例析中学生物“科学史融入课程”教学模式

摘 要：生物科学史进教材、进课堂是近年来中学生物课程改革与研究的热点问题。但囿于课程设计的逻辑顺序与教师相关知识的匮乏，生物科学史教育一直处于起步阶段。为了更好的进行中学生物科学史教育，本文对比科学史教育的新发展——HPS教育理论，以中学课程“孟德尔的豌豆杂交实验”为例，对“科学史融入课程”进行探索和研究。

关键词：中学生物；科学史教学模式；豌豆杂交实验

随着新一轮基于“核心素养”的中学生物课程教学改革拉开序幕，课标中明确指出要重视学习生物科學史，引导将科学史教育融入课程真正走向实处。关于生物科学史学习的内涵，课标指出：“科学是一个发展的过程，学习科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路，理解科学本质和科学研究方法，学习科学家献身科学的精神，这对提高学生的科学素养是很有意义的。”可见在中等教育阶段，将科学史融入课程教学是大势所趋。探究科学史教育的教学模式有助于教师把握课程结构、优化课程设计，将科学史教育真正融入课堂，使之建构入学生的精神世界。

一、 中学生物科学史教育现状

科学史代表了人类知识产生、发展、总结的整体进程。它既是一种人类公认的知识体系，又是人类不断校对、改进知识结构的过程。将科学史，尤其是生物科学史融入中学课程，对于学生理解科学本质，提高核心素养，建立正确的科学观具有重要意义。在西方教育史中，自从孔德（Augste Comte）将科学史引入通识教育以来，20世纪很多伟大的教育家如萨顿（Sarton）、布拉什（Brush）等都将科学史教育理论向前发展，一直到80年代初陆续出现了《2061计划》《美国国家科学教育标准》等官方文件最终确立了科学史教育的地位。可以说科学史最大程度地继承了人类自然科学发现的宝贵财富，学生在学习科学史的过程中不仅发现了真理，也发展了自身的价值观。具体到中学生物的科学史教育，有学者总结出以下教育价值：1. 促进学生理解科学本质。2. 促进学生的知识建构。3. 提高学生的人文素养。4. 培养学生的批判精神。5. 促进学生了解科学过程。6. 培养学生的科学方法和科学精神。可见生物科学史对于基础生物教育的价值是被学界所肯定的。但由于我国科学史教育起步较晚，尤其是生物科学史教育素材一直隐含在教材中而常常被教师忽略。

二、 科学史教学新发展：HPS教学模式

审视本土传统生物课堂，科学史往往作为一种附属品，被教师以知识的形式灌输给学生，事实上这种做法将科学史与生物教学相分离，是一种低效低质形式化的教学方式。科学发展始终是一种复杂的状态，课本的编排是经过筛选、提炼过的科学史片段，如果以知识的形式教授学生，学生获得的仅仅是严格逻辑顺序的被歪曲或者美化了的历史和错觉，极易形成一种科学就是简单易得的实验这种危险的思维方式。为了避免这种误解，使科学史真正成为教学内容内化部分，西方学者以建构主义为基础提出了HPS（history， philosophy and sociology of science）教学模式。这种模式要求把科学史、科学哲学和科学社会学的有关内容融入课程，以期促进学生对科学本质的理解，培养他们的科学精神和创作力。这种教学模式以促进学生认知科学本质为首要目标，建议把科学史融入课程与教学的策略，所学的课题应该是历史上科学家曾经真实研究过的自然科学实验，如食物的消化、物体坠落等。本文就以“孟德尔的豌豆杂交实验”这一遗传学真实经典实验为例，参考HPS教学模式将教学程序优化，探讨如何加工科学史内容，融合科学史精髓，贴近学生与课堂，从而实现其独特教育价值。

三、 例析科学史融入课程教学模式

人教版必修二“遗传与进化”开篇就是孟德尔的豌豆杂交实验，引领学生通过本章学习进入遗传学领域。审视教材中选取的科学史部分发现以下几个问题：第一，对孟德尔当时的研究背景并未提及，只是在附录“问题探讨”中有关于遗传融合观点的描写；第二，教材中只呈现了从P（亲本）到F1（子一代）代再到F2（子二代）的个体情况，对F2代中3∶1的解释不够充分，在这个比例背后隐藏着什么关系？F2代高茎豌豆是完全相同的吗？如何更准确地剖析F2代，展现孟德尔发现分离定律的全过程呢；第三，孟德尔采用“假说—演绎法”进行研究，他究竟如何根据杂交实验的现象思考推导假说内容呢？比如，他如何想到体细胞中的遗传因子一定是两个而不是四个甚至更多呢？教材以科学探究的一般顺序进行设计，优化了真实科学史中孟德尔思维探究的过程，如果想要重现这一过程就应当创设当时的问题情境，不仅仅研究P→F1→F2的过程，还应该补充F2→F3的思维探究过程，让学生能尝试站在科学家的角度进行完整的思考，故将本课程从以下几个环节进行优化：

