借力生物科學(xué)史培養(yǎng)高中生的批判性思維

柴媛媛

批判性思維是指對(duì)他人或自己的觀點(diǎn)、做法或思維過程進(jìn)行評(píng)價(jià)、質(zhì)疑、矯正，并通過分析、比較、綜合，進(jìn)而達(dá)到對(duì)事物本質(zhì)更為準(zhǔn)確和全面認(rèn)識(shí)的一種思維活動(dòng)。作為一種高階思維能力，教師在課堂上針對(duì)批判性思維進(jìn)行的訓(xùn)練，必定對(duì)培養(yǎng)學(xué)生理性思維和創(chuàng)新思維有著深遠(yuǎn)的影響。生命科學(xué)是一個(gè)不斷發(fā)展的過程，學(xué)生通過科學(xué)史的學(xué)習(xí)，能夠沿著科學(xué)家探究生物世界的道路，理解生命現(xiàn)象的本質(zhì)，體驗(yàn)科學(xué)研究的方法，感悟科學(xué)探究的精神，形成嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度等，同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能，激發(fā)學(xué)生探究熱情的重要途徑。因此，生物科學(xué)史是培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)、促進(jìn)批判性思維發(fā)展的良好素材。

教師在進(jìn)行科學(xué)史教學(xué)時(shí)，可以通過設(shè)置問題情境，不斷地讓學(xué)生質(zhì)疑、討論、修正、驗(yàn)證等，帶領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，在探究的同時(shí)培養(yǎng)批判性思維。下面以人教版高中生物教材《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第三章第一節(jié)“植物生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)”為例，借助生物科學(xué)史來引導(dǎo)學(xué)生思考并提出問題，發(fā)表自己的見解，表達(dá)自己的觀點(diǎn)，在批判中學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)，同時(shí)大膽質(zhì)疑，用發(fā)展的眼光看待科學(xué)，逐漸形成批判性思維。

1設(shè)疑激趣，導(dǎo)入新課

教師播放一段視頻：將培養(yǎng)好的綠豆幼苗放在暗箱中培養(yǎng)，并在一側(cè)開一個(gè)小口，再取一盆生長(zhǎng)狀態(tài)相同的綠豆幼苗放在光下培養(yǎng)。將這組裝置放在光下培養(yǎng)2d。2d后觀察兩盆幼苗的生長(zhǎng)情況。暗箱中的幼苗朝向小口生長(zhǎng)，光下培養(yǎng)的幼苗直立生長(zhǎng)。教師以此引出植物向光性的定義。

2發(fā)現(xiàn)問題，提出假說

教師介紹：1880年，達(dá)爾文針對(duì)植物向光生長(zhǎng)的現(xiàn)象，提出問題（植物為什么具有向光性），進(jìn)而研究了單側(cè)光對(duì)金絲雀虉草胚芽鞘生長(zhǎng)的影響。

教師展示實(shí)驗(yàn)并提出問題：你認(rèn)為達(dá)爾文的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘f明什么？

學(xué)生討論、分析并總結(jié)：胚芽鞘的感光部位是尖端，彎曲的部位是伸長(zhǎng)區(qū)。

教師補(bǔ)充：為什么尖端會(huì)影響到伸長(zhǎng)區(qū)呢？達(dá)爾文推測(cè)并提出了假說：①胚芽鞘尖端受單側(cè)光刺激后，會(huì)向下面的伸長(zhǎng)區(qū)傳遞某種“影響”；②伸長(zhǎng)區(qū)背光面比向光面生長(zhǎng)快，因此胚芽鞘出現(xiàn)向光性。但是這種“影響”是什么？為什么背光面比向光面生長(zhǎng)的快？這兩個(gè)問題還沒有得到解決，需要進(jìn)一步證實(shí)。

