生物学核心素养在高中生物科学史教学中的实现

周 红

(浙江省杭州学军中学 310012)

如何把生物学核心素养的培养落实到生物学科的教学过程中，已成为生物学教师必须思考的问题。本文基于高中校本选修课程“生命科学漫谈”中“生物科学史话”的教学，从教学目标、学生主体、教学内容和教学方式等维度，探讨对学生生物学核心素养的培养。

1 定位生物科学史学科核心素养的教学目标

发展学生的核心素养是学生在接受相应学段的教育过程中，逐步形成起的来适应个人终身发展与社会发展的人格品质与关键能力[1]。生物学核心素养是指学生通过学习生物学的知识与技能、思想与方法而习得的重要观念、关键能力与必备品格。而生物科学史的教学目标契合了生物学核心素养的要求。

1.1 联接生命观念，认识生物学规律和生命现象 生物科学史蕴含着丰富的科学思想、方法、世界观、科学精神和态度等内容，其教学目标应定位于帮助学生形成理解或解释生物学相关事件和现象的意识、观念和思想方法，从而形成一些基本的生命观念，并以此认识生物的多样性和统一性。

例如，在介绍细胞膜结构时，教师可先呈现“1925年两位荷兰科学家用丙酮从人的红血细胞膜中抽提出脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红血细胞表面积的2倍”这一实验事实，请学生推测细胞膜中脂质分子的排列情况。而后，请学生推测蛋白质分子位于质膜的什么位置？在学生提出各种假设的基础上，教师介绍“20世纪40年代，有人认为质膜是‘蛋白质—脂质—蛋白质’的‘三明治’结构模型，经计算认为细胞膜至少厚约20 nm。但到了1959年罗伯特森用电镜获得了清晰的细胞膜照片，显示暗—明—暗三层结构，厚度仅约7.5 nm。”用这2个科学发现事实引发学生思考：厚度变薄如何解释？最后，教师再介绍冰冻蚀刻电子显微法的研究成果，并请学生推测细胞膜这样的结构可完成哪些生理活动？帮助学生形成结构与功能统一的生命观念，加深学生对科学研究过程和本质的理解，学会用这些生命观念去认识生命现象，探索生命规律。

1.2 联接理性思维，培养生物学科学方法和品质 生物科学史不仅有着丰富的生物科学知识，更重要的是蕴含着人类为探索生物的奥秘而坚持不懈的科学精神。因此，在教学目标定位时应尊重事实和证据，崇尚严谨务实的求知态度，让学生在体验生物科学发生、发展的过程中逐步发展理性思维。

例如，在学习光合作用发现史时，用多媒体展示萨克斯的实验。请学生将本组的方案与萨克斯的实验方案进行对照分析，不仅要思考萨克斯的实验假设，还要思考实验设计中采用实验方法的最初用意：为什么要将选用的植株事先放在黑暗处处理一昼夜？是基于怎样的研究目的来设计实验的？叶片如何进行遮光处理？实验变量是什么？用酒精处理目的何在？这种实验研究方法设计目的何在？为什么要隔水加热？根据用碘液检验可推测出萨克斯实验的假设是什么？以此帮助学生运用已有的知识和逻辑进行思考或论证，培养他们的批判质疑能力和理性思维。

1.3 联接科学探究，形成生物学探究思维和能力 高中生物科学史的教学，应通过对科学史的材料进行适当地选择和组织，让学生沿着科学家的逻辑思维路线，经历一个“发现”的历程，去体验和理解知识发生、发展和形成的过程，领悟生物学家解决问题的思路和方法，从而理解科学的本质和实验方法，并体会科学家献身科学的精神。

例如，学习细胞膜的成分这一知识时，先介绍E.Overton曾用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行过上万次的实验，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：凡是脂溶性的物质，很容易透过细胞膜；而不溶于脂质的物质，透过细胞膜则十分缓慢。请学生据此实验现象推测细胞膜的主要成分是什么？在学生分析后，请学生继续思考如何判断是该种物质？再介绍20世纪30年代，科学家发现细胞的表面张力远小于油-水界面的事实，请学生推测可能的原因是什么？引导学生进一步思考如何验证其中含有其他物质？在学生探究的基础上，教师介绍提取分离鉴定的直接验证法和用脂质溶剂与蛋白酶处理细胞膜的间接验证法，然后呈现哺乳动物成熟红细胞膜的化学成分表。这样的学习，使得学生在学习科学史中体验科学探究的一般过程，亲历如何发现问题、如何假设问题的“答案”，考虑从哪些途径去解决问题。使学生初步掌握科学探究的方法和过程，形成科学探究的能力。

1.4 联接社会责任，做出生物学理性解释和判断 生物学核心素养中的社会责任，是指基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，做出理性解释和判断，尝试解决生产生活问题的担当和能力。生物科学史的教学目标还应使学生能以造福人类的态度和价值观，学会珍爱生命，热爱大自然，运用生物学的知识和思想方法，对生物学问题做出理性的解释。

