在高中生物科學史教學中培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的實踐

高中生物教師結(jié)合生物科學史知識，開展多樣化的課程教學活動，不僅可以拓展學生的學習思路，開闊學生的生物學視野，還能借此促進其科學思維的發(fā)展，提升學生的動手操作能力和科學探究能力，有效培養(yǎng)學生的科學精神，使其形成較強的責任意識，進而提高生物核心素養(yǎng)。為了真正達成教學目標，本文從科學史教學視角出發(fā)，闡述教師通過創(chuàng)建情境探知、拓展認知、生物實驗、人文感悟、知識實踐等活動，提高學生學科核心素養(yǎng)的教學策略。一、生物科學史概述生物科學史是科學史領(lǐng)域的一個重要組成分支，具體指的是在生物學發(fā)展進程中發(fā)生的各種重大歷史事件，以及生物學領(lǐng)域的各種科學結(jié)論。胡繼飛認為生物科學史是對生物科學的產(chǎn)生及其發(fā)展過程的科學性總結(jié)，體現(xiàn)了各個時期生物學家智慧的結(jié)晶。瑪格納認為生物科學史指的不僅僅是生物學知識本身，其中還包含獲得科學結(jié)論的方法和認知世界的方式，這說明生物科學史展現(xiàn)了各個時期、各個國家的科研人員對生物學理論的探索過程，闡述了大量的生物科學事實。對此，在高中生物課程中，教師可以利用生物科學史開展多樣化的深度探知活動，讓學生結(jié)合真實發(fā)生的歷史事實理解生物學理論的含義，使其在了解生物科學產(chǎn)生與發(fā)展過程的同時，知道生物知識背后的邏輯規(guī)律，形成正確的觀念意識和良好的科學精神，進而更好地提高深度學習質(zhì)量，提升其學科綜合素養(yǎng)。二、生物科學史教學的理論基礎(chǔ)（一）建構(gòu)主義理論建構(gòu)主義理論認為，學習者需要主動對陌生的信息進行加工和處理，要結(jié)合原有的認知經(jīng)驗建立新的認知結(jié)構(gòu)。另外，這一理論強調(diào)知識并不是一成不變的，而是不斷發(fā)展變化的，隨著人類社會的不斷進步，各學科領(lǐng)域的知識也會被新的理論或假設(shè)所替代?；诖?，教師在教授學生學科知識時，應(yīng)當讓他們先了解該學科的發(fā)展歷史，知道學科理論背后的發(fā)展規(guī)律，了解理論的探究過程，然后引導他們對所學內(nèi)容進行加工、建構(gòu)甚至創(chuàng)新，從而更深刻地認識學科知識。由此可見，為了達到這一教學效果，生物教師可以結(jié)合生物科學史開展教學活動，讓學生了解生物學發(fā)展進程，知道科學家探究知識的過程，再讓他們運用探究性學習、體驗式學習等多種知識探索方法，對生物學理論進行分析與研究，從而實現(xiàn)對所學內(nèi)容的深度理解，提高課程學習質(zhì)量。（二）發(fā)現(xiàn)學習理論美國心理學家杰羅姆·布魯納提出發(fā)現(xiàn)學習理論，這一理論又被稱為問題——探究理論，認為人類學習認知的過程是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題、對問題進行深加工、通過解決問題形成個人獨有認知結(jié)構(gòu)的過程。在這一理論的指導下，教師在授課過程中要引導學生自主發(fā)現(xiàn)問題，對所提問題進行深入分析，通過找尋問題答案獲得相關(guān)學科知識。生物科學史囊括各個時期科學研究人員的各種探究經(jīng)驗和生物理論探究過程，教師結(jié)合這些內(nèi)容開展生物知識探究活動，能夠讓學生跟隨歷史的腳步重履前人的腳印，發(fā)現(xiàn)生活現(xiàn)象中的生物知識，模仿科學家對問題進行深入研究，同時，通過獲得正確的研究結(jié)論加深對學科知識的理解。三、高中生物基于核心素養(yǎng)的培養(yǎng)開展生物科學史教學的具體措施（一）優(yōu)化自主探知活動，促進科學思維發(fā)展科學思維的本質(zhì)是人類在認知自然界中的各種客觀事物時所表現(xiàn)出來的認知行為、認知思路、認知方式、認知品質(zhì)等，具體體現(xiàn)在人們認知事物的思維習慣、解決問題的基本能力上。在生物科學史中存在著大量幫助學生認識科學思維本質(zhì)的信息，對此，教師在教學過程中可以合理引入生物科學史，創(chuàng)建情境探知、拓展探知等授課活動，讓學生在深度探知過程中提高科學思維能力，提升課程自主認知效果。1.構(gòu)建生物探知情境。