學(xué)習(xí)生物科學(xué)史提高生物科學(xué)素養(yǎng)

包燕紅

【摘要】本文通過提供生物學(xué)發(fā)展史相關(guān)資料，幫助學(xué)生掌握生物學(xué)的基本原理和生物學(xué)核心概念；學(xué)生通過分析生物科學(xué)史中實(shí)驗(yàn)的發(fā)展過程呈現(xiàn)的思維與方法，學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法與技能；學(xué)生了解生物學(xué)發(fā)展史中科學(xué)家勇于探索的精神、堅(jiān)持不懈地努力和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，形成科學(xué)的態(tài)度和價(jià)值觀。

【關(guān)鍵詞】生物科學(xué)史 生物科學(xué)素養(yǎng) 核心概念

【中圖分類號(hào)】G633.91 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）26-0177-02

提高每個(gè)高中學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)是課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的核心任務(wù)。通過學(xué)習(xí)生物科學(xué)史對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是很有意義的。我們發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生在新課學(xué)習(xí)中一知半解，對(duì)生物學(xué)的核心概念只知其一不知其二，缺乏對(duì)生物學(xué)內(nèi)容和方法的深入了解，沒有情感態(tài)度價(jià)值觀的體驗(yàn)，更無從談起如何應(yīng)用生物學(xué)。這一現(xiàn)象說明我們的學(xué)生在生物科學(xué)素養(yǎng)上還有待提高。新課程改革要求生物教學(xué)以學(xué)生發(fā)展為本，以學(xué)生為教學(xué)主體，以學(xué)生實(shí)踐訓(xùn)練為教學(xué)主線，以學(xué)生能熟練應(yīng)用所學(xué)知識(shí)技能解決實(shí)際問題為教學(xué)目標(biāo)，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)。在新一輪“7選3”的課程改革背景下，如何適應(yīng)新課程改革，將科學(xué)史的教育融入日常教學(xué)，需要我們?cè)趯?shí)踐中積極進(jìn)取、勇于創(chuàng)造和探索。本課題就是通過學(xué)習(xí)生物科學(xué)史來提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，走出“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”的誤區(qū)，從根本上提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。

一、研究生物學(xué)核心概念的發(fā)展史，掌握生物學(xué)核心知識(shí)

生物學(xué)知識(shí)包括基本的生物學(xué)概念、原理和規(guī)律。學(xué)生應(yīng)獲得有關(guān)生物體的結(jié)構(gòu)層次、生命活動(dòng)、生物與環(huán)境、生物進(jìn)化以及生物技術(shù)等生物學(xué)基本事實(shí)、基本原理和規(guī)律，對(duì)生物學(xué)的整體畫面有一個(gè)大致的了解。

高中生物中存在大量的核心概念，通過對(duì)書本原有的發(fā)展史或教師提供相關(guān)發(fā)展史中重要內(nèi)容的分析，學(xué)生對(duì)相關(guān)核心概念會(huì)有深入而細(xì)致的理解，掌握核心概念就水到渠成。

典例：提供細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型建立過程中的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生就能自主分析細(xì)胞膜的成分和特點(diǎn)。

材料一：①1859年，E.Oerton選用500多種化學(xué)物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞膜的通透性進(jìn)行了上萬次的研究。發(fā)現(xiàn)凡是易溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，越容易穿過膜，反之，不容易溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，越不容易穿過膜。你從以上實(shí)驗(yàn)中能得出什么結(jié)論？

學(xué)生結(jié)論：細(xì)胞膜的組成成分中可能含有脂質(zhì)。

材料二：科學(xué)家將膜從哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞中分離出來，然后用蛋白酶處理，細(xì)胞膜被破壞。你從以上實(shí)驗(yàn)中能得出什么結(jié)論？

學(xué)生結(jié)論：細(xì)胞膜的組成成分中含有蛋白質(zhì)。

教師補(bǔ)充：后來現(xiàn)代研究應(yīng)用化學(xué)手段分析表明質(zhì)膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)另外還有少量糖類。組成膜的脂質(zhì)中磷脂含量最多。

