基于核心素养的生物科学史教学思考

2018-12-24 09:57:04 创新时代 2018年10期

刘银华

《普通高中生物课程标准》(2017年版)要求“从生命观念、科学思维、科学探究和社会职责等方面发展学生的核心素养”。但是在高中生物学教育中出现了一些令人担忧的现象:教师反复地进行解题训练、实验操作,学生也掌握了一些科学方法和科学技能,但学生头脑中最终还是没有形成科学思维,更别说探究能力的提升了,甚至于出现对科学的盲目崇拜或信仰。“当某种说法或某些人宣称自己是科学时,学生便笃信不疑,他们对贴上科学标签的东西自动放弃自己的辨识力,不再使用自己的头脑进行思考。”这反映了當前科学教育中对科学本质观教育的严重缺失,学生的科学素养普遍不高。因此,培养学生的科学本质观成了当前科学教育中一项重要而迫切的任务。

生物学科教学中有哪些策略有助于学生科学本质观的形成呢?袁维新教授认为:“培养学生的科学本质观不是向学生灌输某种观念,或让学生站在某个哲学立场上,它的一个重要目的就是帮助学生理解科学知识本身,了解知识的产生过程、历史背景、存在的价值、能解决的问题以及人们确信它的原因。”由此可见,生命科学史是培养学生科学本质观的良好素材和载体,有效的生命科学史教学是提升学生核心素养的重要途径之一。

一、把握生物学科发展史的重要事件,形成科学史教学的结构框架

生物学科形成和发展的历史是由众多科学发现事件沿时间长河串联而成的。这些历史事件向学生展示了生物学科是如何发展起来的、在学科发展的过程中解决了哪些问题、其他学科对生物学科的发展有何影响、学科间又有怎样的联系。其中,有些事件对生物学科的发展有重要价值,在生物学史上的地位无可取代,人们称之为科学史上的重要事件。教学时,教师要对这些重要事件进行整体把握,将其巧妙地融入教学设计中,充分挖掘其中蕴含的科学思想和科学方法,形成科学史教学的结构框架,帮助学生理解知识的产生过程,建构完整的学科知识体系。同时,通过对科学探究历程的深入分析,帮助学生理解科学家发现问题和解决问题的思考路径,最终形成自己发现问题、作出假设、验证假设、得出结论的一整套科学研究的简单方法,促进其科学本质观的形成和科学素养的提高。如必修二遗传与进化模块的教学,可将遗传学发展史中的重要事件有序组织和融合:孟德尔豌豆杂交试验(遗传过程有怎样的规律)→格里菲斯和艾弗里的肺炎双球菌的转化实验、蔡斯和赫尔希的噬菌体侵染细菌实验(什么是遗传物质)→沃森、克里克发现DNA双螺旋结构(遗传物质具有什么样的结构)→DNA半保留复制的发现和验证(遗传物质如何复制)→克里克等对遗传密码的推测、中心法则的建立(遗传物质如何控制生物的性状)。这些重要事件环环相扣,让学生了解遗传学就是在解决一系列问题的重要事件中逐步发展起来的。循着这样的历史线索展开教学,遗传学的知识框架就自然建构起来了。同时科学家对科学的热爱和孜孜以求,敢于向传统挑战的精神,严谨、实事求是的科学态度对学生素养的提高起着潜移默化的作用,更重要的是科学史教学中渗透的科学思维训练还可能让学生联系到新的问题上去,为学生创新思维的形成奠定基础。

二、抓住几个要素,体现科学史教学的特点

1.重视科学发展的背景

科学发展史是人类社会发展史的一个重要部分,它不是单独存在的科学知识的发展变化史,它与政治、经济、宗教、技术,甚至战争交织在一起,相互作用,共同前行。因此,在进行科学史教学时,除了让学生关注科学知识本身的发生、发展外,还要让学生了解科学发展的各方面背景,认识到科学的发展离不开技术的支持,离不开社会各方面的共同影响,形成学生宽广的认识世界的视野,辩证理性地认识科学技术的发展。如教学“生物膜流动镶嵌模型的发现过程”可引导学生关注物质提纯、化学分析、电子显微镜的应用、荧光标记等技术对模型建构的作用,教学“DNA重组技术的发展”可让学生了解它与生物武器、战争的关联等。

