基于科学史教学发展学生生物学核心素养

刘 宇 刘欣颜 易 露

（1 成都树德中学 四川成都 610031 2 广州市教育研究院 广东广州 510030）

2018年1月，教育部正式颁布了《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称“课程标准”）。 相较于2003年颁布的《普通高中生物课程标准（实验稿）》，新颁布的课程标准在课程安排、内容标准等方面都有较大变化， 进一步落实了立德树人的教育任务，凸显了生物学科的育人价值，强调了生物学核心素养的培养， 对高中生物学的学科建设和教学均提出了新的要求和挑战。

教育纲领性文件的更新， 为课堂教学变革指明了前进的方向。在当前时代背景下，以提升学生的生物学核心素养为出发点， 优化生物学课堂教学模式势在必行。 课程标准明确提出：“科学是一个发展的过程， 学习生物科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路， 理解科学的本质和科学研究的思路和方法， 学习科学家献身科学的精神。 这对提高学生的生物学核心素养是很有意义的［1］”。 作为综合了基础生物学知识、科学研究基本范式、积极科学态度与科学家精神的教学模式，科学史教学能有效提升学生生物学核心素养，值得教育者关注与实践。因此，在生物学核心素养视角下，科学史教学具有重要的理论和实践意义。

1 课程标准对科学史教学的要求

课程标准提出， 生物学素养指公民参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物学知识、探究能力以及相关的情感态度与价值观，是生物学核心素养形成的条件和基础。 高中生物学核心素养指向“知、情、意、行”4 个方面，分别是生命观念（知）、科学思维（意）、科学探究（行）、社会责任（情）［2］。这4 个方面相辅相成，生命观念的形成需要借助科学思维和科学探究， 而生命观念的建立能让科学思维和科学探究的过程事半功倍。社会责任是生命观念、科学思维和科学探究素养形成后的延伸性学习成果， 是生物学课程的教学目标［3］。 有基本生物学素养的学生能基于已有的生命观念，运用科学思维和探究能力，辨别科学与伪科学，作出科学的回应和客观公正的评价，履行自己的社会责任，这将是持续终生的议题，也是教育的最终目的。

生物学科学史蕴含丰富的科学知识、 科学方法、科学世界观、科学精神和科学态度等内容，具有很高的教育价值。 结合生物学核心素养的具体内涵，在教学实践中引入科学史教学，不仅能增加课堂的趣味性，而且能让学生沿着前人的发现、探索之路思考、分析，体会知识、概念及技术的演变过程，促进核心素养的养成。因此，梳理课程标准对科学史及科学史教学的要求是有必要的。

表1 是课程标准关于必修课程和选择性必修课程中科学史的相关内容和教学提示。 选修课程由于其课程性质， 课程标准中未对此内容作出明确的要求。 结合表1 的梳理结果，可以看出：高中生物学课程在必修课程和选择性必修课程中都包含了科学史的要素，并给出了教学提示。需要明确的是，内容标准由于其高度概括性，难以对各个模块中的所有科学史面面俱到， 仅提出基本性的要求。 在实践教学中，教师可以结合具体内容主题、专业知识和教学实际， 选择性地增加相关的科学史内容，使得教学能更为顺利地开展。

表1 课程标准对科学史及教学的要求

2 科学史教学对核心素养提升的价值

2.1 科学史的发展进程体现了概念间的层级关系与内部逻辑 学习生物学基本知识的核心目的是形成生命观念。当学生具备基本的生命观念时，才可以对“生命是什么”（what），“生命活动是怎样进行的”（how），以及“生命为什么会变成现在这样”（why）3 类问题作出准确的回答［4］。

学生形成生命观念的基础是构建生物学核心概念体系，这一概念体系是逐步发展得到的。对于抽象程度较高、发展历程曲折的重要概念，例如细胞、光合作用等，科学史教学通过阐释在漫长的探索历史上，科学家团队是如何基于已知提出问题，设计并实施富有创造性的研究方案， 最终获取证据解决问题的过程， 辅助学生对复杂概念形成全面认知。 科学史的呈现有助于学生对知识本质的理解、内化和激活，进而理解概念的内涵、发展，以及概念间的逻辑关联， 厘清概念体系内部的上下位关系，更好地理解生命的运转机制。

2.2 基于科学史的探究提升了实验探究能力与科学思维 高中生物学课程涵盖了大量探究性实验， 以期从不同的探究层次逐步提升学生的探究能力。随着探究层次的逐步提高，教学对学生思维的要求也逐步提升。 然而，由于中学软、硬件条件不足及课时安排紧张等诸多因素， 一线教学中实验探究不易得到全面开展。 很多时候教师会折中处理，以“讲实验”替代“做实验”，此时教材所设计的探究性实验能取得的实际效果就相对有限。学生发展探究能力与理性思维的需求， 呼吁教师提供更为多元化的培养途径， 基于科学史的思维探究就是一种有效的替代方案。

科学的发展历程本就是大量科学家前赴后继，针对某一个问题逐步探究，直至得出精准结论的过程。例如细胞膜流动镶嵌模型的发现史，科学家就经历了从成分推测结构、从结构预测功能、从功能反推结构的思维历程。 伴随着电子显微镜成像技术及荧光标记技术的出现， 科学家获取了更多直接证据，最终得出了细胞膜的结构模型。教师在课堂中以探究的模式对此类科学史进行回顾，是一种高效的教学范式，其中蕴含的提问策略、实验设计范式及结果分析方法， 是提升学生探究能力的有效教学素材。

