高中生物科学史的课堂教学运用价值分析

发表时间:2020/5/29   来源:《教学与研究》2020年07期   作者:柴春鹏
[导读] 生物科学史中蕴含着丰富的科学思维、科学研究方法,本文就生物科学史的课堂教学运用价值进行讨论。
        摘要:生物科学史中蕴含着丰富的科学思维、科学研究方法,本文就生物科学史的课堂教学运用价值进行讨论。
        关键词:高中生物  科学史  教学
        生物科学史不仅可以提供相关科研过程,还蕴含着严谨的科学思维、丰富的探究方法。在课堂教学中恰当的运用科学史,引导学生深入思考科学家发现问题、寻找证据、合理推理、深化认识的过程,体验科学家坚持真理、坚韧不拔、拼搏进取的科学探索精神,具有十分重要的教育价值。
        一、激发学习兴趣
        生物科学史就像“故事”,有很强的趣味性。教师收集整理运用好生物科学史材料,创设问题情境导入课堂,在拓宽教师知识面的同时,还可以激发学生学习生物的兴趣与动力,主动探索生物学知识。例如在讲解“细胞的多样性与统一性”时可以把著名魔镜技师、英国科学家虎克制造显微镜的过程及用显微镜观察细胞的内容整理成故事导入新课;在讲解“核酸”时可以引用科学家沃森和克里克探究DNA分子模型的故事进行导入;在讲解“基因在染色体上”时,可以将摩尔根研究果蝇的过程整理成故事进行导入等。
        二、增强对核心概念的理解
        生物科学史中蕴含了核心概念的产生过程,包含了科学家对核心概念的发现、认知、认定的不断完善的过程。运用生物科学史材料,可以引导学生沿着科学家的思维历程,逐步构建生物核心概念的知识框架体系,教师加以指导和总结,有助于加强学生对生物核心概念的理解。例如在讲解“酶”时,通过分析斯帕兰扎尼、巴斯德、李比希、毕希纳、萨姆纳、切赫和奥特曼等科学家的生物科学史,引导学生自主总结酶的概念和化学本质;在讲“光合作用”时,通过分析普利斯特利、英格豪斯、梅耶、萨克斯、鲁宾卡门、恩格尔曼、卡尔文等生物科学史,引导学生构建光合作用的条件、物质与能量变化等知识框架体系,让学生总结出“光合作用”的概念,教师进行最后的总结,这样,既培养了学生自己构建知识的能力,又强化了对核心概念的理解。
        三、促进对科学方法的理解与运用
        生物科学史上每一次重大发现和进展都离不开严谨的科学方法的创新或使用。利用生物科学史可以引导学生了解并学习科学家在探究中采用观察法、实验法、调查法、模拟法等获取经验材料的方法,以及分析与综合、归纳与假说演绎、比较与类比、建立模型、数学方法、系统分析等理性思维的方法,领会其内在思维逻辑。
        在不同领域,面对不同的现象和问题,在不同的时代背景或技术水平下,科学家们采用的方法也不一样,例如通过观察、归纳而逐步建立细胞学说;孟德尔通过假说演绎法进行遗传学研究,并发挥了数学方法的重要作用;萨顿通过类比推理法进行研究等。

因此,运用生物科学史能够使学生理解不同方法在不同领域的应用,了解科学家在当时环境下的思维发展过程,科学家具体是怎么思维的怎么做的,同时,学会自己应该如何思考和行动,让学生在动手动脑中理解科学方法的特征、方法步骤、适用范围,并领会方法背后的科学思想、科学精神,最终将“科学家的科学方法”转变为“学生的科学方法”,从而更好的主动获取新知。
        四、培养良好的科学态度、科学精神和价值观
        生物科学史是许多科学家用心血、汗水、智慧甚至生命创造的,他们不谋私利、坚持真理,经受了无数难耐的寂寞与苦难的斗争,贡献了自己毕生的精力,甚至献出自己宝贵的生命。运用生物科学史开展教育,将激发学生对科学的敬仰和热情,培养其科学态度、精神和价值观。
        例如教材中生态学家马世俊自外国留学回来就接到“解决蝗灾问题”的科研任务,为此投入了全部精力;杂交水稻之父袁隆平终生都致力于解决人们的粮食问题而奋斗;孟德尔作为神父,却从未将科学与宗教混在一起,精心选取22个豌豆品种进行了8年的杂交实验和数学统计分析,即便当时不被科学界重视,仍然为自己热爱的科学研究努力工作,对遗传学做出重大贡献;维萨里以大无畏的精神,冲破教会禁令,秘密进行人体解剖,创立人体解剖学;赛尔维特由于发现肺循环被宗教判处以火刑;孟德尔定律的忠实捍卫者、英国生物学家贝特森在众多生物学家已证实染色体学说的正确性时,仍坚信染色体与遗传因子没有直接关系,直到他61岁时参观了摩尔根领导的果蝇实验室及相关成果后,认识到自己的错误,毅然放弃了自己坚持20年的错误观点,并在国际学术会议上对果蝇研究者及其成果致以敬意。
        这些科学史对培养学生坚持真理的科学态度、坚韧不拔的科学精神和树立正确的价值观具有非常重要的教育价值。
        五、培养科学探究能力
        科学史与科学研究的本质紧密相连。将科学史所蕴含的科学探究方法素材挖掘出来,加以整理、转化,设计成科学性、启发性的探究小课题,引导学生进行基于资料的分析探究活动,让学生沿着科学家的思维发现知识,帮助学生培养科学探究思维和探究能力,实现知识与能力的同步发展。
        例如,教材中对细胞膜只进行了简单的结论性知识介绍,我们可尝试挖掘科学史资料,转化成探究问题,使学生学会推理和分析。在推断细胞膜的化学组成时,抛出以下问题:欧文顿上万次实验发现疏水化合物进入细胞远比亲水的快;化学课上学习的相似相溶原理;用蛋白酶处理,能破坏细胞膜;请推测细胞膜的化学成分?在推断细胞膜的结构时,抛出以下问题:荷兰的E Gorter和F.Grendel用丙酮从红细胞中提取脂类,制备单分子层,测得其面积是红细胞表面积的2倍;1959年罗伯特森用电镜超薄切片技术研究细胞膜,获得了清晰的暗-亮-暗三层结构图像;在两侧为水的隔板小孔处,磷脂分子会自动形成双层,分子亲水头部均朝外侧,疏水尾部均朝内侧,请同学们推测细胞膜的结构?在研究细胞膜的流动性时,将科学家的经典实验转化为探究性问题,让学生参与讨论分析:1973年科学家想到用给蛋白质染色的方法给细胞膜染上不同颜色来观察蛋白质分子的运动性,想一想,应该选择什么材料?(染料应该具有专一性,可与抗体结合后染色)细胞很小,能做到一半染上红色、一半染上绿色吗?介绍细胞融合技术,能不能先把两个细胞染上不同颜色,在促使他们融合?观察到什么才能说明细胞膜具有流动性?通过设置问题,引导学生分析科学史经典实验并参与思考探究,有利于培养学生的探究思维与探究能力。
        综上,教师不断拓展、合理运用科学史开展教学,对提高学生能力、培养生物科学素养具有重要价值。
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