在高中生物科学史教学中培养学生核心素养的实践

■浙江省杭州绿城育华学校 方志伟

高中生物教师结合生物科学史知识，开展多样化的课程教学活动，不仅可以拓展学生的学习思路，开阔学生的生物学视野，还能借此促进其科学思维的发展，提升学生的动手操作能力和科学探究能力，有效培养学生的科学精神，使其形成较强的责任意识，进而提高生物核心素养。为了真正达成教学目标，本文从科学史教学视角出发，阐述教师通过创建情境探知、拓展认知、生物实验、人文感悟、知识实践等活动，提高学生学科核心素养的教学策略。

一、生物科学史概述

生物科学史是科学史领域的一个重要组成分支，具体指的是在生物学发展进程中发生的各种重大历史事件，以及生物学领域的各种科学结论。胡继飞认为生物科学史是对生物科学的产生及其发展过程的科学性总结，体现了各个时期生物学家智慧的结晶。玛格纳认为生物科学史指的不仅仅是生物学知识本身，其中还包含获得科学结论的方法和认知世界的方式，这说明生物科学史展现了各个时期、各个国家的科研人员对生物学理论的探索过程，阐述了大量的生物科学事实。对此，在高中生物课程中，教师可以利用生物科学史开展多样化的深度探知活动，让学生结合真实发生的历史事实理解生物学理论的含义，使其在了解生物科学产生与发展过程的同时，知道生物知识背后的逻辑规律，形成正确的观念意识和良好的科学精神，进而更好地提高深度学习质量，提升其学科综合素养。

二、生物科学史教学的理论基础

（一）建构主义理论

建构主义理论认为，学习者需要主动对陌生的信息进行加工和处理，要结合原有的认知经验建立新的认知结构。另外，这一理论强调知识并不是一成不变的，而是不断发展变化的，随着人类社会的不断进步，各学科领域的知识也会被新的理论或假设所替代。基于此，教师在教授学生学科知识时，应当让他们先了解该学科的发展历史，知道学科理论背后的发展规律，了解理论的探究过程，然后引导他们对所学内容进行加工、建构甚至创新，从而更深刻地认识学科知识。由此可见，为了达到这一教学效果，生物教师可以结合生物科学史开展教学活动，让学生了解生物学发展进程，知道科学家探究知识的过程，再让他们运用探究性学习、体验式学习等多种知识探索方法，对生物学理论进行分析与研究，从而实现对所学内容的深度理解，提高课程学习质量。

（二）发现学习理论

美国心理学家杰罗姆·布鲁纳提出发现学习理论，这一理论又被称为问题——探究理论，认为人类学习认知的过程是一个不断发现问题、对问题进行深加工、通过解决问题形成个人独有认知结构的过程。在这一理论的指导下，教师在授课过程中要引导学生自主发现问题，对所提问题进行深入分析，通过找寻问题答案获得相关学科知识。生物科学史囊括各个时期科学研究人员的各种探究经验和生物理论探究过程，教师结合这些内容开展生物知识探究活动，能够让学生跟随历史的脚步重履前人的脚印，发现生活现象中的生物知识，模仿科学家对问题进行深入研究，同时，通过获得正确的研究结论加深对学科知识的理解。

三、高中生物基于核心素养的培养开展生物科学史教学的具体措施

（一）优化自主探知活动，促进科学思维发展

科学思维的本质是人类在认知自然界中的各种客观事物时所表现出来的认知行为、认知思路、认知方式、认知品质等，具体体现在人们认知事物的思维习惯、解决问题的基本能力上。在生物科学史中存在着大量帮助学生认识科学思维本质的信息，对此，教师在教学过程中可以合理引入生物科学史，创建情境探知、拓展探知等授课活动，让学生在深度探知过程中提高科学思维能力，提升课程自主认知效果。

1.构建生物探知情境。

在高中生物教学过程中，为了培养学生自主探知的能力，提高其自主学习效率，教师可以结合生物科学史资料，利用互联网教育资源构建直观生动的知识探究情境，开展情境再现认知活动。在活动中，教师可以先展示与单元知识相关的科学史资料，也可以用多媒体课件播放实验视频或动画视频，再引导学生结合直观情境对单元知识进行深入探究，使其在情境辅助过程中更快速地理解重难点生物学理论，进而提高其自主探知效率和科学思维能力。

