例析中學(xué)生物“科學(xué)史融入課程”教學(xué)模式

摘 要：生物科學(xué)史進(jìn)教材、進(jìn)課堂是近年來(lái)中學(xué)生物課程改革與研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。但囿于課程設(shè)計(jì)的邏輯順序與教師相關(guān)知識(shí)的匱乏，生物科學(xué)史教育一直處于起步階段。為了更好的進(jìn)行中學(xué)生物科學(xué)史教育，本文對(duì)比科學(xué)史教育的新發(fā)展——HPS教育理論，以中學(xué)課程“孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)”為例，對(duì)“科學(xué)史融入課程”進(jìn)行探索和研究。

關(guān)鍵詞：中學(xué)生物；科學(xué)史教學(xué)模式；豌豆雜交實(shí)驗(yàn)

隨著新一輪基于“核心素養(yǎng)”的中學(xué)生物課程教學(xué)改革拉開(kāi)序幕，課標(biāo)中明確指出要重視學(xué)習(xí)生物科學(xué)史，引導(dǎo)將科學(xué)史教育融入課程真正走向?qū)嵦?。關(guān)于生物科學(xué)史學(xué)習(xí)的內(nèi)涵，課標(biāo)指出：“科學(xué)是一個(gè)發(fā)展的過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)史能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，理解科學(xué)本質(zhì)和科學(xué)研究方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神，這對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是很有意義的。”可見(jiàn)在中等教育階段，將科學(xué)史融入課程教學(xué)是大勢(shì)所趨。探究科學(xué)史教育的教學(xué)模式有助于教師把握課程結(jié)構(gòu)、優(yōu)化課程設(shè)計(jì)，將科學(xué)史教育真正融入課堂，使之建構(gòu)入學(xué)生的精神世界。

一、 中學(xué)生物科學(xué)史教育現(xiàn)狀

科學(xué)史代表了人類知識(shí)產(chǎn)生、發(fā)展、總結(jié)的整體進(jìn)程。它既是一種人類公認(rèn)的知識(shí)體系，又是人類不斷校對(duì)、改進(jìn)知識(shí)結(jié)構(gòu)的過(guò)程。將科學(xué)史，尤其是生物科學(xué)史融入中學(xué)課程，對(duì)于學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)，提高核心素養(yǎng)，建立正確的科學(xué)觀具有重要意義。在西方教育史中，自從孔德（Augste Comte）將科學(xué)史引入通識(shí)教育以來(lái)，20世紀(jì)很多偉大的教育家如薩頓（Sarton）、布拉什（Brush）等都將科學(xué)史教育理論向前發(fā)展，一直到80年代初陸續(xù)出現(xiàn)了《2061計(jì)劃》《美國(guó)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》等官方文件最終確立了科學(xué)史教育的地位?？梢哉f(shuō)科學(xué)史最大程度地繼承了人類自然科學(xué)發(fā)現(xiàn)的寶貴財(cái)富，學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)史的過(guò)程中不僅發(fā)現(xiàn)了真理，也發(fā)展了自身的價(jià)值觀。具體到中學(xué)生物的科學(xué)史教育，有學(xué)者總結(jié)出以下教育價(jià)值：1. 促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)。2. 促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)。3. 提高學(xué)生的人文素養(yǎng)。4. 培養(yǎng)學(xué)生的批判精神。5. 促進(jìn)學(xué)生了解科學(xué)過(guò)程。6. 培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)方法和科學(xué)精神?？梢?jiàn)生物科學(xué)史對(duì)于基礎(chǔ)生物教育的價(jià)值是被學(xué)界所肯定的。但由于我國(guó)科學(xué)史教育起步較晚，尤其是生物科學(xué)史教育素材一直隱含在教材中而常常被教師忽略。

