巧用科学史教学培养科学思维和科学探究能力

巧用科学史教学培养科学思维和科学探究能力

唐秋菊

邛崃市第一中学校 611530

摘要：生物学是自然科学中的基础学科，是研究生命现象和生命活动规律的科学，高中生物与物理、化学学科同属理科，构成高考理综考试，但长期以来，很多学生认为生物偏“文”，甚至宣称生物是“背多分”学科，这固然是学生的认知错误，却也折射出一个现实：很多高中生物课堂的确疏于培养学生的科学思维和科学探究能力，以至于学生产生了错觉“物理化学才是真的理科，生物是理科中的文科”。事实上，生物学的研究经历了从现象到本质，从定性到定量的发展历程，它包含了人类认识自然现象和规律的一些特有的思维方式和探究过程，这恰恰是学生需要掌握的终身学习能力。本文将以人教版高中教材中几个科学史的讲授实例来具体说明高中生物课堂如何培养学生科学思维和科学探究能力。

关键词：科学史 科学思维 科学探究

一、教材有大量科学史的内容安排，必须“严正以待”

高中生物教材必修一、二、三模块均有不少章节出现科学史的内容，一种类型是以问题探讨、资料分析的形式呈现，例如：必修一教材中，酶的发现“斯帕兰扎尼鹰消化肉的实验”、探究细胞核功能的实验；必修二教材中，伴性遗传一节“道尔顿发现红绿色盲症”；必修三教材中，通过激素的调节一节“促胰液素的发现”等。通过学习科学史，了解科学家的一般思路和方法，有助于学生在潜移默化中逐渐形成自己的理性思维，包括逻辑思维、批判性思维、创新思维等，这些思维能力是新课程标准对高中生物教学的要求，也是二十一世纪青年所必备的核心能力素质。

二、科学史教学不等于讲故事，勿要“避重就轻”

很多老师认为高一学生刚刚从初中升入高中，心智尚不成熟，还不具备科学思维和科学探究的能力，在课堂教学中谨遵循序渐进的步伐，不敢放手，对科学史内容一般采用教师叙述，直接抛出科学实验结果结论，学生重在通过结果掌握基础知识的方式。笔者在多年教学中尝试巧用科学史引导学生发现问题、作出假设、设计实验、预测分析结果、得出结论，同时鼓励学生积极表达，有利于发展其逻辑思维、批判性思维和创新思维，培养学生能够对生物学现象进行一般研究、定性分析、定量测量的能力。

三、人教版必修模块几个科学史内容的处理案例

（一）探究细胞核的功能的资料分析

教材的呈现形式是四则资料，每则资料讲述一个科学事实的发现，均为描述性材料，即科学家利用何种材料做了怎样的实验得到什么样的结果，而后设置一系列讨论题供学生思考讨论，旨在通过对实验结果的分析得出一定的实验结论，总结出细胞核具有怎样的功能。笔者在处理资料分析时，对四则材料的呈现稍作调整，以分组完成任务卡的形式引导学生根据教师提供的材料和背景，分小组自主设计实验探究，写出实验思路步骤并预测可能出现的结果，小组汇报，教师再展示科学家的实验结果，最后得出结论。具体操作如下：将全班同学分为四个大组，每个大组负责一个任务，给第一组同学设计的任务是：现有黑色白色两种美西螈，其皮肤颜色是由细胞结构控制的，已知核酸是遗传信息的携带者，而细胞质和细胞核都有核酸，请设计实验探究美西螈的体色到底是由细胞质控制还是由细胞核控制？给第二组的任务是：通过初中的学习我们知道细胞是可以发生分裂及形态结构功能变化（又叫细胞分化）的，请利用蝾螈的受精卵为材料，设计实验探究细胞的分裂和分化与细胞核有关还是细胞质有关。给第三组的任务是：变形虫是单细胞动物，有摄食、运动、生长、分裂和对外界刺激做出反应等生命活动，请简单设计实验探究变形虫的生命活动是受细胞核控制还是细胞质控制。给第四组的任务是：伞藻是单细胞植物，由帽、柄、假根三部分构成，现有伞形帽和菊花形帽两种伞藻，请设计实验验证伞藻帽的形状是假根部分控制而不是柄控制，同时证明假根部位的细胞核而非细胞质控制。

（二）液素调节的发现

教学中充分利用教材促胰液素的发现过程的科学史展开教学，让学生在探究的过程中感悟激素调节，通过对比神经调节构建激素调节的概念。首先，教师展示如下材料：20世纪之前，学术界普遍认为，人和动物的一切生理活动都是由神经系统调节的，对胃中的食物进入小肠引起胰液分泌这个现象，很自然的解释为胃酸刺激小肠的神经，小肠将兴奋传递给胰腺，引起胰腺分泌胰液。设置问题：假设上述解释正确，请根据所学知识写出参与此调节的反射弧。学生会写出一个反射弧：盐酸→小肠（感受器）→传入神经→中枢（脊髓）→传出神经→效应器（胰腺）→分泌胰液 ，教师继续追问：如何设计实验验证上述假设？学生通过讨论交流，设计出两组实验，一组：盐酸注入到肠腔，观察是否有胰液分泌；二组：切除小肠内神经，同样浓度的盐酸注入肠腔，观察是否有胰液分泌，抛出沃泰默的实验结果，否定了假设，同时引导学生思考沃泰默的实验侧面否定了盐酸通过血液循环直接作用于胰腺的可能性。此时，学生陷入困惑，到底是什么在调节胰液的分泌呢？有没有可能小肠在接受盐酸刺激后产生一种化学物质，随血液循环至胰液出调节其分泌胰液呢？推导出第二个假设：盐酸→小肠分泌化学物质→胰腺→分泌胰液，师生共同设计实验，如果将小肠研磨碎（充分破坏神经，而不影响化学物质），将提取液注入血液，观察到胰腺分泌胰液，则说明此假设是正确的，抛出斯塔林和贝里斯等人的实验结果，由两种假设的探究过程对比总结归纳出激素调节的概念。

四、结语

高中阶段是人最重要的时间段之一，不仅是因为高考，更因为此时是人的思维能力迅速发展的阶段，其抽象逻辑思维已具有充分的假设性、预计性和内省性，学生的各种推理能力有明显的进步，在生物学科中应充分利用这一特点发展学生的学科核心素养，巧用科学史培养学生的科学思维和科学探究能力是十分必要的。通过教材科学史的利用、改编、补充、延伸等多种手段促进学生形成比较完善的思维体系，循着科学家探索之路锤炼知识、更进一步。

同时，科学史教学不能信马由缰，教师应合理处理课本资料，给予一定的背景，设置有层次感的问题串，借助承上启下的语言表述引导学生由浅入深地步步解疑，有组织地带着学生实现探究过程，通过启发式、合作式、手脑并用的训练实现对学生科学思维的炼化。

参考文献：

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