科学思维是人类科学史上无数科学家基于大量思考与实验， 经过众多尝试和总结后逐步形成的思维模式， 科学史探究有助于学生探究能力的提升，此过程必然伴随着科学思维的锤炼。因此回顾科学发展史，剖析科学事实的发现历程，强调质疑态度、实证精神和逻辑思维，对于养成科学思维具有积极效应。

2.3 合理利用科学史可构筑学生的科学精神与社会责任 科学精神是科学素养的灵魂， 社会责任是教育的终极价值， 二者是实现立德树人的基础。 而科学精神与社会责任的习得需要基于事例的引导、理性的分析和榜样的激励，不能仅凭教条化的讲授。行为的改变基于态度的转换，期待学生在成长为社会公民之时具有必要的生物学科学素养，勇于承担公民应负的社会责任，在学生时代给予榜样的激励就必不可少。

生物科学史上大量的科学研究案例与科学家故事，是构筑科学精神与社会责任感的良好素材。例如DNA 双螺旋结构模型的构建史，展示了在探究知识的过程中科学家之间的合作； 又如促胰液素的发现史， 呈现了科学家团队针对同一问题如何从不同角度进行探究， 体现了不同观点之间的碰撞与争论；再如光合作用的探究历程，体现了科学实验的成功离不开恰当实验对象与方案的选取。 合理利用科学史组织教学能以鲜活的研究案例，向学生展示科学家不拘泥于传统理论与观点、不迷信权威、积极思考、勇于质疑、专注于研究问题等特质。基于此，生物学科学史呈现了科学家的求真态度、坚强毅力、理性思维和社会责任，可以激发学生刻苦钻研的决心，培养学生的科学精神，形成科学的世界观，培养学生的社会责任感。

3 科学史教学的实践建议

3.1 科学史教学并非历史教学，要以逻辑分析为主， 知识识记为辅 教材中的科学史多数是按照时间顺序呈现的。一些教师在处理科学史时，存在混淆科学课程与历史课程教学目标的现象， 过度关注史实本身，包括人物、年代、事件及成果等。当教师将教学目标定位为落实知识时， 往往会忽视科学史激发学习兴趣、促进主动学习、培养逻辑思维、提升科学素养的价值。 例如，有的教师对细胞学说的建立过程进行了大量而细致的分析，最终却仅强调细胞学说提出过程涉及的人物与实验内容。这样的科学史教学花费了更多的课堂时间，学生的生物学素养却未得到应有的提升。

教学目标的偏差使得大量的科学史教学虽有其形却失其精髓，丢失了科学史的真正价值。有效的科学史教学应当以逻辑分析贯穿课堂， 促进学生对生命的理解，进而从“知、意、行、情”4 个维度真正提升学生的生命科学素养。

3.2 合理搭建脚手架，不可过度拔高教学目标，增加学生负担 原则上说，所选科学史的难度不宜过大，不应额外加重学生的负担。 但有的教师会在进行科学史教学时添加很多难度较大的素材，或对教材所给素材进行过度分析，使学生难以适应。

例如对于DNA 半保留复制的证明过程，有的教师为了提高学习内容的难度， 要求学生设计实验，探究DNA 复制方式为半保留复制还是全保留复制［5］。 高一阶段学生对于分子水平的生物学实验接触较少， 对于放射性同位素标记技术的实践应用， 以及大肠杆菌和噬菌体的生物学特征的认识均不透彻， 上述实验设计类的教学活动对学生而言难度过高，难以完成。这样的教学内容属于拓展领域，对于优质学生可以作为课后思考，但不建议在课堂教学中作为常规教学环节呈现， 以免过度拔高教学难度，增加了学习负担，也模糊了科学史教学的真实目的。3.3 客观评价科学家的成就，避免过度神化或过度否定 科学发展的一个基本特点是科学知识和科学方法具有历史继承性， 科学不是某一个时代的产物，而是历史积累和发展的结果。由于自然现象的复杂性， 人们对其规律的认识往往有由浅入深、由表及里、由此及彼、去伪存真的过程。 科学史教学无可避免会介绍很多科学家， 通过教学观察发现， 教师在对科学家的工作进行讲授时容易走入两个极端：过度神化或者过度否定。

对于现代科学高度认可的理论奠基人， 教师容易过度神话。 例如有的教师在课堂组织全班学生鞠躬拜谢孟德尔、达尔文等科学家，认为其理论无任何错误，望以此培养学生的科学家情怀。此类做法存在不妥之处，科学家不是神，科学探究是人类对于未知世界的探究，科学知识是可能改变的，切不可过度神话科学家。

相反， 对于教材中提出批判或指出不足的科学家，有的教师会过度否定。例如分析促胰液素发现史时，有的教师会过度否定沃泰默的工作，认为其缺乏基本的实验分析能力； 又如在分析进化学说时，否定拉马克的工作，着重分析其与达尔文自然选择学说的差异， 而忽略拉马克对进化理论发展作出的跨时代贡献。

教师对科学的态度将影响学生的科学态度，进而影响学生未来从事科学研究的倾向和作为社会公民的基本素养， 在科学史教学中对科学家抱以客观的评价意义深远。

综上可见， 科学史教学是生物学核心素养发展的有效路径。 教师应尝试以生物学概念体系和科学思维为串联，设计富有逻辑性的科学史教学，引导学生站在科学家的角度思考和讨论， 身临其境地体会科学发展的艰难及科学成就带给人类社会的价值。进而明确当代生物学研究的基本范式，学会科学地思考和解决问题， 为未来成为具有生物学核心素养的公民做好准备。