二、 科學(xué)史教學(xué)新發(fā)展：HPS教學(xué)模式

審視本土傳統(tǒng)生物課堂，科學(xué)史往往作為一種附屬品，被教師以知識(shí)的形式灌輸給學(xué)生，事實(shí)上這種做法將科學(xué)史與生物教學(xué)相分離，是一種低效低質(zhì)形式化的教學(xué)方式?？茖W(xué)發(fā)展始終是一種復(fù)雜的狀態(tài)，課本的編排是經(jīng)過(guò)篩選、提煉過(guò)的科學(xué)史片段，如果以知識(shí)的形式教授學(xué)生，學(xué)生獲得的僅僅是嚴(yán)格邏輯順序的被歪曲或者美化了的歷史和錯(cuò)覺(jué)，極易形成一種科學(xué)就是簡(jiǎn)單易得的實(shí)驗(yàn)這種危險(xiǎn)的思維方式。為了避免這種誤解，使科學(xué)史真正成為教學(xué)內(nèi)容內(nèi)化部分，西方學(xué)者以建構(gòu)主義為基礎(chǔ)提出了HPS（history， philosophy and sociology of science）教學(xué)模式。這種模式要求把科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)的有關(guān)內(nèi)容融入課程，以期促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，培養(yǎng)他們的科學(xué)精神和創(chuàng)作力。這種教學(xué)模式以促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知科學(xué)本質(zhì)為首要目標(biāo)，建議把科學(xué)史融入課程與教學(xué)的策略，所學(xué)的課題應(yīng)該是歷史上科學(xué)家曾經(jīng)真實(shí)研究過(guò)的自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)，如食物的消化、物體墜落等。本文就以“孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)”這一遺傳學(xué)真實(shí)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為例，參考HPS教學(xué)模式將教學(xué)程序優(yōu)化，探討如何加工科學(xué)史內(nèi)容，融合科學(xué)史精髓，貼近學(xué)生與課堂，從而實(shí)現(xiàn)其獨(dú)特教育價(jià)值。

三、 例析科學(xué)史融入課程教學(xué)模式

人教版必修二“遺傳與進(jìn)化”開(kāi)篇就是孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)，引領(lǐng)學(xué)生通過(guò)本章學(xué)習(xí)進(jìn)入遺傳學(xué)領(lǐng)域。審視教材中選取的科學(xué)史部分發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)問(wèn)題：第一，對(duì)孟德?tīng)柈?dāng)時(shí)的研究背景并未提及，只是在附錄“問(wèn)題探討”中有關(guān)于遺傳融合觀點(diǎn)的描寫；第二，教材中只呈現(xiàn)了從P（親本）到F1（子一代）代再到F2（子二代）的個(gè)體情況，對(duì)F2代中3∶1的解釋不夠充分，在這個(gè)比例背后隱藏著什么關(guān)系？F2代高莖豌豆是完全相同的嗎？如何更準(zhǔn)確地剖析F2代，展現(xiàn)孟德?tīng)柊l(fā)現(xiàn)分離定律的全過(guò)程呢；第三，孟德?tīng)柌捎谩凹僬f(shuō)—演繹法”進(jìn)行研究，他究竟如何根據(jù)雜交實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象思考推導(dǎo)假說(shuō)內(nèi)容呢？比如，他如何想到體細(xì)胞中的遺傳因子一定是兩個(gè)而不是四個(gè)甚至更多呢？教材以科學(xué)探究的一般順序進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)化了真實(shí)科學(xué)史中孟德?tīng)査季S探究的過(guò)程，如果想要重現(xiàn)這一過(guò)程就應(yīng)當(dāng)創(chuàng)設(shè)當(dāng)時(shí)的問(wèn)題情境，不僅僅研究P→F1→F2的過(guò)程，還應(yīng)該補(bǔ)充F2→F3的思維探究過(guò)程，讓學(xué)生能嘗試站在科學(xué)家的角度進(jìn)行完整的思考，故將本課程從以下幾個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化：

優(yōu)化一：根據(jù)科學(xué)史初步構(gòu)建孟德?tīng)柕倪z傳假設(shè)

利用多媒體視頻技術(shù)展現(xiàn)當(dāng)時(shí)的科學(xué)背景，19世紀(jì)遺傳學(xué)說(shuō)中占統(tǒng)治地位的是“融合遺傳”，可是孟德?tīng)柺艿罓栴D“原子學(xué)說(shuō)”的啟發(fā)認(rèn)為“遺傳因子在遺傳時(shí)是相互獨(dú)立、顆粒式的傳給后代”，從而初步引出對(duì)分離現(xiàn)象的第一個(gè)解釋：生物性狀由遺傳因子控制。這種“顆粒”遺傳的提出，是孟德?tīng)柦Y(jié)合化學(xué)知識(shí)得出的結(jié)論，跟當(dāng)時(shí)科學(xué)的發(fā)展密不可分，教師應(yīng)提供孟德?tīng)柈?dāng)年的科學(xué)背景和孟德?tīng)柕慕?jīng)歷相結(jié)合引出概念。

優(yōu)化二：與真實(shí)情景相結(jié)合提出探究問(wèn)題

教師在展示P→F1→F2的過(guò)程中，引發(fā)學(xué)生思考科學(xué)史中孟德?tīng)柾瑯佑龅降膯?wèn)題：F1代中的矮莖哪里去了？為什么F2代中矮莖又出現(xiàn)了？F2代中類似3∶1的比例是偶然還是必然呢？背后又隱藏著什么秘密？最后根據(jù)探究結(jié)論應(yīng)該如何根據(jù)雜交實(shí)驗(yàn)一步一步推導(dǎo)出對(duì)分離現(xiàn)象的解釋，建立假說(shuō)呢？

