一道科学史中考生物学试题评析及教学启示*

沈伟云 （浙江省嵊州市教育体育局教研室 浙江嵊州 312400）

科学史为科学教学提供了科学发现的历史背景、探索历程及典型案例，在传统教学中对于导入新课、激发学生兴趣等方面起着一定的作用，但令人遗憾的是还停留在较浅显的学习阶段。通过对近几年浙江省中考科学试题的分析，许多地市都出现了基于科学史背景的中考生物学试题，而学生得分普遍偏低，这对科学史教学提出了新的要求。为此，以2017年金华市第35题为例作一探讨。

1 试题评析

例：海尔蒙特、普利斯特利、萨克斯等多位科学家用了200多年的时间，经过无数次的实验才对光合作用有了一个比较清楚的认识。其中为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗，就有许多经典实验流传至今。现将其一实验思路及过程简述如下：

（注：NaHCO3稀溶液能维持溶液中CO2浓度恒定，其原理是当CO2浓度降低时，NaHCO3稀溶液能释放CO2，当CO2浓度升高时，NaHCO3稀溶液能吸收CO2。）

①剪取一烟草叶片，立即将其放入盛有NaHCO3稀溶液的容器中，发现叶片浮于液面。

②用真空泵抽去该叶片中的气体后，发现叶片下沉至容器底部。

③将该容器放在阳光下一段时间，发现叶片逐渐上浮。

④再将该容器放在黑暗环境中一段时间，发现叶片又慢慢下沉至试管底部。

请你用所学的知识对以上实验③、④中的上浮与下沉现象进行解释。

图1 实验过程示意图

解析：③在光照条件下，当叶片光合作用强度大于呼吸作用时，吸收CO2，放出O2，释放出的气泡附着在叶片表面，叶片受到的浮力会逐渐增大，当浮力大于重力时，叶片就上浮。

④在黑暗条件下，叶片只进行呼吸作用不进行光合作用，消耗O2，放出CO2，而放出的CO2会被NaHCO3稀溶液吸收，此时叶片受到的浮力逐渐变小，当叶片受到的浮力小于重力时，叶片即下沉。

该题是基于科学史上有关光合作用和呼吸作用的一个探究实验而命制的，较完整呈现了科学探索的过程，并且较好地将化学（NaHCO3）、物理（浮力）、生物学知识融合在一起，考查学生的学科整合能力。要求学生对其现象作出解释，也有利于考查学生的说理表达能力。

2 教学启示

初中科学教材呈现的内容大多偏重于成熟的实验和理论，强调知识点的具体内容，缺乏知识的历史性和探索性，若在生物学教学中引入科学史，让学生重温科学家当年研究探索的历程，使学生在学习知识的同时，能感受到历史的厚重感，不仅有助于学生深刻体验科学家的经历、思想，而且也有利于学生在主动探索中理解掌握知识重点，学会科学的思维方法。

2.1 渗透教育，熏陶学生科学思想精神 情感态度价值观是科学教学的三维目标之一，立德树人是培养学生核心素养的根本要求。学习科学史，以史为鉴，能增强学生的社会责任感，培养正确的情感态度与价值观［1］。

该试题第1句表述了海尔蒙特、普利斯特利、萨克斯等科学家在200多年的时间内，通过无数次实验才对光合作用有了较为清楚的认识，从中可让学生感受到科学探索是一个长期的、百折不挠克服困难的过程。

在教学中教师可适时补充相应的科学史素材，对学生进行科学思想精神的熏陶。例如在学习遗传时，可提供沃森和克里克密切合作发现DNA双螺旋结构的史实，对学生进行协作精神教育。在学习血液循环时，可补充哈维大胆推翻盖仑学说，创立血液循环理论的史实，让学生接受敢于冲破传统和权威的束缚，去伪存真的科学精神。

科学课程标准指出，应不失时机地介绍我国古代一些曾长期在世界居于领先地位并产生了深远影响的科学技术成就和科学思想方法［2］。例如在学习分类知识时可举明代李时珍提出的“三界十六部”分类法，较世界著名分类学家林奈早160多年。在讲生命起源时，可向学生介绍我国科学家于1965年第1次合成了具有全部生物活性的蛋白质结晶牛胰岛素。

通过科学史教育，展现科学家在科学探索中表现出的实事求是、不畏艰难、开拓创新的科学精神和民主讨论、尊重事实和服从真理的科学态度，有助于学生掌握和运用人类优秀智慧成果，涵养内在精神，形成正确的科学价值观。