优化一：根据科学史初步构建孟德尔的遗传假设

利用多媒体视频技术展现当时的科学背景，19世纪遗传学说中占统治地位的是“融合遗传”，可是孟德尔受道尔顿“原子学说”的启发认为“遗传因子在遗传时是相互独立、颗粒式的传给后代”，从而初步引出对分离现象的第一个解释：生物性状由遗传因子控制。这种“颗粒”遗传的提出，是孟德尔结合化学知识得出的结论，跟当时科学的发展密不可分，教师应提供孟德尔当年的科学背景和孟德尔的经历相结合引出概念。

优化二：与真实情景相结合提出探究问题

教师在展示P→F1→F2的过程中，引发学生思考科学史中孟德尔同样遇到的问题：F1代中的矮茎哪里去了？为什么F2代中矮茎又出现了？F2代中类似3∶1的比例是偶然还是必然呢？背后又隐藏着什么秘密？最后根据探究结论应该如何根据杂交实验一步一步推导出对分离现象的解释，建立假说呢？

优化三：根据F2代表现型比例分析，进一步推导孟德尔的假说内容

真实科学史中孟德尔在看到子二代表现型比例有数量关系：优化后接近3∶1。据此他认为F2代表现型可能包含两种解释方法：可以是亲本P的性状遗传，也可以是子代F1的性状。为了验证解释，只能将F2代再自交。此时他提出假设：如果F2代同亲本性状一致，那么其后代性状应该不变，若与F1相同，那么其自交后代继续出现性状分离。事实证明F2自交产生的F3代中，所有具有隐性性状的类型都不“分离”，就是说它们的性状不再进一步改变，保持稳定。表现显性性状的类型中，2/3的F2代所产生的子代会再次“分离”（其F3代出现3∶1的显性和隐性），而另外1/3的F2代其F3代都是显性表型（即F2代显性个体中，纯种和杂种的比例关系为1∶2）。于是，孟德尔将F2的3∶1中的3，进一步分成2和1即3∶1就被分解成1∶2∶1。对于这个比例孟德尔又将如何去思考，去解释呢呢？

孟德尔有着很高的数学造诣，除了在研究中应用了统计学的方法，还把数学公式模型应用到遗传学过程，成功地进行了学科交叉。他联想到数学模型，上课时可以把孟德尔的数学推导过程优化联系数学的完全平方公式（a+b）2=a2+2ab+b2來帮助学生攻克难点。如果显性遗传因子用D表示，隐性遗传因子用d表示，则这个公式可以表示成（D+d）×（D+d）=DD+2Dd+dd，进一步简化为Dd×Dd=DD+2Dd+dd，等号前面为F1，等号后面为F2。由此可以跟学生一起探讨对此的遗传学发现：第一，F1的遗传因子组成为Dd，F2的遗传因子组成为DD、Dd、dd，所以，体细胞中遗传因子成对存在，Dd为杂合子，dd为纯合子。第二，F1每个个体的遗传因子组成为Dd，只有一个显性或隐性遗传因子，但自交后代却出现了DD、dd的遗传因子组成，这又是为什么呢？由此推导结论生物体在形成生殖细胞时，成对的遗传因子彼此分离。第三，F2代为什么有三种遗传因子组成且比例为1∶2∶1，说明受精时，雌雄配子的结合是随机的。

优化之后的教学模式，能合理有效地帮助学生一步一步从杂交实验的各种真实情景中推导出课本第五页中对分离现象的四个解释，而不是硬生生地把解释套用到实验现象中，只让学生死记硬背，从而禁锢学生的思维探究能力。只有强调科学史融入的观点让学生能真正感受孟德尔的科学研究过程，才能深深被孟德尔的知识储备、思维推导、实验坚持所折服，继而学会该实验、理解该定律、培养实证的科学精神。

参考文献：

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作者简介：

孙晓红，江苏省苏州市，苏州大学附属中学。