在高中生物教学中开展科学方法教育的研究

摘  要：我国科学方法教育存在发展不够成熟、研究少、实施不容乐观等问题。本文以生物科学史中“酶的发现及其本质的探索”为例，在生物教学中开展科学方法教育的研究，并提出相应策略，以促进学生的全面发展，培养和提高学生的生物科学素养。

关键词：科学方法教育；教学案例；高中生物

中图分类号：G633.91 文献标志码：A        文章编号：1001-0769（2024）01-0095-03

在教学中，教师要能够发掘教材中的科学方法，在学生学习生物科学史、感受科学精神的过程中，渗透科学方法教育。教育工作者要懂得如何有效地使用科学方法教育来潜移默化地提高学生的科学素养。

对于高中生物，可将科学方法教育的内容分为两个层次：一个是高中生物特有的科学方法，这些方法适用于生物某些特定的实验，如细胞膜的制备方法、同位素标记法、差速离心法分离细胞器等；另一个是科学研究的一般方法，如观察法、实验法、调查法、归纳法和演绎法等。本研究调查及实施的方法主要是科学研究的一般方法。

1  生物科学史

生物科学史教育符合《普通高中生物课程标准（实验稿）》的相关理念^[1]，充分展现科学家的科学态度和科学精神，有利于培养学生的生物科学素养，使科学方法教育更好、更有效、更高质量地实施。生物科学史的相关资料能够体现生物科学的产生和发展，展现科学探究过程中科学家科学探索的思维和方法，在生物科学发展史上具有重大的学习和实践意义^[2]。下面以生物科学史中“酶的发现及其本质的探索”为例进行科学方法教育。

2  “酶的发现及其本质的探索”教学设计

2.1 教学内容分析

本节内容是第五章内容的基础，为后续学习光合作用和呼吸作用的知识奠定基础，主要包括酶的作用机理、本质、特性，并设计实验探究活动和科学史资料的分析，以培养学生的探究能力，明确科学方法的重要性。

2.2 学情分析

在前面章节的学习中，学生已经初步认识到酶具有催化作用，但并不知道酶的特性、作用机理和本质。由于本节内容较多，而且原理性的知识较多，需要运用实验探究、科学史资料分析、实例讨论等方法进行学习，让学生加深理解。

2.3 目标及重难点

教学目标：（1）通过对酶本质的讨论，归纳概括出酶是蛋白质或RNA，并认同科学理论是一个不断发展的过程（科学思维）；（2）通过对过氧化氢在不同条件下的分解、淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用、影响酶活性的条件的探究实验，掌握控制变量和设计对照组的科学方法，并从结构与功能的角度理解酶的作用机理和特性（生命观念、科学探究）；（3）举例说明酶在现实生活中应用的实例，并能解释其作用机理，分析酶工程技术的重要意义。

2.4 教学过程

2.4.1 创设情境，导入新课

教师活动：回顾物质运输的知识，说明细胞的生命活动离不开物质与能量，引入能量知识的学习，呈现本章首页的资料和章小结。提出问题，让学生思考细胞如何通过化学反应获取和利用能量，并简要说明本章各小节的逻辑联系。

学生活动：观看视频，谈体会。思考酶为什么能降低反应活化能，通过阅读教材的相关资料，思考、讨论并回答课本上的讨论问题。

设计意图：回顾旧知识可以实现知识点的衔接，分析视频内容及本章首页的资料和小结可以激发学生的学习兴趣，说明本章各小节的逻辑联系可以让知识点更具条理性。

2.4.2 教学任务

2.4.2.1 通过实验探究酶的作用，通过建构数学模型理解原理

教师活动：⑴让学生回忆初中阶段食物消化的知识，思考食物的消化过程，然后提出两百多年前人们认为食物只进行了物理消化，没有化学消化，接着呈现斯帕兰扎尼的实验，让学生完成问题探讨中的问题；⑵讲解斯帕兰扎尼的实验，结合食物的消化吸收、光合作用、呼吸作用的实例，归纳概括细胞代谢的概念，并说明细胞代谢反应的特点，让学生思考化学反应的条件和特点。

学生活动：⑴结合教师展示的启发性问题进行小组讨论，分析总结细胞核的功能；⑵小组代表发言，展示小组研讨成果，小组成员补充完善答案。

设计意图：通过对一系列实验的合作探究提高学生分析问题、解决问题的能力；体会科学实验的方法和实验设计的精巧之处；培养学生归纳总结的能力以及团队合作精神。

教师活动：⑴呈现细胞内外的环境，让学生比较化学反应与细胞代谢反应的区别，提问在温和的环境中细胞代谢反应是如何高效有序地进行，然后让学生以学习小组形式合作探究“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验；⑵讲解实验原理、目的，阐明实验变量的科学方法，让学生分析本次实验的自变量、因变量和无关变量，引导学生进行实验设计，在实验过程中掌握设计对照组的科学方法；⑶结合图示讲解活化能的概念，让学生尝试画出物质三种状态的曲线图，讲解无机催化剂、加热、酶对活化能的影响，并以实例类比让学生加深理解，之后让学生尝试自主构建曲线图模型。

学生活动：学习小组讨论，明确实验的变量，理解对照组的意义；完成讨论中的问题，得出实验结论并构建数学模型。

设计意图：对比细胞代谢反应与化学反应，可以降低学生的理解难度，实验探究可以让学生掌握控制实验变量、设置对照组的科学方法，利于激发学生的积极性，构建数学模型可以培养模型与建模的科學思维，并且加深对活化能概念的理解。

2.4.2.2 在酶本质的科学探究史中理解科学的本质

教师活动：讲解我国人民利用酶的事例；介绍西方的酿酒业，如盖-吕萨克发现酵母菌可将糖类转化为酒精，并说明当时科学家认为这是一个纯化学反应过程，与生命活动无关；讲解巴斯德的实验、李比希的观点、毕希纳的实验研究，让学生分析其实验思路以及巴斯德、李比希实验方法的区别，并阐明其提取液中含有的物质；讲解萨姆纳的研究，让学生领悟其体现的科学精神；讲解切赫和奥特曼发现RNA具有生物催化活性，让学生填写科学史发展的逻辑关系图。

学生活动：⑴回顾科学探究史，引导学生思考其中体现的科学本质观；⑵分析资料，比较巴斯德与李比希的观点，梳理实验思路，比较区别；⑶理解科学与技术的关系，领悟科学精神；⑷填写关系图，归纳概括酶的本质。

设计意图：科学史资料蕴含着丰富的科学本质观内容，让学生可以认识到科学方法的严谨性，科学与技术的密切联系，科学知识的发展性，同时领悟科学家的科学精神。

3  总结

教育是鲜活的，没有模板，任何一种策略都不可能适用于全部的教学目标。本文仅针对如何加强科学方法教育提出了相应策略，广大教育工作者不能固化思维，要择优选取。教学策略的有效实施需要建立在好的教学活动上，并及时补充教材中所欠缺的内容，如教学评价。这要求教师在日常教学中转变教育理念，在日常考察时加大对科学方法的考核力度，引起学生的重视，防止不考就不学的现象发生。同时，教师要以学生全面发展为目标，培养和提高学生的生物科学素养。

参考文献

[1] 郭思乐．素质教育的生命发展意义[J]．教育研究，2002，23（3）：9-13.

[2] 蔡红英．应用生物学史开展高中生物科学方法教育的研究[D]．沈阳：沈阳师范大学，2011.

作者简介：倪朕（1998－ ），女，硕士，主要从事学科教学（生物）研究