2.2 拓展史实，培养学生信息搜集能力 搜集生物学信息资料是学生自主学习，拓展知识，进行判断、推理和论证的必要的学习手段和方式。教材限于篇幅，仅提供少量的科学史，教师可结合学习需要，引导学生搜集科学史料，既可作为拓展性课程的重要内容，也可培养学生信息搜集能力。

例如在学习有关酶的知识时，可以作业形式让学生搜集相关资料，汇总如下：1773年，斯帕兰扎尼发现在胃里存在化学消化。之后，其他科学家分离出胃里的某种物质，并称之为“胃蛋白酶”。1857年，通过酵母制酒实验，李比希认为酶是无生命的化学物质，巴斯德认为酶是有生命的物质，他们展开了讨论。1897年，毕希纳偶然的实验：从死亡的酵母细胞中提取出一种物质，也能催化发酵，从而解决了上述争论。20世纪30年代科学家相继提取出多种酶，并证实其成分是蛋白质，20世纪80年代，切赫和奥特曼发现少数酶不是蛋白质。

教师可引导学生在提取科学史实信息的基础上，回答问题，例如：①胃蛋白酶只能催化蛋白质说明了什么？②李比希与巴斯德哪一个观点正确？什么实验可以证实？③酶是否一定就是蛋白质？④酶的研究历史告诉了我们一个什么道理？学生通过从科学史获取信息，从而获得问题的解决。

通过基于学习主题搜集科学史，拓宽了学生学习视野。通过科学史料提取信息，解决问题，有助于增强学生的阅读能力，也有利于培养学生解决问题的能力。

2.3 分析说理，训练学生逻辑思维能力 逻辑思维是指在感性认识的基础上，以概念为基本单元，以判断、推理为基本形式，以辩证方法为指导，间接、概括地反映客观事物规律的理性思维过程［3］。长期以来，对生物学的学习存在一种误解，认为它是一门偏重记忆的学科，忽视对逻辑思维能力的培养。通过对科学史的分析说理，有助于培养学生的逻辑思维能力。

例如在学习光合作用时，涉及到英国科学家普里斯特利实验，其现象是“与绿色植物一起放在密闭玻璃罩内点燃的蜡烛不易熄灭，与绿色植物一起放在密闭玻璃罩内的小鼠不易窒息”。对此现象，可引导学生分析说理如下：若钟罩内只有蜡烛燃烧，则消耗了O2释放出CO2，随着氧气浓度的降低，CO2浓度增加，蜡烛很快熄灭。若钟罩内有绿色植物，则蜡烛燃烧产生的CO2成为植物光合作用的原料被吸收，当光照充足时，光合作用较呼吸作用强，绿色植物能为蜡烛继续燃烧补充氧气，所以钟罩内蜡烛燃烧时间长。

通过引导学生对科学史进行分析说理，既可加深学生对生物学概念和规律的理解，又可训练学生运用生物学语言，准确逻辑表述思维的本领，从而培养学生逻辑思维能力。

2.4 经历过程，培养学生科学探究能力 科学探究是科学的本质，具有重要的教育价值，在科学教学中，教师往往注重实验探究，而忽视科学史探究的教学。科学史在很大程度上反映了科学家的探究活动与方法，学生较易领悟科学探究过程和学习科学方法，对科学方法的学习，对探究本质的理解，为教学中探究活动的开展提供了科学理论的指导和依据［4］，即科学史探究弥补了实验探究的不足。

例如关于生物能否自然发生，科学史上有过许多探究实验，教师可通过呈现科学史，引导学生经历科学家的探究过程。

图2

图3

例如尼达姆按图2做了实验：将煮沸的肉汤先放入瓶中，然后用软木塞迅速盖住。几天后，发现瓶子内肉汤中出现了微生物。于是他提出了生物会自然发生的观点。但斯巴兰扎尼认为微生物可能来自软木塞，于是他做了如图3所示实验，将肉汤倒入瓶中，然后立即将瓶口烧熔封闭。第1次加热至沸腾时间很短仅为2 min，几天后，发现肉汤中仍有微生物。第2次加热至沸腾时间较长为60 min，几天后，肉汤中没有发现微生物。后来通过巴斯德等多位科学家的探究，最终得出生物不能自然发生的结论。

科学课程标准指出，科学探究是指学生经历与科学家相似的探究过程，以获取知识、领悟科学的思想观念、学习和掌握方法而进行的各种活动［2］。通过学生深入学习领会科学史中的探究，引导学生像科学家一样开展探究，有助于学生进一步理解科学探究本质，提高科学探究能力。