3設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證明假說

教師提出問題：如何證明胚芽鞘尖端向伸長(zhǎng)區(qū)傳遞了某種“影響”（假說1）？

學(xué)生討論：可以通過分離、提取的方式來確定是不是一種化學(xué)物質(zhì)。有其他學(xué)生提出質(zhì)疑：受當(dāng)時(shí)的科學(xué)水平所限，還不能提取該物質(zhì)，因此還不知道這種物質(zhì)是什么。

教師引出鮑森·詹森的實(shí)驗(yàn)，并提出問題：你認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)可以得出什么結(jié)論？有人認(rèn)為鮑森·詹森的實(shí)驗(yàn)不嚴(yán)密，你認(rèn)為他的實(shí)驗(yàn)有什么問題？（此問題對(duì)思維的要求較高，提示學(xué)生結(jié)合對(duì)照實(shí)驗(yàn)的三大原則進(jìn)行分析，即對(duì)照原則、單一變量原則和等量原則）。

學(xué)生經(jīng)過思考、討論，進(jìn)而總結(jié)出：該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘f明胚芽鞘尖端產(chǎn)生的影響可以透過瓊脂片傳遞給下部（可以初步說明這種影響是一種化學(xué)物質(zhì)）。但是該實(shí)驗(yàn)沒有遵循單一變量原則，不能排除這種影響是由尖端產(chǎn)生，而不是由瓊脂片產(chǎn)生，應(yīng)該增加一組對(duì)照。

教師繼續(xù)提出問題：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明胚芽鞘伸長(zhǎng)區(qū)的背光面比向光面生長(zhǎng)快呢？

學(xué)生此時(shí)已經(jīng)具備了一定的探究能力，結(jié)合課本預(yù)習(xí)，能夠說出拜爾的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并能夠快速總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)的原因是因?yàn)榧舛水a(chǎn)生的影響在伸長(zhǎng)區(qū)分布不均勻造成的。

教師繼續(xù)追問：拜爾的實(shí)驗(yàn)為什么要選擇黑暗的環(huán)境？

學(xué)生分析討論：黑暗中可以排除光照對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

教師補(bǔ)充：由于胚芽鞘尖端放置位置的不同（自變量），就使尖端向下傳遞的“影響”分布的不均勻，結(jié)果導(dǎo)致伸長(zhǎng)區(qū)生長(zhǎng)的不均勻（因變量），光屬于無關(guān)變量，因此進(jìn)行排除。溫特在結(jié)合詹森和拜爾的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，并發(fā)明了生長(zhǎng)素的定量分析方法。溫特的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虻贸鍪裁唇Y(jié)論？

學(xué)生總結(jié)：胚芽鞘的彎曲是由一種化學(xué)物質(zhì)引起的，并把這種物質(zhì)命名為生長(zhǎng)素。同時(shí)指出該實(shí)驗(yàn)缺少對(duì)照組，并設(shè)計(jì)了對(duì)照組（圖1）。

教師進(jìn)一步介紹：1931年，荷蘭科學(xué)家郭葛首次從人尿中分離具有生長(zhǎng)素效應(yīng)物質(zhì)——吲哚乙酸。但由于生長(zhǎng)素在植物體內(nèi)含量極少，直到1946年才從高等植物中分離出生長(zhǎng)素，并確認(rèn)它就是IAA。

教師總結(jié)：在生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)歷程中體現(xiàn)了科學(xué)探究的一般步驟：發(fā)現(xiàn)問題一提出假說一設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一驗(yàn)證假說一得出結(jié)論，幫助學(xué)生領(lǐng)悟探究科學(xué)本質(zhì)的一般方法。

4構(gòu)建模型，沉淀思維

教師提出問題你能根據(jù)生長(zhǎng)素發(fā)現(xiàn)的歷史，構(gòu)建出植物向光性原因分析的模型（用黑點(diǎn)表示生長(zhǎng)素）嗎？

