在生物科学史中发展科学思维的单元教学——以“绿色植物的光合作用”为例

陈秀梅，沈月桂

（厦门市第十中学，福建 厦门 361000）

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》指出：科学思维是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度、运用科学的思维方法认识事物，解决实际问题的思维习惯和能力[1]。作为生物学科核心素养的主要内容之一，科学思维是学生解释生命现象、解决生物学问题的必备品格和关键能力。科学思维的方法有很多种，在聚焦概念教学的初中生物课堂中，逻辑思维是科学思维的主要表现形式，是中学教师在教学中需着重培养的思维。逻辑思维主要表现为：比较与分类、归纳与演绎、分析与综合、抽象与概括等[2]。

初中生思维活跃，可塑性很强，发展初中生的科学思维能为高中生物的学习奠定重要基础。然而初中生的认知水平有限，在初中生物教学中培养科学思维具有一定的局限性和难度。且发展科学思维并非一蹴而就，需在长期的、连贯性的训练中逐渐形成，因此零散的章节难以发展初中生的科学思维，使其有明显的进步。而单元教学设计常常围绕某个主题，将零散的知识点或知识模块重新整合，形成连贯的整体教学，利于养成科学思维习惯，提高科学思维能力。故，建立在单元教学的基础上来培养初中生的科学思维，显得更容易实现。

“绿色植物的光合作用”这一概念多次在人教版初中生物教材中涉及，但主要集中在第三单元生物圈中的绿色植物。教材首先在第三单元第四章绿色植物是生物圈中有机物的制造者中安排了萨克斯实验，然后在第五章的第一节光合作用吸收二氧化碳释放氧气中安排了海尔蒙特实验、普利斯特利实验等实验。内容在编排上具有一定的跨度，涉及多个生物科学史和探究实验的教学。因此，将“绿色植物的光合作用”作为一个主题，以生物科学史作为线索进行单元教学设计，利于学生科学思维的培养。

生物科学史是一个漫长的思维发展史，它再现了人类认识生命现象和生命活动规律的思维方式和探究过程，因此，学习生物科学史是培养科学思维的有效途径之一。通过学习科学的探究历程，不仅能学习科学家呈现给世人的科学成果，更重要的是能学习到科学家的思维方式和科学探究的方法。1963年，美国进行了“生物科学课程研究（简称BSCS）”的教学改革计划，其中着重指出科学史教育的重要性，让学生在探究科学发现的过程中促进思维的发展[3]。

然而，尽管生物科学史为培养学生科学思维提供了良好的教学素材，但受到应试教育和实际教学进度的影响，一线教师往往弱化科学史的教学，没有充分利用教材中的科学史资料总结科学家的思维方法，以培养学生的科学思维习惯和能力。如何将生物科学史融入一线教学，既不影响正常的教学进度，又能达到培养学生科学思维的目标，是初中生物教学中需要解决的问题。本文以人教版初中生物学中“绿色植物的光合作用”的单元教学为例，探究科学史中能培养初中生科学思维的素材，旨在为一线教师提供值得借鉴的教学方法，探索培养科学思维的有效渠道。

1 按照时间的顺序梳理生物科学史

利用科学史进行教学应以科学史作为教学主线来设计，那么，按照人物和事件出现的先后顺序呈现，教学线索一目了然。

如人教版生物学七年级上“绿色植物的光合作用”这一重要概念的形成，教材中铺陈了一系列探究和实验，如“探究绿叶在光下制造有机物（即萨克斯实验）”、海尔蒙特实验、普利斯特利实验等，这些实验本是光合作用实质的探索过程，将这些实验按照时间的顺序重新整理，就形成了发现绿色植物光合作用的科学史（如图1绿色植物的光合作用发现史）。在教学实践中，借助这样的一部生物科学史进行教学，让学生重温科学家的探索历程，踏着科学家的脚步，学着科学家的思维方式去发现问题、解决问题，对每个实验现象进行分析、推理、判断、归纳和概括，最后得出结论，不仅让学生更深刻理解光合作用的本质与内涵，更是从中进行了有效的思维训练。同时，在科学史学习中，认识到每个概念都是大量科学家不懈努力的成果，从中感受科学严谨刻苦的科学精神，形成正确的科学思维意识。

图1 绿色植物的光合作用发现史

科学史是一个概念形成的历史，进行生物科学史的教学也是引导学生建构生物学概念的过程。通过认识概念的发展史和形成过程，将有助于学生深入理解概念的内涵。在进行光合作用发现史的单元教学设计时，围绕光合作用的实质和反应式这一主题，将教材中的教学内容重新整理，以形成相对完成的知识框架，利于学生建构科学的生物学概念。而生物学概念也是一种模型，在这个科学史的教学中，学生不仅能深入理解光合作用的实质，建构光合作用的概念，同时，其模型与建模的思维方法也得到了相应的训练。

2 用探究式教学法展开生物科学史的教学

生物科学史是科学家们进行科学探究的历史，展现了科学家探究生命现象和生命活动规律的历程，这是一个长期的、发展的、连贯的思维过程。用探究式教学法展开生物科学史的教学，引导学生沿着科学家的脚步，摸索科学探究的思路，学习科学探究的方法，从中获取科学思维的方式。

如第四章绿色植物是生物圈中有机物的制造者中的萨克斯实验，将其设计成探究实验，利于培养学生的科学思维。如图2（P133）“绿叶在光下制造有机物”教学流程图，利用问题串引导学生进行科学探究，从实验目的反推，探索实验探究的思路，逐步梳理出实验步骤。在这个过程中，用问题导向思考，学生在学习过程中模仿科学家的思考方式，进行分析、推理、判断、归纳、整合等一系列思维活动，不仅得出了该实验的设计思路，还熟悉了科学思维方法的应用，从而促进自身科学思维的发展。

图2 “绿叶在光下制造有机物”教学流程图

3 教学中应注意取舍得当，注重思维方法的总结

首先，为了更好地达到培养科学思维的目的，需要将教材中和搜集到的科学史进行适当增加或删减，使整个科学史更吻合初中生的认知水平和思维能力水平。其次，教学中应深入挖掘科学史中培养科学思维的资料，有针对性、有目的地培养科学思维方法。再次，课堂中利用生物科学史培养学生的科学思维，并不等于生物课堂只剩下科学史，教师应注重总结科学史中蕴含的科学思维方法，并应用于相关情境。

正如物理学家劳厄（M.Von.Lawe）所说：“重要的不是获得知识而是发展思维能力，教育无非是一切已学的东西都被忘掉后仍然留在你心中帮助你解决新问题的那种科学思维能力[4]”。教育不仅要授之以鱼，更要授之以渔。利用生物科学史展开单元教学，培养学生的科学思维能力，让学生学会运用科学思维的方法解决生物学问题，解释生命现象。同时，在生物课堂上习得的科学思维方法同样可以用于其他学科的学习，及解决生活实际问题，使之更好地适应多样的社会生活。