DNA、RNA、蛋白质等成分，谁才是转化因子呢？如果你是科学家，你会如何探究？引导学生小组讨论、探究，引导学生像科学家一样思考，培养探究能力。艾弗里利用肺炎双球菌体外转化实验证明DNA是遗传物质但是由于技术所限，DNA的纯度不够，无法将蛋白质和DNA完全分开，仍有人表示怀疑。教师提出问题：如何设计才能让人无可挑剔呢？学生能答出“将DNA和蛋白质完全分开，分别观察其遗传效应。”教师给予肯定后继续设疑:如何才能完全分开呢？提醒生物学上常用什么方法追踪物质。学生认识到利用同位素标记技术，然后教师抛出问题串：如果让你来设计实验，你的思路是什么？选择什么材料更适合？如何标记DNA和蛋白质呢？实验结果又如何检测呢？ 引导学生小组合作探究，小组分享自己的设计思路和步骤。教师不断补充相关知识，引导学生步步深入，探究知识，最后顺理成章得出DNA是遗传物质，学生解决疑惑获得新知并且体会科学家的探究精神。教师再提出疑问：所有生物的遗传物质都是DNA吗？让学生深入思考，不难得出有的病毒只有RNA，那么对于RNA病毒，谁是遗传物质呢？又该如何设计实验探究呢？打破平衡，激发学生的兴致，进一步探究。最终理解DNA是生物的主要遗传物质。

生物科学史资料蕴藏着大量的科学实验探究方法，教师引导学生对科学实验方法进行分析，让学生体验知识的形成过程，感悟科学家设计实验的巧妙和技术发展对科学研究的贡献。让学生既能深刻理解并掌握科学知识，又能培养科学探究能力^{[ 5]}。

三、完善资料、拓展科学史，构建完善知识体系

科学探究历程往往经历很多科学家共同努力，过程曲折、复杂，教材上并非完全呈现，教师教学中可以根据需要适度补充，比如，“生物膜流动镶嵌模型”教学中，教师可以补充冰冻蚀刻技术发现蛋白质是贯穿、镶嵌、嵌入磷脂双分子层中，通过资料展示，让学生对“流动镶嵌模型”的“镶嵌”理解更为深刻。在“遗传因子的发现”教师可以补充孟德尔的生平介绍，有助于学生感悟科学家的孜孜不倦的科学精神。“基因在染色体上”教师补充摩尔根与果蝇的故事，“DNA分子结构”关于沃森和克里克的构建历程，补充富兰克林的故事。通过介绍科学家的故事使得生物课堂变的有趣，知识变的丰满，同时也能让学生走近科学家，感悟科学探究。

总之，在教学过程中不能忽视生物科学史，认为不重要甚至只让课后学生自行阅读，而是应该充分利用科学史，引导学生深入探究，像科学家一样去思考、质疑、试误，最终探得真知。通过让学生重温科学家探究历程，感悟科学探究，体会科学家的精神，让学生不是机械的了解知识，而是学会探究知识的能力和钻研的精神，通过课堂教学不仅仅传授知识更是培养学生的科学思维和科学探究能力，提高学生的生物学学科素养。

参考文献

［1］普通高中生物学课程标准［M］ ． 北京: 人民教育出版社，2017．

［2］普通高中生物学课程标准［M］ ． 北京: 人民教育出版社，2017．

［2］ 黄东姐.基于科学史深度学习 培养学生生物学核心素养［J］.中学理科园地，,2019(4)

［3］吴成军.基于生物学核心素养的高考命题研究［J］.中国考试,2016(10)

［4］ 黄东姐.基于科学史深度学习 培养学生生物学核心素养［J］.中学理科园地，,2019(4)