以浙科版高一生物必修1 第四单元“细胞的生命历程”课程为例，本单元教学目标是让学生了解细胞的增殖、分化、衰老和凋亡的生命历程，知道什么是细胞周期、分裂期间细胞在不同阶段的主要特点、有丝分裂的特征、分裂不同时期染色质的行为变化等。针对上述知识点，教师可以结合与之相关的生物科学史内容开展直观情境探知活动。首先，教师利用多媒体课件播放德国科学家耐格里观察多种植物生长点上新细胞形成的实验动画视频，让学生在直观情境中认识到新细胞的产生是细胞分裂的结果。其次，教师在课件中展示德国另一个科学家魏尔肖提出的“细胞通过分裂产生新细胞”的学科理论资料，使学生进一步认识到新细胞形成的特点和规律。最后，教师引导学生结合教材内容对多媒体探知情境进行深入思考，让他们找出科学家探究生物理论的方法，鼓励其运用此类科学方法对单元知识进行深度解读，进而更加快速地发现细胞在分裂期间的具体特点，理解细胞周期的含义，知道细胞的生命历程。教师创建史料情境探知活动，不仅拓展了学生的学习思路，还能借此提升其自主学习能力，提高学生运用科学思维学习知识的质量。

2.结合资料拓展认知。

要想更加高效地培养学生的科学思维，生物教师可以结合生物科学史创建资料探索与拓展认知活动。在教学过程中，教师带领学生探究教材内容，引导他们提炼其中的关键知识点，然后在多媒体课件中展示一些与单元知识相关的科学史料，让学生将史料内容与知识点进行合理关联，并进行拓展性分析，从而提升其知识深度理解效果，提高拓展认知能力，促使其形成良好的科学思维素养。

以浙科版高一生物必修1 第二单元“细胞的结构”课程为例，本单元要求学生了解细胞的基本结构，知道细胞各组成要素的成分和功能。对此，教师可以结合生物科学史开展拓展探知活动。例如，在讲解细胞器这部分知识点时，生物教师可以引入线粒体的发现历程科学史料，让学生通过阅读史料内容知道线粒体在肌肉细胞等细胞中存在得更多，而且这些细胞的耗能较多，从而推理出线粒体的作用与人体能量供应相关，并借此加深对线粒体是细胞呼吸和能量代谢的中心这一功能的认识。教师结合生物科学史创建资料拓展认知活动，既可以拓宽学生的生物学习视野，又能使其更加深刻地理解单元知识，促进他们科学思维的发展。

（二）开展生物实验活动，提高科学探究能力

生物学科是一门具有较强实证性特点的学科，在高中生物教学材料中，所有结论性知识均以生物实验为基础，而当前的新课程标准也强调了实验教学的重要性。对此，生物教师要在教学过程中创建多样化的实验探知活动，可以让学生还原科学史中的生物实验，也可以让他们对史料中提到的生物实验进行优化操作，在动手实践过程中加深对学科理论的理解。另外，教师可以借此培养学生的科学探究能力，提高其实验认知效果。

以浙科版高一生物必修2 第三单元第三章“遗传的分子基础”课程为例，教师可以结合生物科学史开展制作DNA 双螺旋结构模型的实验教学活动，引导学生了解与DNA 结构相关的科学史知识。比如，1953 年，James Watson 和Francis Crick 两名科学家在《自然》期刊上发表了一篇论文，文中展示了一张插图，这幅图便是DNA 结构的初期模型。这篇论文的发表改变了生物学的未来，构建了一种世界性的符号。之后的十年，生物遗传密码得到破译，而五十年之后，科学家公布了人类基因组的完整序列。对于上述生物科学史料，教师可以指导学生根据论文中的插图制作DNA 双螺旋结构模型，首先，将学生分成多个实验小组，为每组提供两张硬纸方块、卡纸片、剪刀、订书钉、两根长0.5 米的细铁丝等实验材料；其次，让各小组以合作的方式制作DNA 双螺旋结构模型，如用不同颜色的卡纸制作长方形碱基，将其他颜色的卡纸剪成圆形，代表磷酸，再用卡纸制作五边形脱氧核糖；再次，用订书机将上述三种图形制作成一个含有不同碱基的脱氧核糖核苷酸模型，并将多个模型连接起来，形成一条多核苷酸的长链；最后，将两条链连接、固定，制作成DNA 分子立体结构。学生结合科学史进行实验操作，能够有效提升科学探究能力和实验操作能力。