教師提示：

（1）產(chǎn)生生長(zhǎng)素的部位：胚芽鞘尖端；

（2）生長(zhǎng)素的作用部位：胚芽鞘尖端以下的部位；

（3）感光部位：胚芽鞘尖端；

（4）外因：?jiǎn)蝹?cè)光照射；

（5）內(nèi)因：生長(zhǎng)素分布不均勻。

學(xué)生通過小組討論、白板展示，在分析伸長(zhǎng)區(qū)生長(zhǎng)素分布不均勻的原因時(shí)，出現(xiàn)了兩種不同的解釋：

（1）單側(cè)光在尖端抑制了生長(zhǎng)素的合成；

（2）單側(cè)光使生長(zhǎng)素在胚芽鞘尖端發(fā)生了橫向運(yùn)輸。

兩種觀點(diǎn)爭(zhēng)執(zhí)不下，到底哪種觀點(diǎn)正確呢？教師點(diǎn)撥，并拋出問題：大家都認(rèn)為自己的觀點(diǎn)正確，我們不如通過這節(jié)課對(duì)科學(xué)史的學(xué)習(xí)來設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而驗(yàn)證哪組的觀點(diǎn)是正確。

學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)，在教師的點(diǎn)撥下，設(shè)計(jì)出圖2所示的實(shí)驗(yàn)。

教師追問：若大家假設(shè)正確，那會(huì)出現(xiàn)什么實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？

學(xué)生經(jīng)過分析并總結(jié)：若實(shí)驗(yàn)①所測(cè)生長(zhǎng)素的總量>實(shí)驗(yàn)②的生長(zhǎng)素總量，且實(shí)驗(yàn)②中左側(cè)>右側(cè)，則證明可能是單側(cè)光在尖端抑制了生長(zhǎng)素的合成；若實(shí)驗(yàn)①中所測(cè)生長(zhǎng)素總量=實(shí)驗(yàn)②的生長(zhǎng)素總量，且實(shí)驗(yàn)②中左側(cè)>右側(cè)，則證明單側(cè)光使生長(zhǎng)素在胚芽鞘尖端發(fā)生了橫向運(yùn)輸，再向下運(yùn)輸?shù)缴扉L(zhǎng)區(qū)。

通過分析，學(xué)生迫切想知道真正的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教師通過幻燈片展示實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生通過分析得知，結(jié)果符合第二種觀點(diǎn)，進(jìn)而構(gòu)建出正確的模型。教師用Flash動(dòng)畫演示。

教師繼續(xù)補(bǔ)充：有關(guān)植物向光性的研究仍在繼續(xù)，有學(xué)者以向日葵、蘿卜幼苗為材料研究植物向光性時(shí)，發(fā)現(xiàn)在單側(cè)光的作用下，背光側(cè)與向光側(cè)的生長(zhǎng)素含量相同，但是引起生長(zhǎng)抑制的物質(zhì)分布不均。也有學(xué)者重復(fù)了溫特的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)胚芽鞘的彎曲度是由于生長(zhǎng)素和生長(zhǎng)素抑制類物質(zhì)共同作用的結(jié)果。經(jīng)典的“生長(zhǎng)素分布不均勻假說”面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，但是目前科學(xué)界還沒有定論，生命科學(xué)的本質(zhì)就是在這樣不斷的爭(zhēng)議、質(zhì)疑中進(jìn)一步發(fā)展的。教師向?qū)W生滲透科學(xué)不斷發(fā)展、進(jìn)步的思想，培養(yǎng)他們敢于質(zhì)疑的精神。

5教學(xué)反思

利用科學(xué)史對(duì)學(xué)生進(jìn)行批判性思維訓(xùn)練的關(guān)鍵是激疑，這就需要教師閱讀大量材料，精心設(shè)計(jì)問題，先讓自己成為有問題的人；同時(shí)還要注意保護(hù)學(xué)生的問題意識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生從看似沒有問題的教材中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題進(jìn)而解決問題，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生探究的欲望，逐漸形成獨(dú)立思考、勇于創(chuàng)新、敢于質(zhì)疑的品質(zhì)。