在高中生物教學過程中，為了培養(yǎng)學生自主探知的能力，提高其自主學習效率，教師可以結(jié)合生物科學史資料，利用互聯(lián)網(wǎng)教育資源構(gòu)建直觀生動的知識探究情境，開展情境再現(xiàn)認知活動。在活動中，教師可以先展示與單元知識相關(guān)的科學史資料，也可以用多媒體課件播放實驗視頻或動畫視頻，再引導學生結(jié)合直觀情境對單元知識進行深入探究，使其在情境輔助過程中更快速地理解重難點生物學理論，進而提高其自主探知效率和科學思維能力。以浙科版高一生物必修1第四單元“細胞的生命歷程”課程為例，本單元教學目標是讓學生了解細胞的增殖、分化、衰老和凋亡的生命歷程，知道什么是細胞周期、分裂期間細胞在不同階段的主要特點、有絲分裂的特征、分裂不同時期染色質(zhì)的行為變化等。針對上述知識點，教師可以結(jié)合與之相關(guān)的生物科學史內(nèi)容開展直觀情境探知活動。首先，教師利用多媒體課件播放德國科學家耐格里觀察多種植物生長點上新細胞形成的實驗動畫視頻，讓學生在直觀情境中認識到新細胞的產(chǎn)生是細胞分裂的結(jié)果。其次，教師在課件中展示德國另一個科學家魏爾肖提出的“細胞通過分裂產(chǎn)生新細胞”的學科理論資料，使學生進一步認識到新細胞形成的特點和規(guī)律。最后，教師引導學生結(jié)合教材內(nèi)容對多媒體探知情境進行深入思考，讓他們找出科學家探究生物理論的方法，鼓勵其運用此類科學方法對單元知識進行深度解讀，進而更加快速地發(fā)現(xiàn)細胞在分裂期間的具體特點，理解細胞周期的含義，知道細胞的生命歷程。教師創(chuàng)建史料情境探知活動，不僅拓展了學生的學習思路，還能借此提升其自主學習能力，提高學生運用科學思維學習知識的質(zhì)量。2.結(jié)合資料拓展認知。要想更加高效地培養(yǎng)學生的科學思維，生物教師可以結(jié)合生物科學史創(chuàng)建資料探索與拓展認知活動。在教學過程中，教師帶領(lǐng)學生探究教材內(nèi)容，引導他們提煉其中的關(guān)鍵知識點，然后在多媒體課件中展示一些與單元知識相關(guān)的科學史料，讓學生將史料內(nèi)容與知識點進行合理關(guān)聯(lián)，并進行拓展性分析，從而提升其知識深度理解效果，提高拓展認知能力，促使其形成良好的科學思維素養(yǎng)。以浙科版高一生物必修1第二單元“細胞的結(jié)構(gòu)”課程為例，本單元要求學生了解細胞的基本結(jié)構(gòu)，知道細胞各組成要素的成分和功能。對此，教師可以結(jié)合生物科學史開展拓展探知活動。例如，在講解細胞器這部分知識點時，生物教師可以引入線粒體的發(fā)現(xiàn)歷程科學史料，讓學生通過閱讀史料內(nèi)容知道線粒體在肌肉細胞等細胞中存在得更多，而且這些細胞的耗能較多，從而推理出線粒體的作用與人體能量供應(yīng)相關(guān)，并借此加深對線粒體是細胞呼吸和能量代謝的中心這一功能的認識。教師結(jié)合生物科學史創(chuàng)建資料拓展認知活動，既可以拓寬學生的生物學習視野，又能使其更加深刻地理解單元知識，促進他們科學思維的發(fā)展。（二）開展生物實驗活動，提高科學探究能力生物學科是一門具有較強實證性特點的學科，在高中生物教學材料中，所有結(jié)論性知識均以生物實驗為基礎(chǔ)，而當前的新課程標準也強調(diào)了實驗教學的重要性。對此，生物教師要在教學過程中創(chuàng)建多樣化的實驗探知活動，可以讓學生還原科學史中的生物實驗，也可以讓他們對史料中提到的生物實驗進行優(yōu)化操作，在動手實踐過程中加深對學科理論的理解。另外，教師可以借此培養(yǎng)學生的科學探究能力，提高其實驗認知效果。以浙科版高一生物必修2第三單元第三章“遺傳的分子基礎(chǔ)”課程為例，教師可以結(jié)合生物科學史開展制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的實驗教學活動，引導學生了解與DNA結(jié)構(gòu)相關(guān)的科學史知識。比如，1953年，JamesWatson和FrancisCrick兩名科學家在《自然》期刊上發(fā)表了一篇論文，文中展示了一張插圖，這幅圖便是DNA結(jié)構(gòu)的初期模型。這篇論文的發(fā)表改變了生物學的未來，構(gòu)建了一種世界性的符號。之后的十年，生物遺傳密碼得到破譯，而五十年之后，科學家公布了人類基因組的完整序列。