材料三：科學(xué)家將人紅細(xì)胞的細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子抽提出來，并將它在空氣—水界面上鋪成單分子層，發(fā)現(xiàn)該單分子層的表面積相當(dāng)于原來紅細(xì)胞表面積的兩倍。這說明了什么？

學(xué)生結(jié)論：細(xì)胞膜由兩層磷脂分子構(gòu)成。

指導(dǎo)學(xué)生閱讀書本中關(guān)于細(xì)胞膜中磷脂分子、膽固醇和蛋白質(zhì)的運(yùn)動(dòng)情況。

材料四：冰凍蝕刻電子顯微法顯示的細(xì)胞膜圖

學(xué)生結(jié)論：蛋白質(zhì)鑲嵌、覆蓋、貫穿在磷脂雙分子層中。

材料五：人鼠細(xì)胞雜交實(shí)驗(yàn)（帶不同熒光標(biāo)記的細(xì)胞融合后熒光的變化）

學(xué)生結(jié)論：細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)分子可以運(yùn)動(dòng)，細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。

這些材料的提供幫助學(xué)生對(duì)流動(dòng)鑲嵌模型有了更加深刻的理解，對(duì)細(xì)胞膜的特點(diǎn)有了更深入的掌握。

另外如酶的概念，書本中關(guān)于酶本質(zhì)的探索能幫助學(xué)生深入理解酶的本質(zhì)，而不是簡(jiǎn)單的記憶。教師提供光合作用的簡(jiǎn)單發(fā)現(xiàn)史能夠幫助同學(xué)們深入理解光合作用的總反應(yīng)式，區(qū)分光反應(yīng)過程和碳反應(yīng)過程的重要步驟，從中分析得出能量轉(zhuǎn)換的形式，并且理解各內(nèi)外條件對(duì)光合作用的影響。高中生物課堂中應(yīng)該給學(xué)生提供機(jī)會(huì)，讓他們了解現(xiàn)代生物學(xué)的進(jìn)展，了解現(xiàn)代生物技術(shù)對(duì)人類社會(huì)和人們生活的影響。只有深入了解生物學(xué)知識(shí)，學(xué)生才具有在現(xiàn)實(shí)生活中運(yùn)用知識(shí)的能力。

二、分析生物科學(xué)史中呈現(xiàn)的思維與方法，學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法與技能

科學(xué)探究是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的有效方式之一。學(xué)校的科學(xué)探究活動(dòng)通常是指學(xué)生們用以獲取知識(shí)，領(lǐng)悟科學(xué)的思想觀念，領(lǐng)悟科學(xué)家們研究自然界所用的方法而進(jìn)行的各種活動(dòng)。學(xué)生們應(yīng)該掌握科學(xué)探究的一般技能，包括：提出問題、做出假設(shè)、制定計(jì)劃、收集證據(jù)、得出結(jié)論、表達(dá)和交流的科學(xué)探究能力?？茖W(xué)思維的方法包括形式邏輯思維、辯證邏輯思維、批判性思維和發(fā)散性思維等思維方式和思維習(xí)慣?？茖W(xué)的思維習(xí)慣不是科學(xué)家所特有的，是每個(gè)人可以掌握也應(yīng)該掌握的技能。一個(gè)人一旦掌握了這些技能，無論對(duì)當(dāng)前的學(xué)習(xí)還是今后從事工作都終身受益。

高中生物內(nèi)容中有著豐富的體現(xiàn)科學(xué)思維和方法的素材。以“證明DNA是遺傳物質(zhì)”的發(fā)現(xiàn)史和孟德爾的分離定律為例分析科學(xué)方法與技能。

