基于科学史深度学习 培养学生生物学核心素养

黄东姐

关键词：初中生物;科学史教学;学科核心素养;深度学习

《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[ 1 ]。生物科学史描述着科学家探索生命科学的过程，承载着科学家对生命科学探索的智慧和结晶，蕴含着科学家的科学思维与精神，具有重要的科学教育意义。对于课堂教学来说，是培养学生核心素养的良好素材。本文以“生物膜的流动镶嵌模型”的科学史教学为例，阐述如何引导学生对生物科学史进行深度学习，从而提升对科学本质的理解，以提高学科核心素养。

1  基于科学史深度学习，培养学生生物学核心素养的实践

1.1  提炼科学史重要概念，感悟生命观念

生命观念是生物核心素养中最具特色的部分，是指人们能够对观察到的生命现象或事件进行解释的品格和能力。具体表现为结构与功能观、物質与能量观、稳态与平衡观、进化与适应观等。教学中，学生在理解生物学相关知识的基础上，形成生命观念，为解释生命现象、探索生命规律打下基础[ 1 ]。

“生物膜的流动镶嵌模型”是“细胞膜”这一教学内容中的重要概念。前几节的教学中，学生已经学习了“细胞膜的功能”“物质跨膜运输的实例”，明晰了细胞膜和其他生物膜是选择透过性膜这一特性。在课堂导入，教师展示实验情境模拟，提问：正常形态的红细胞，内含丰富的血红蛋白，为什么里面的血红蛋白不会流出？生物膜应具有怎样的结构才能实现这些功能？引发学生对知识探索的兴趣，渗透了细胞结构与功能相应的观点。课堂教学中，教师引导学生沿着科学家的足迹体验探索过程，并让学生完成模型的建构，从中提炼“生物膜的流动镶嵌模型”这一重要概念，深化了学生对生物膜结构的认识和理解，形成生命观念。

在科学史教学中关注“生命观念”的育人价值，把“生命观念”落实于课堂教学中，使学生对于生命本质有了科学、系统的认识。从生命的视角，感悟生命结构的巧妙，感悟生命现象的奇特，从而热爱生命，热爱自然。

1.2  体验科学史探索历程，发展科学思维

科学思维贯穿于科学本质学习的全过程，是一种基于证据和逻辑推理的思维方式。教师通过引导学生体验“生物膜的流动镶嵌模型”中相关科学家的探索历程，分析相关资料，培养学生的科学思维。

在“欧文顿的物质通透性实验”教学中，教师引导学生提出假说：膜是由脂质组成的。部分学生提出质疑：这样推导出的假说可靠吗？为什么不直接对生物膜进行提取、分离和鉴定呢？教师引导学生尝试解释问题，最后师生共同分析寻找证据。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，并让学生利用教师提供的“磷脂分子的图片”在纸上贴出它们可能的排列方式，尝试说出理由。罗伯特森（J.D.Robertsen）的电镜实验，罗伯特森把生物膜看作了静止的结构。教师引导学生小组讨论：你们认为这个观点正确吗？能不能根据我们所学的知识找到反驳的证据？

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。

1.3  关注科学史探究方法，提升探究能力

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[ 2 ]。

学生要真正理解“Larry Frye等的人、鼠细胞融合实验”中的免疫荧光染色技术，必须联系到免疫学和化学知识。在这环节的教学中，教师先简单介绍荧光标记技术，抗原抗体特异性结合的原理，细胞融合技术。在此基础上，教师提出问题：如何利用免疫荧光染色技术将人和鼠细胞膜的蛋白质进行标记呢？实验应在什么条件下进行？可能出现什么实验现象？然后引导学生小组合作，交流讨论，并尝试设计实验方案。师生共同分析该实验原理，教师利用课件展示科学家的实验过程，学生通过推测得出相关结论：细胞膜上的蛋白质可以运动。教师进一步抛出问题：生物膜的分子结构具有什么特点？从而顺理成章地引出“生物膜的流动镶嵌模型”。

生物科学史资料蕴藏着大量的科学实验探究方法，教师有选择地引导学生对科学实验方法进行分析，挖掘其内在的核心价值，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严谨的科学态度。这样，学生既能深刻理解并掌握科学知识，又能提升探究能力。

1.4  感悟科学史育人价值，树立社会责任

社会责任教育在生物教学中不容忽视，主要是培养学生具有与生物学科相关的社会责任意识与担当能力。具体表现为关爱生命、健康生活，保护生态环境，社会参与、科学实践的意识，与能运用生物学知识正确地判断与解决所遇到的相关问题的能力[ 3 ]。

学生通过“罗伯特森（J.D.Robertsen）的电镜实验”与“Larry Frye等的人、鼠细胞融合实验”这两段科学史的学习，明白了科学学说并不是一成不变的，帮助学生树立正确的科学态度，理性地分析与解释科学现象。生物科学史描绘着生命起源的探索，生命规律的发现，生物技术的发展等。科学史的学习能帮助学生辨别“神创论”迷信，能理性地参与社会议题讨论，正确地解释生产生活中的生物学问题。同时也帮助学生更深刻地理解生命来之不易，从而产生关爱生命、保护环境等的责任感。

2  基于科学史深度学习，培养学生生物学核心素养的若干思考

2.1  哲学分析科学史资料，以达到深度学习

本课例中，教师对每个科学史实验资料的分析，都提出哲学式的问题：为什么会这样？实验在什么条件下才能进行？可能出现什么样的实验现象？引导学生批判质疑，促进学生理性思考。初、高中生物教材中都有着丰富的科学史资料，教师在使用这些资料时，不应只停留于讲科学小故事的层面，而是在课堂教学中引入哲学分析，把科学史与科学哲学有机结合起来，引导学生对科学实验进行深度加工。触及到科学本质的学习，生物科学史的育人价值才能得到真正的体现。

2.2  适度拓展科学史资料，以完善知识体系

教师在分析“免疫荧光标记实验”后，补充了“冰冻蚀刻技术显示了双层膜脂中存在膜蛋白颗粒”的相关资料，让学生明白蛋白质不是全部平铺在磷脂的表面，而是镶在、嵌入、或横跨在磷脂双分子层中，使学生对于“生物膜的流动镶嵌模型”的理解更为形象与深刻。教材中的科学史由于受到版面等方面的限制，往往不能面面俱到。教师可结合学生已有的认知水平和最近发展区适当拓展科学史资料，创造持续性的历史情境，引导学生层层递进，从而形成完整的知识体系。

2.3  迁移科学史资料于课外学习，以增强科学认识

学校组织的课外学习主要包括研究性学习，校本课程等。它超越了课堂教学时间和教材内容的局限，给予学生更大的学习空间。教师引导学生确立几个与认知水平相当的科学史课程内容，鼓励学生搜集材料，自主学习，教师适时进行点拨、解惑。将科学史教学迁移到课外学习活动中，能有效地弥补课堂教学的不足，增强学生的科学认识，同时提高学生的生物学科素养。

参考文献：

[1]肖安庆.高中生物核心素养的内涵与培养策略[J].中学生物学，2017（3）.

[2]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）.

[3]蒋桂林.基于高中生核心素养培养的生物学科素养的思考[J].中国考试，2015（10）.