（三）深入探究人文内涵，培养学生科学精神

生物科学史包含各个时代、各个国家的科学研究人员为了促进人类进步而不懈努力的科研经历，具有较强的科学性与人文性特点。对此，在学科素养培养过程中，生物教师可以利用科学史史料中具体的生物科学家的科研经历，创建人文内涵感悟活动，让学生在深度理解学科理论知识的同时，学习科学家身上的高尚精神和优秀品质，进而更好地培养学生的科学精神，使其树立正确的科研意识和学习意识。

以浙科版高一生物必修2 第一单元“遗传的基本规律”课程为例，本单元要求学生掌握基因的分离规律知识，知道相对性状、显性性状、隐性性状、性状分离、隐性基因、显性基因等生物名词的概念，了解基因的自由组合定律知识。这些生物学知识最早是由奥地利生物学家格雷戈尔·孟德尔发现的，对此，生物教师在开展单元知识教学活动时，可以引入与孟德尔豌豆实验有关的科学史料，让学生深入了解遗传学中分离规律和自由组合规律的探究过程，进一步领悟生物学家孟德尔在科学研究过程中展现的科学精神，从而在史实熏陶过程中逐渐形成良好的科学精神与科学品质。比如，学生通过阅读史料可以知道孟德尔在进行豌豆性状实验之前，对山柳菊、玉米等多种植物也进行了实验研究，只不过豌豆实验的成果最突出。另外，孟德尔并不是经过几次实验便确定了生物遗传的规律，而是进行了无数次的生物实验，获取了数以万计的实验数据，最终通过对数据进行归纳、比较、分析、研究，总结出生物遗传中的基因分离规律和基因自由组合规律。学生深入感悟生物学家、科研人员的理论探知过程，既可以体会到波澜壮阔的科研历程，又能领悟到他们身上的拼搏精神，从而端正学习态度，增强严谨探知意识。

（四）融合现实生活元素，增强学生责任意识

态度责任是生物学科的重要素养之一，学生需要通过课程学习形成严谨求实的认知意识，端正学习态度，另外，要更加关注身体内外因素对健康的影响，了解健康的生活习惯，形成正确的知识应用于生活的意识，了解学科知识与现实生活之间的关系，提高运用所学知识解决实际问题的能力，提升社会责任感。为了达成这一教学目标，生物教师可以结合生活元素和生物科学史创建拓展思考活动，让学生真正认识到科学家探究知识的现实意义，进而增强责任意识。

以浙科版高一生物必修2 第二单元“染色体与遗传”课程为例，教师可以结合生物科学史中的遗传学史料以及现实生活案例创建知识拓展分析活动，让学生分析各类遗传病在人体不同发育阶段的发病风险曲线的意义，使其在拓展思考过程中加深对遗传学知识的了解，知道各类遗传病在人类不同发育阶段的发病风险，真正认识到这部分知识对医学和生物学等领域起到的作用，从而增强知识应用于生活的意识，提升社会责任感。首先，教师让学生回忆“遗传的基本规律”和“染色体与遗传”两个单元的知识点，再一次理解显性基因、隐性基因等生物学概念。其次，教师结合孟德尔所研究的遗传学知识，引导学生分析遗传病的遗传特点。再次，教师利用多媒体课件展示各类遗传病在人体不同发育阶段的发病风险曲线图，让学生根据图片内容提炼有价值的信息，如多基因遗传病的显著特点是成年人发病风险随年龄增长而增加、各类遗传病在青春期期间的发病风险都很低。最后，教师引导学生结合现实生活分析上述结论，使其意识到人类应在不同发育阶段对自身的身体健康状况进行不同程度的关注，并探索更加健康的生活方式和行为习惯，增强广泛传播健康知识的意识，进而提升其社会责任感。

四、结语

综上所述，要想进一步提升学科核心素养培养的有效性，高中生物教师可以结合生物科学史创建丰富多样的知识探究活动，指导学生将科学家的知识探究过程中合理再现，仿照科学家的探知方式进行实验操作，从而提高其科学思维能力和科学探究能力。另外，教师还要引导学生深入感悟生物科学史的人文内涵，鼓励其将所学知识融入现实生活，进而使其树立正确的观念，提高学科综合素养。