2.重视科学思维和科学精神的培养

科学史的内容在很大程度上反映了科学家的探究活动与方法,是理解科学探究、掌握科学方法的良好范例。生物科学史不仅记载着生命科学知识的形成过程,还蕴含着科学家的创造性思维方式和灵活多样的科学方法,体现了科学家求实、求真、批判、创新、探索、坚持不懈等的科学态度和科学精神,是培养学生科学素养的生动教材。因此生物科学史的教学不应是简单地让学生记住这段历史和结论,而是要将探究性学习整合其中,创设情境让学生重走科学探究之路,体验科学家发现问题、解决问题、深化认识的过程和探索的精神。如“基因在染色体上”一节教学可设计如下环节:“还原历史、暴露问题”(由于缺乏实验证据,萨顿假说不具说服力)、“把握机遇、力图突破”(白眼果蝇突变体的发现体现了摩尔根及其同事们敏锐的洞察力和锲而不舍的科研精神,学生在模仿孟德尔的实验探究进行设计杂交实验,体会杂交实验设计的核心和思路)、“大胆假设、精心求证”(强化学生实验探究思想,体悟假说-演绎的研究方法)、“借助经验、提出方案”(学生自己设计遗传学实验并分析遗传结果,得出结论,更深刻地理解各种交配实验的意义,学会有目的地设计探究实验)。

3.重视科学的前沿与应用

科学史教学除了要引导学生关注科学发展的过去,还要使学生了解科学发展的前沿,认识到生命科学辉煌的发展前景,树立生命科学研究的远大志向和奋斗目标;同时,还要让学生意识到科学的实用价值,通过一些生物科学新成果的教学,引导学生应用科学知识去解决实际问题,树立社会责任感,如单克隆抗体的制备、转基因生物的应用、克隆动物的问世、基因探针和基因治疗的发展等的教学。

三、针对高中生的特点,采用适宜的科学史教学策略

高中生已经有了一定的生活经验和学科基础,抽象思维、操作能力、学习自觉性和控制能力也有了一定的发展,而且具备了一定的辩证思维和哲学思考能力。因此,高中生物课堂的科学史教学,应在向学生提供大量的社会和历史背景资料介绍的基础上,引导学生对背景材料中的事件作深入的理性思考,分析其中包含的科学方法、科学思想、技术进步与科学发现的关系等多个维度的内容,以促进其科学思维能力的发展。

在国内外的教学研究中,英国科学教育者孟克和奥斯本提出融合模式,两位学者在建构主义学习观的影响下,充分吸取前人的经验与教训,提出了把历史、哲学、科技(HPS)融入科学课程与教学中的模式。融合模式的核心是:将学习的课题假设为历史上某个科学家的研究问题,引导学生重走科学发现之路,主动进行意义建构,从而探索出新的知识或新的概念。如酶的本质是什么、DNA怎样进行复制等等。教学共有6个阶段,即演示、引出观念、学习历史、设计实验、科学的观念与经济性检验、评论和评估(见下图)。这一模式将科学史与科学哲学的学习与当前的科学概念和理论的学习有机地融合在一起;整个教学过程是一个问题解决的探究过程,通过探究活动实现观念转变,形成正确的科学观念,有利于培养学生的问题解决能力和创新能力。

毫无疑问,恰当的科学史教学有益于学生理解科学的本质,学会用发展的、审视的眼光看待现有的科学知识,提高分析和解决问题的能力,有益于学生核心素养的提升。教师要将科学史融合到课堂教学中,最大限度地发挥科学史的教育功能。