例谈科学思维、科学探究在高中生物教学中的培养

周月梅 廖东年

摘 要：文章把生物科学史“生长素的发现过程”与探究性学习整合起来，在教学中渗透生物学核心素养，引导学生沿着科学家探索的历史道路，在获取生物科学知识的过程中，体验科学探究的艰辛与不易;引导学生分析探究实验、尝试设计实验及锻炼逻辑思维的严密性，养成科学态度与价值观。

关键词：生长素 科学思维 科学探究 培养

生物学核心素养的四个要素：生命观念、科学思维、科学探究、社会责任，它们是一个统一的整体。生命观念的形成离不开科学思维和科学探究;而科学探究和科学思维是相辅相成的，科学思维是在科学探究的实证过程形成的;在形成生命观念、进行科学思维和科学探究的过程中，最终形成一定的社会责任意识[1]。

怎样将生物学核心素养的培育落实到课堂教学中，并提高学生的各方面素质和能力，文章以科学史“生长素的发现过程”教学为例，阐述科学思维、科学探究在生物教学中的培养，让学生体验科学探究过程的同时锻炼科学思维。

一、用科学探究的方法和达尔文（19世纪末）一起“思考”胚芽鞘弯曲生长的原因

达尔文的实验需确认实验条件有：单侧光照射、胚芽鞘、胚芽鞘尖端与锡箔罩、胚芽鞘尖端下面一段与锡箔罩等。为帮助学生把握要点，教师设计问题串并引导学生带着问题，观看实验视频，逐步思考这些实验中的自变量、因变量以及它们之间关系，通过层层的分析，培养学生的逻辑思维能力，体验科学探究的过程，进而得出实验结论。然而达尔文指的这种“影响”究竟是像电信号呢;还是有物质实体呢？于是就有了詹森和拜尔的创新性实验以及温特的巧妙设计。

二、用科学思维与詹森、拜尔同感“影响”

1.詹森的实验（1910年）

通过学生对达尔文实验的探究与思考，学生很容易发现詹森的实验显然缺少对照组，即实验有了两个自变量——琼脂块和胚芽鞘尖端，怎么辦呢？那就需要检测琼脂块对实验结果是否有影响，如：琼脂块含有促进伸长区弯曲生长的物质吗？因此要增加一个对照组——即放置一块完全一样的琼脂块在去掉尖端的胚芽鞘上面，其他条件一致，观察胚芽鞘是否会弯曲生长？

另外有些学生提出：詹森的实验思路是胚芽鞘尖端产生的“影响”能否向下运输，若能用一些能阻断的东西（如云母片）截断其去路，胚芽鞘就不生长了。所以另设计实验组：用单侧光照射已插入云母片的胚芽鞘;对照组：用单侧光照射无插入云母片的胚芽鞘。结果发现实验组的胚芽鞘不弯曲不生长;而对照组的胚芽鞘弯曲生长了，就可以得到结论：胚芽鞘尖端确实产生了某种“影响”，并从尖端运输到尖端下段起作用。

2.拜尔的实验（1914年）

拜尔的实验证明，胚芽鞘的弯曲生长是由于尖端产生的“影响”，在其下部分布不均匀所造成的。拜耳实验不再去研究单侧光照这个外界因素的作用，而是研究胚芽鞘的尖端是否产生某种“影响”，做了相互对照实验（尖端放分别放在切面的左右侧），观察结果并直接得出结论。其实这个实验还潜藏着另一个发现：生长素的运输方向在尖端的下段只能向下极性运输（这可以在学习了后面知识之后，再回过头来揭示） 。

三、随温特揭示生长素的奥秘（1928年）

对比拜尔实验，温特所做的改进是先用琼脂块接受“影响”。因此，温特实验的学习要点是让学生领会这一巧妙的改进。通过课前学生自主先学已产生了疑问，所以在课堂中，教师应因势利导，基于学生的疑问组织进一步的讨论。例如，围绕“温特实验需要光照吗？琼脂块有什么作用？实验中将琼脂块放在切去尖端的胚芽鞘一侧，为什么？如果将琼脂块放在切去尖端的胚芽鞘中间，又能观察到怎样的实验现象？”等充分挖掘温特实验的内涵。通过“激疑—释疑—再激疑……”，进一步加强学生对温特实验的理解，形成不断探索的科学精神[2]。

四、引导学生总结植物向光性的原因，揭示生命的奥秘

植物向光性的原因：胚芽鞘尖端产生生长素（内因）→尖端感受单侧光刺激（外因）→生长素发生横向运输并且极性运输（形态学上端→形态学下端）→尖端下段（伸长区）生长素分布不均匀（背光侧>向光侧）→背光侧生长较快→植物向光弯曲生长。

在学习此科学发现史过程中，应注重培养学生用实证、建模、逻辑、推理、和论证进行思维的能力，同时也要注重培养学生批判性思维和质疑能力，以及学生独立的、个性的、新颖的思维和想象能力[3]。

五、评价实验设计和结论，提升科学探究能力

引导学生根据课本“技能训练”的要求，通过小组交流、讨论集中提出几个问题： 如何验证下端的琼脂块含有生长素？?实验设计还有哪些点不严密？③如何对实验方案进行改进？④改进后的实验可以得到什么样结论？最后改进如下图：

发散性思维（另外学生的问题）：重力会影响生长素的运输吗？是否需要用失重来验证重力的作用？是否胚芽鞘自身有抑制胚芽鞘生长的物质存在？基于这些问题又该怎样设计实验呢？有待学生课后思考或实验。

此“技能训练” 侧重于训练学生依据科学实验的要素，对科学问题进行逻辑推理与论证，分析实验设计的严密性，同时有助于学生理解生长素的极性运输。关于实验设计的改进，应鼓励学生开发思路，不搞唯一答案和“一刀切”，以达到锻炼科学思维的目的。

总之，教师在课堂上向学生传授生物知识的同时，更应该以生物知识为载体，合理的设计课堂教学，从学生实际出发，适时地将核心素养渗透于课堂教学环节中，在潜移默化中培养学生的科学态度与价值观，引导学生应用科学生命观和科学思维方法，去认识生物世界、去探索生命的奥秘。

参考文献

[1]吴成军.基于生物学核心素养的高考命题研究[J].中国考试，2016（10）：25.

[2]李安静.深度学习：三段式教学设计[J].新课程（综合版），2014（11）：27.

[3]周晓强.基于生物学核心素养的课堂教学体验[J].中学生物学，2016，32（11）：42.