對于上述生物科學史料，教師可以指導學生根據(jù)論文中的插圖制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，首先，將學生分成多個實驗小組，為每組提供兩張硬紙方塊、卡紙片、剪刀、訂書釘、兩根長0.5米的細鐵絲等實驗材料；其次，讓各小組以合作的方式制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，如用不同顏色的卡紙制作長方形堿基，將其他顏色的卡紙剪成圓形，代表磷酸，再用卡紙制作五邊形脫氧核糖；再次，用訂書機將上述三種圖形制作成一個含有不同堿基的脫氧核糖核苷酸模型，并將多個模型連接起來，形成一條多核苷酸的長鏈；最后，將兩條鏈連接、固定，制作成DNA分子立體結(jié)構(gòu)。學生結(jié)合科學史進行實驗操作，能夠有效提升科學探究能力和實驗操作能力。（三）深入探究人文內(nèi)涵，培養(yǎng)學生科學精神生物科學史包含各個時代、各個國家的科學研究人員為了促進人類進步而不懈努力的科研經(jīng)歷，具有較強的科學性與人文性特點。對此，在學科素養(yǎng)培養(yǎng)過程中，生物教師可以利用科學史史料中具體的生物科學家的科研經(jīng)歷，創(chuàng)建人文內(nèi)涵感悟活動，讓學生在深度理解學科理論知識的同時，學習科學家身上的高尚精神和優(yōu)秀品質(zhì)，進而更好地培養(yǎng)學生的科學精神，使其樹立正確的科研意識和學習意識。以浙科版高一生物必修2第一單元“遺傳的基本規(guī)律”課程為例，本單元要求學生掌握基因的分離規(guī)律知識，知道相對性狀、顯性性狀、隱性性狀、性狀分離、隱性基因、顯性基因等生物名詞的概念，了解基因的自由組合定律知識。這些生物學知識最早是由奧地利生物學家格雷戈爾·孟德爾發(fā)現(xiàn)的，對此，生物教師在開展單元知識教學活動時，可以引入與孟德爾豌豆實驗有關(guān)的科學史料，讓學生深入了解遺傳學中分離規(guī)律和自由組合規(guī)律的探究過程，進一步領(lǐng)悟生物學家孟德爾在科學研究過程中展現(xiàn)的科學精神，從而在史實熏陶過程中逐漸形成良好的科學精神與科學品質(zhì)。比如，學生通過閱讀史料可以知道孟德爾在進行豌豆性狀實驗之前，對山柳菊、玉米等多種植物也進行了實驗研究，只不過豌豆實驗的成果最突出。另外，孟德爾并不是經(jīng)過幾次實驗便確定了生物遺傳的規(guī)律，而是進行了無數(shù)次的生物實驗，獲取了數(shù)以萬計的實驗數(shù)據(jù)，最終通過對數(shù)據(jù)進行歸納、比較、分析、研究，總結(jié)出生物遺傳中的基因分離規(guī)律和基因自由組合規(guī)律。學生深入感悟生物學家、科研人員的理論探知過程，既可以體會到波瀾壯闊的科研歷程，又能領(lǐng)悟到他們身上的拼搏精神，從而端正學習態(tài)度，增強嚴謹探知意識。（四）融合現(xiàn)實生活元素，增強學生責任意識態(tài)度責任是生物學科的重要素養(yǎng)之一，學生需要通過課程學習形成嚴謹求實的認知意識，端正學習態(tài)度，另外，要更加關(guān)注身體內(nèi)外因素對健康的影響，了解健康的生活習慣，形成正確的知識應(yīng)用于生活的意識，了解學科知識與現(xiàn)實生活之間的關(guān)系，提高運用所學知識解決實際問題的能力，提升社會責任感。為了達成這一教學目標，生物教師可以結(jié)合生活元素和生物科學史創(chuàng)建拓展思考活動，讓學生真正認識到科學家探究知識的現(xiàn)實意義，進而增強責任意識。以浙科版高一生物必修2第二單元“染色體與遺傳”課程為例，教師可以結(jié)合生物科學史中的遺傳學史料以及現(xiàn)實生活案例創(chuàng)建知識拓展分析活動，讓學生分析各類遺傳病在人體不同發(fā)育階段的發(fā)病風險曲線的意義，使其在拓展思考過程中加深對遺傳學知識的了解，知道各類遺傳病在人類不同發(fā)育階段的發(fā)病風險，真正認識到這部分知識對醫(yī)學和生物學等領(lǐng)域起到的作用，從而增強知識應(yīng)用于生活的意識，提升社會責任感。首先，教師讓學生回憶“遺傳的基本規(guī)律”和“染色體與遺傳”兩個單元的知識點，再一次理解顯性基因、隱性基因等生物學概念。其次，教師結(jié)合孟德爾所研究的遺傳學知識，引導學生分析遺傳病的遺傳特點。再次，教師利用多媒體課件展示各類遺傳病在人體不同發(fā)育階段的發(fā)病風險曲線圖，讓學生根據(jù)圖片內(nèi)容提煉有價值的信息，如多基因遺傳病的顯著特點是成年人發(fā)病風險隨年齡增長而增加、各類遺傳病在青春期期間的發(fā)病風險都很低。最后，教師引導學生結(jié)合現(xiàn)實生活分析上述結(jié)論，使其意識到人類應(yīng)在不同發(fā)