例谈生物科学史在提升学生学科核心素养中的应用

马小明

(甘肃省临夏中学 临夏 731100)

科学史是客观规律、事实等发现的历史[1]。生物科学史即生物科学发展的历史，包括生命现象的探究过程，也包括生物学相关科学技术、方法的发展历程，还包括科学家研究生命现象时所持有的观点和态度的更替等[2]。生物科学史中蕴含着丰富的科学思想、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[3]。现行的普通高中生物学教材涉及丰富多彩的科学史内容。有的是关于生物学概念、生命现象的探索历程，如“光合作用的探究历程”“生长素的发现过程”等；有的是生物技术、科学思维的发展历程，如“对遗传物质的探究历程”“生物信息学”等；有的是生物学专家学者的生平事迹，如“染色体遗传理论的奠基人——摩尔根”“从治蝗专家到生态学巨匠”等。这些科学史内容中，相对重要的科学史内容一般在正文中以主干内容形式呈现，如“光合作用的探究历程”“细胞膜结构的探索历程”“对遗传物质的探究历程”等。更多的则是在教材的特色栏目中呈现，例如“细胞学说建立的过程”“促胰液素的发现”等在“资料分析”栏目中出现；“授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究”等在“科学前言”栏目中出现；“稳态概念的提出与发展”等出现在“科学史话”栏目中；“从治蝗专家到生态学巨匠”则出现在“科学家的故事”栏目；“人类基因组计划”出现在“资料搜集和分析”栏目中，等等。在高中生物学教学中，教师针对具体的教学目标、教学内容，恰当地选择相关的生物科学史素材，并结合实际需要进行合理处理，进而将其融入教学之中，对提升学生学科核心素养具有积极的意义。

1 利用科学史素材促进生命观念形成

生命观念是对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是人们经过实证后的观点，是能够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[3]。生物学中重要的生命观念有： 结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等。科学的生命观念是学习、研究生物学的基本保障和强大武器，只有树立了正确的生命观念，才能迅速、准确地把握生物学概念、规律。

教师在教学中可以有目的地选择适合的生物科学史去促进生命观念的形成。例如，在培养学生“结构与功能观”时，教师可以选择“授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究”这一科学史。因为在学习“物质跨膜运输的方式”的过程中，教师往往强调“水分子、气体分子、脂溶性小分子等是以自由扩散的形式进出细胞”。但是，其正文后的“科学前言”栏目设置的科学史素材——“授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究”(必修1第74页)提出了水通道蛋白。“水通道蛋白”的发现，打破了以往对水分子跨膜运输的认识，即水分子也可以以协助扩散形式进行跨膜运输。在教学中，教师可以引导学生分析肾小球的重吸收功能，该功能仅仅依靠自由扩散是实现不了的，因此早在100多年前科学家就推测可能有特殊的输送水的通道。后来科学家分离出了水通道蛋白，证实了以前的推测。该发现历程中，科学家先是发现一种现象，而后推测和寻找实现该现象的结构，借此树立一种功能的完成肯定需要相应结构支持的观点，即结构与功能观。再如，学习“稳态与平衡观”时，可以选择“稳态概念的提出和发展”这一科学史。对于该科学史，教师可以让学生思考内环境为什么变化，为什么又不剧烈变化？先树立内环境稳态概念。而后，根据资料内容将稳态概念拓展到分子水平(基因表达的稳态)、器官水平的稳态(心率等的稳态)以及种群、群落、生态系统层面的稳态等，从而树立稳态与平衡这一重要生命观念。

2 利用科学史素材提升科学思维

科学思维是指在尊重事实和证据基础上，本着严谨、务实的求知态度，运用科学的思维方法去认识事物、解决问题的思维习惯与能力。包括归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等[3]。科学思维是智力发展的最终目标，是科学教育的核心目的所在[4]。它是学习和研究生物学的方法支持，也是自主学习者的必备素质。