孟德爾的分離定律實(shí)驗(yàn)過程中體現(xiàn)了完整的假說演繹法的過程。

學(xué)生在學(xué)習(xí)孟德爾的遺傳實(shí)驗(yàn)過程中，體會(huì)到假說演繹法的本質(zhì)，并能將這個(gè)方法應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)中去。科學(xué)探究更重要的是在于它的過程而不完全是結(jié)果。要讓學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)探究的一般方法，親身體會(huì)科學(xué)家是如何困惑于問題，如何假設(shè)問題的“答案”?？紤]從哪些途徑去解決問題，并以此漸漸地養(yǎng)成探究的態(tài)度、方法和思維。逐步培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理科學(xué)信息的能力、獲取新知識(shí)的能力。

三、了解生物科學(xué)史中事件的發(fā)生過程，形成科學(xué)態(tài)度和科學(xué)的世界觀

科學(xué)態(tài)度是人基于對(duì)科學(xué)知識(shí)的正確理解和對(duì)科學(xué)發(fā)展的認(rèn)識(shí)而形成科學(xué)的信念和科學(xué)習(xí)慣?？茖W(xué)史就是一部科學(xué)家的思想史。這個(gè)過程中展示了科學(xué)家們不同觀點(diǎn)間的爭(zhēng)論和實(shí)驗(yàn)不斷證明的過程。

哲學(xué)認(rèn)為，事物是客觀存在的，不以人的主觀意志為轉(zhuǎn)移。生物科學(xué)需要養(yǎng)成質(zhì)疑、求是、創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度。酶的發(fā)現(xiàn)史中，李比希和巴斯德之間爭(zhēng)論發(fā)酵是酵母細(xì)胞還是細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)造成。最終畢希納用實(shí)驗(yàn)證明了李比希的觀點(diǎn)。這些探究科學(xué)問題中的爭(zhēng)論和思考是科學(xué)研究過程中存在的正常學(xué)術(shù)交流，能夠不斷推動(dòng)生物科學(xué)向前進(jìn)步。說明實(shí)驗(yàn)科學(xué)需要有強(qiáng)有力的證據(jù)來證明假說。同時(shí)也使得同學(xué)們體會(huì)到即使是當(dāng)時(shí)的微生物方面的權(quán)威，巴斯德的觀點(diǎn)也有可能是錯(cuò)誤的，科學(xué)是不斷在進(jìn)步和發(fā)展的。

學(xué)習(xí)生物科學(xué)史中的這些事件，科學(xué)家百折不撓的精神，探究過程的艱辛，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的精神品質(zhì)有一定的幫助。筆者在開設(shè)選修課時(shí)，設(shè)置“生物學(xué)家的科學(xué)史”這一研究性學(xué)習(xí)。學(xué)生以小組的形式完成，進(jìn)行了一定的分工合作。這個(gè)過程中不僅培養(yǎng)了學(xué)生收集和處理信息的能力，還使得學(xué)生在收集資料的過程中感受到科學(xué)研究過程中克服困難，堅(jiān)持不懈的精神。例如孟德爾小時(shí)候家境貧寒，有時(shí)他甚至整天餓著肚子聽課，依靠做家庭教師的收入，總算修完了一定的學(xué)業(yè)。后來做了修道士，仍在教堂后面的空地上進(jìn)行他的實(shí)驗(yàn)。不顧別人的冷嘲熱諷，十多年的研究結(jié)果一直到去世后才被人們接受，這樣的境況下仍能堅(jiān)持自己的探究之路。在開設(shè)的“植物向光性實(shí)驗(yàn)研究實(shí)踐”中，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)行觀察、記錄、整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果、定期匯報(bào)等過程，不僅使得學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的觀察方法，而且要養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的意外情況，實(shí)驗(yàn)失敗總結(jié)經(jīng)驗(yàn)都屬于寶貴的財(cái)富。

科學(xué)的世界觀認(rèn)為世界是能夠被認(rèn)知的，科學(xué)知識(shí)是不斷變化的科學(xué)知識(shí)的主體具有連續(xù)性和穩(wěn)定性。把科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)和科學(xué)知識(shí)目標(biāo)有機(jī)地結(jié)合在一起激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力。它不像知識(shí)一樣學(xué)生可以直觀學(xué)習(xí)，所以需要在日常教學(xué)中通過資料收集和活動(dòng)來體驗(yàn)與內(nèi)化。

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