例如，学习“生命的起源”这段科学史时，介绍生命演化历程的三个阶段，阐释生物进化论学说，介绍伟大的生物学家达尔文通过多年的研究、考察和标本的采集，在积累了大量令人信服的证据的基础上发表了划时代的巨著《物种起源》，提出以自然选择理论为基础的生物进化学说。达尔文进化学说被恩格斯称为19世纪自然科学三大重要发现之一。通过这段科学史的学习，破除神创论的说法，帮助学生辨别迷信和伪科学。又使学生了解到环境污染、生物多样性的减少和饮食健康等基本常识。还引导学生懂得需要他们承担宣传生物科学知识、开展环境保护和社会实践活动等力所能及的责任，从而培养学生承担社会责任的意识和能力。

2 制定选修课程学习内容，培养学科核心素养

2.1 全面关注学生主体，彰显核心素养的追求 关注学生的主体性，就是要激发学生的生物学学习积极性，引导学生主动参与学习，真正让学生成为学习的主宰者。

例如，在“生物科学史话”一节的教学中，可采用的教学方式之一是设置学习任务，让学生自主选择一位感兴趣的、在生物科学史上有过重大发现或贡献的科学家，收集有关素材，专门安排时间让学生介绍展示。这一学习任务的设置，一方面给予学生更多的选择空间，每一位学生都可以选择自己感兴趣的科学家进行资料的收集，关注学生的主体差异性；另一方面，每一位学生收集资料的途径、收集资料的过程不一样，使得每一位学生都有属于自己的学习体验，培养了学生收集信息、处理信息和归纳总结的能力，在请学生展示他们收集的生物科学史有关内容时，学生的学习积极性普遍高涨，有效地落实学科核心素养中发展学生终身学习能力的要求。

2.2 合理设置知识结构，凸显生物科学史价值 核心素养要求学科课程内容与任务的设置要能够超越学科，应基于高中生对生物科学史的兴趣及对生物学科学习的需求。

例如，本校本课程是以生物科学史为主旨，引导学生关注生活和社会、关注身边的科学和技术，并给学生的职业生涯规划以适当的指导和帮助，为今后从事生物学以及相关领域的科学研究打下坚实的基础。该课程设置了7个章节，共18个课时(表1)。从该课程结构中看出，直接与生物科学史有关的内容有8个学时，占总课时的44.4%。

表1 “生命科学漫谈”课程内容与任务设置

3 落实学科核心素养可搭建多样化学习模式

3.1 开展小组合作学习 小组合作学习能最大限度地吸引学生的主动参与，让每一位学生都能发挥自己的优势、特长，更有助于学生综合能力的培养。在生物科学史教学中，可积极探索并深化小组的合作学习。

例如，在学习细胞核的功能时，将全班学生分成4个小组，请各小组自行选择伞藻嫁接和核移植实验、蝾螈受精卵横缢实验、变形虫切割和核移植实验等不同题目，经分析讨论并根据实验现象推测实验结论。然后，各小组派代表发言，向全班学生反馈本组的学习成果，其他学生共享研究成果。通过此种教学模式能培养学生的自主学习、团结合作和成果的交流与讨论等学科核心素养。

3.2 实施探究性学习 可引导学生通过分析生物科学史中的实验来提出问题、作出各种假设并设计探究方案，再由教师介绍科学家的研究过程和方法，启发学生思考实验中的问题，然后由学生推测结论，最后由教师呈现科学家的研究结果，让学生把自己的实验与科学家的实验进行对照、纠正。

例如，在探究核酸是遗传物质的学习过程中，先介绍格里菲思肺炎双球菌体内转化实验，请学生思考从死亡小鼠体内分离出的S型活细菌从何而来？启发学生做出各种假设，并设计实验方案进行探究。在推出存在转化因子时，请学生继续探究如何证明该物质的存在及其作用。在学生探究后，教师介绍艾弗里的体外转化实验，请学生再作出假设并设计探究方案，然后继续新一轮的探究。学生在不断地体验、模仿和练习着科学探究的过程，是培养学生逻辑思维能力、自主学习能力等核心素养的较好方式。

3.3 开展生物学实验 在生物科学史的教学中，可将科学家进行过的实验，再根据已有实验条件改为实验教学，让学生能够更直观地观察、比较、分析和综合，更真实地体验科学研究的过程。

例如，在植物生长素发现史的学习中，学习向光性与胚芽鞘的关系时，启发学生思考：设计怎样的实验可确定是胚芽鞘尖端下面部位明显伸长？在教师的引导下学生分析、比较，设计出方案：在胚芽鞘外画竖线后继续培养。按此方案进行的实验后，经过多小组实验结果的观察，发现尖端以下部位变为虚线，表明其已明显生长。这种发掘生物科学史中蕴含的实验因素的教学，能更好地培养学生的观察能力、思维能力和动手能力等学科核心素养。