生物科学史尤其是重大生物学现象和规律的研究历程，从问题提出到假设和实验验证，以及结果分析等无不渗透科学思维。通过分析研究历程中各环节，以提升学生科学思维是非常不错的选择。例如，在学习“对生物膜结构的探索历程”时，教师可以设置表格(表1)，让学生通过自主学习和合作学习完成表格，明确每个时间段取得哪些成果、得出什么结论，又有哪些局限性。自主学习填写表格的过程，首先是对学生归纳与概括能力的锻炼。其次，分析取得每个成果的依据又是对学生逻辑推理能力的锻炼。指出研究的局限性则是对学生批判性思维的培养过程。同样，在学习“关于酶本质的探索”“遗传物质本质的探究”“DNA双螺旋结构模型的构建”等科学史时也可设计合理表格或系列问题，引导学生自主学习、思考、总结、反思，从而真正达到学生科学思维提升的教学目的。

表1 对生物膜结构的探索历程及分析

3 利用科学史素材实施科学探究

“科学探究”是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论的能力[3]。科学探究是落实、强化和检验科学思维的重要环节，也是培养学生创造性思维的主要场所。

教师在教学过程中选择恰当的科学史为素材，营造历史氛围，让学生置身于科学家的探究历程中，或者组织科学探究实践活动等，都可以有效提升学生科学探究素养。例如，在学习“促胰液素的发现”这一科学史的时候，教师可以要求学生通过阅读资料整理出不同科学家发现什么问题，提出什么假设，是如何设计实验证明假设的，实验结果如何，是否支持假设，得出了什么结论。如此可以让学生明确科学探究的一般过程。在此基础上，教师引导学生去发现科学家实验设计的不足，并设计实验给予补充，这样就可以很好地培养学生逻辑思维、发现问题、实验设计能力，同时培养了学生敢于质疑权威的科学精神。另外，可以利用科学史提供的素材组织学生进行科学实践活动。例如，在学习“生长素的发现过程”的时候，教材中以小楷体字介绍了另一种植物向光性的原因：“植物向光生长，是由于单侧光照射下引起某些抑制生长的物质分布不均匀造成的”(必修3第48页)。教师在教学中可以据此为探究课题，要求学生以小组为单位设计实验方案，验证“植物向光生长到底是生长素的作用还是某种抑制生长的物质的作用”。如果实验条件允许，教师可以鼓励学生进行具体的实施，以培养学生实验设计能力、数据分析能力等科学探究素养。

4 利用科学史素材实现社会职责之担当

“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，作出理性解释和判断，解决生产生活问题的担当和能力。教学中可让学生关注相关社会议题，参与讨论并作出理性解释，辨别迷信和伪科学；形成生态意识，参与环境保护实践；主动向他人宣传健康生活和关爱生命等相关知识；结合本地资源开展科学实践，尝试解决现实生活中与生物学相关的问题，同时提升学生社会职业素养。

生物学教材中安排了很多涉及社会问题的科学史，这些是提升学生社会责任素养的良好素材。例如，“器官移植所面临的问题”这一科学史素材，揭示了器官移植的限制因素——免疫排斥，指出了我国器官移植存在的困境——供体短缺。教师在教学中引导学生分析我国器官移植供体短缺的可能原因，如： 受到传统观念的影响，很多人难以接受捐献亲属或自己的器官。然后从生物学角度指出捐献器官的意义——实现了生命的延续，使器官的价值充分体现。在此过程中，首先利用讨论器官移植供体短缺的根源，然后引导学生分析捐献器官的意义，一方面让学生理性地看待器官移植问题，另一方面为学生将来选择服务社会提供了选项。再如，科学家的故事“从治蝗专家到生态学巨匠”，介绍了马世俊先生在搞清了蝗灾形成的过程和原因基础上，利用化学防治和生物防治以及改造蝗灾发生地等方法，成功打开了飞蝗综合防治的大门。短小的一段科学史，但是却告诉学生： 一个人的价值体现在他/她对社会、国家带来多少利益，而非你自己拥有多少财富。将这些科学史素材适时地运用到教学中，可以在潜移默化中起到提升学生社会责任素养的目的。