優(yōu)化三：根據(jù)F2代表現(xiàn)型比例分析，進(jìn)一步推導(dǎo)孟德?tīng)柕募僬f(shuō)內(nèi)容

真實(shí)科學(xué)史中孟德?tīng)栐诳吹阶佣憩F(xiàn)型比例有數(shù)量關(guān)系：優(yōu)化后接近3∶1。據(jù)此他認(rèn)為F2代表現(xiàn)型可能包含兩種解釋方法：可以是親本P的性狀遺傳，也可以是子代F1的性狀。為了驗(yàn)證解釋，只能將F2代再自交。此時(shí)他提出假設(shè)：如果F2代同親本性狀一致，那么其后代性狀應(yīng)該不變，若與F1相同，那么其自交后代繼續(xù)出現(xiàn)性狀分離。事實(shí)證明F2自交產(chǎn)生的F3代中，所有具有隱性性狀的類型都不“分離”，就是說(shuō)它們的性狀不再進(jìn)一步改變，保持穩(wěn)定。表現(xiàn)顯性性狀的類型中，2/3的F2代所產(chǎn)生的子代會(huì)再次“分離”（其F3代出現(xiàn)3∶1的顯性和隱性），而另外1/3的F2代其F3代都是顯性表型（即F2代顯性個(gè)體中，純種和雜種的比例關(guān)系為1∶2）。于是，孟德?tīng)枌2的3∶1中的3，進(jìn)一步分成2和1即3∶1就被分解成1∶2∶1。對(duì)于這個(gè)比例孟德?tīng)栍謱⑷绾稳ニ伎迹ソ忉屇啬兀?/p>

孟德?tīng)栍兄芨叩臄?shù)學(xué)造詣，除了在研究中應(yīng)用了統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，還把數(shù)學(xué)公式模型應(yīng)用到遺傳學(xué)過(guò)程，成功地進(jìn)行了學(xué)科交叉。他聯(lián)想到數(shù)學(xué)模型，上課時(shí)可以把孟德?tīng)柕臄?shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程優(yōu)化聯(lián)系數(shù)學(xué)的完全平方公式（a+b）2=a2+2ab+b2來(lái)幫助學(xué)生攻克難點(diǎn)。如果顯性遺傳因子用D表示，隱性遺傳因子用d表示，則這個(gè)公式可以表示成（D+d）×（D+d）=DD+2Dd+dd，進(jìn)一步簡(jiǎn)化為Dd×Dd=DD+2Dd+dd，等號(hào)前面為F1，等號(hào)后面為F2。由此可以跟學(xué)生一起探討對(duì)此的遺傳學(xué)發(fā)現(xiàn)：第一，F(xiàn)1的遺傳因子組成為Dd，F(xiàn)2的遺傳因子組成為DD、Dd、dd，所以，體細(xì)胞中遺傳因子成對(duì)存在，Dd為雜合子，dd為純合子。第二，F(xiàn)1每個(gè)個(gè)體的遺傳因子組成為Dd，只有一個(gè)顯性或隱性遺傳因子，但自交后代卻出現(xiàn)了DD、dd的遺傳因子組成，這又是為什么呢？由此推導(dǎo)結(jié)論生物體在形成生殖細(xì)胞時(shí)，成對(duì)的遺傳因子彼此分離。第三，F(xiàn)2代為什么有三種遺傳因子組成且比例為1∶2∶1，說(shuō)明受精時(shí)，雌雄配子的結(jié)合是隨機(jī)的。

優(yōu)化之后的教學(xué)模式，能合理有效地幫助學(xué)生一步一步從雜交實(shí)驗(yàn)的各種真實(shí)情景中推導(dǎo)出課本第五頁(yè)中對(duì)分離現(xiàn)象的四個(gè)解釋，而不是硬生生地把解釋套用到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中，只讓學(xué)生死記硬背，從而禁錮學(xué)生的思維探究能力。只有強(qiáng)調(diào)科學(xué)史融入的觀點(diǎn)讓學(xué)生能真正感受孟德?tīng)柕目茖W(xué)研究過(guò)程，才能深深被孟德?tīng)柕闹R(shí)儲(chǔ)備、思維推導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)堅(jiān)持所折服，繼而學(xué)會(huì)該實(shí)驗(yàn)、理解該定律、培養(yǎng)實(shí)證的科學(xué)精神。

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作者簡(jiǎn)介：

孫曉紅，江蘇省蘇州市，蘇州大學(xué)附屬中學(xué)。