在人教版高中生物两本必修课本和三本选择性必修课本中,记录了众多的生物科学史。通过日常的学习,学生便能掌握必要的理论知识。但除此之外,只要教师在生物科学史教学中多花点心思进行引导,学生亦能见识到众多科学家的经历与故事,了解到严谨精妙的实验步骤与过程,学习到各种令人惊叹的逻辑思维。久而久之,学生便会通过学习潜移默化地形成一定的科学思维。对于科学思维,《普通高中生物学课程标准》的解释是“尊重事实和证据,崇尚严谨和务实的求知态度,运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力”。由此可见,科学思维不仅仅是一种思维模式,更是一种态度,一种习惯,也是一种能力。因此,教师在高中生物课本科学史教学中,可以从态度、习惯和能力这三个方面去培养学生的科学思维。
一、培养学生积极参与和求真务实的态度
任何的教学工作都得以学生能积极参与为前提,在生物科学史教学中培养学生的科学思维亦是如此。如果学生没有兴趣了解,没有参与的积极性,教师便很难开展教学活动。因此,想要展开生物科学史的教学工作,教师需要先想方法调动学生参与的积极性。比如在细胞学说的建立过程教学中,面对罗伯特虎克、列文虎克、施莱登、施旺和魏尔肖等众多科学家名字,学生很难提起兴趣去识记和了解相关知识。面对这种情况,教师可以让学生事先去搜集关于科学家们的相关资料,让学生先在心中对众多科学家有一定的认识与了解。然后在课堂上让学生进行角色扮演,代入各位科学家的故事,进行交流互动,介绍各自的事迹与成就,让科学家的形象生动起来。让学生行动起来替代传统的教师讲课与介绍,以此培养学生积极参与的态度,效果事半功倍。
而在科学史的教学过程中,教师也要让学生知道,所有的研究结果都得从已有的事实与证据出发,不得为了得到某个有利结果而凭空捏造事实,伪造虚假证据,这也是所有科学探究的底线。因此在科学史的教学中,教师也应当注重培养学生求真务实的态度。比如在摩尔根果蝇实验教学过程中,教师可以先向学生介绍摩尔根的为人与才华,让学生了解到摩尔根原本是对孟德尔的遗传学抱有怀疑态度,但最终的实验结果却让他认可了孟德尔的理论,并使其得到发展和完善,实现了“黑转粉”。摩尔根并不会为了推翻孟德尔定律而在实验结果上弄虚作假,反而会坚信自己的果蝇实验结果,从已有的证据出发,改变自己原有的错误看法,承认孟德尔是遗传学的奠基人。而在DNA结构模型构建教学中,教师要让学生明白沃森和克里克在构建的过程中,每一个结论都是基于一定的事实依据,绝非凭空想象,胡乱推导。比如他们根据威尔金斯和富兰克林提供的DNAX射线衍射图谱,推算出DNA分子呈螺旋结构。又根据奥地利生物化学家查哥夫提供的腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)的数量相等,鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)的数量相等,最终调整了碱基配对方式,制作出了DNA双螺旋结构分子模型。通过众多科学家事迹的介绍,让学生懂得,无论遇到什么事情,都得抱有求真务实的态度。
二、培养学生发现问题和严谨思考的习惯
比起解决问题,其实发现问题反而更重要。因为只有发现问题,才能找到解决问题的方法。但发现问题也是最难的一件事,因为大多数人都会对身边的事物与规律习以为常,也会受到大环境下固有思维的束缚,从而难以在日常生活中发现新的问题。教师在科学史教学中可以多培养学生的好奇心,让学生知道科学家们正是凭借着对世间万物的好奇,才能在众人习以为常的现象上发现了一个又一个的问题。比如植物的向光性是日常生活中普遍存在的现象,但鲜有人去研究植物为何会向光生长。而达尔文父子注意到了这个人们熟视无睹的现象,对胚芽鞘的向光弯曲展开了研究,并设计了简单而又巧妙的实验来得出结论。教师也可以在科学史教学中,让学生懂得世界一直在进步,科学一直在发展,不少理论也会随着一起修正与变化,也就意味着一直会有新的问题产生。比如从拉马克提的“用进废退”和“获得性遗传”,发展到达尔文的自然选择学说,随后大家又发现达尔文的理论缺乏对遗传机制的详细解释,也无法准确解释物种间差异的遗传基础。而随着科学的发展,人们又提出了物种是如何形成的等问题,最终形成了现代生物进化理论。因此,教师除了要培养学生的好奇心,同时要让学生懂得结合实际情况,了解新的科学理论,学会打破固有思维的束缚,去发现新的问题。
在利用科学史教学培养学生发现新问题的同时,教师也得教育学生不能违背自然科学的规律而进行胡乱质疑,要养成严谨思考的习惯。比如众多科学家的实验过程都是处处体现着严谨,教师可以在教学中慢慢培养学生形成这种习惯。比如在促胰液素的发现过程中,斯他林和贝利斯就另辟蹊径,大胆提出另一种假设,认为小肠粘膜细胞可能在盐酸的作用下产生了一种化学物质。接着又严谨思考并设计实验,通过将稀盐酸加入粘膜磨碎来进行实验,排除神经的作用,最终证明这是一种化学调节。又比如在探究叶绿体的功能实验过程中,德国科学家恩格尔曼在实验过程中,严谨思考,在没有空气且黑暗的条件下用极细的光束照射水绵,以此排除氧气和光照的影响。类似的严谨实验例子比比皆是,教师在科学史教学中可以让学生代入科学家的视角,让学生多思考下科学家们为何要这么做,让学生理解科学家的严谨思维,从而培养学生严谨思考的习惯。
三、培养学生用科学方法解决问题的能力
在科学史教学中,教师也要让学生明白,除了态度和习惯外,也得掌握一定的解决问题的能力。比如在遗传因子的发现教学过程中,教师要让学生知道孟德尔是如何通过假说演绎法进行豌豆杂交实验,最终提出基因的分离定律和自由组合定律,让学生用孟德尔的思维去看待整个实验的过程,从而在本质上真正理解这种方法,并掌握用假说演绎法解决问题的能力。教师在课堂上可以通过创造一些生活中常见的情境,培养学生解决问题的能力。比如,教师可以创造猫发出叫声这个情境,以此引导学生根据假说演绎法来思考并解决这个问题,具体如下。先提出问题:猫为何在叫?再提出假设:猫是因为肚子饿而在叫。然后进行演绎推理:假如拿食物给猫吃,猫吃完便会得到满足,不再发出叫声。最后通过实验来验证:拿食物给猫吃,观察猫吃完后的反应。假如猫吃完不再发出叫声,则说明猫是因为肚子饿而发出叫声,假说正确;假如猫不吃东西或者吃完继续发出叫声,那猫可能不是因为肚子饿而发出叫声,假说错误。甚至可以继续让学生思考在解决问题的过程中是否严谨,或者能不能在一些操作环节上进行改进等等。通过科学史教学以及延伸的生活情境,教师便可以培养学生利用学到的科学的方法去解决实际问题的能力。
而在科学史教学过程中,教师也要让学生懂得随着科学技术的发展,我们也要学会善于利用新的科学技术去解决实际问题。比如艾弗里和他的同事通过对细胞提取物分别用不同的酶处理后进行实验,证明了DNA是遗传物质。而后随着科学技术的发展,赫尔希和蔡斯则通过放射性同位素标记法,设计了一个更有说服力的噬菌体侵染大肠杆菌实验。又如在调查种群密度的方法中,除了基础的样方法和标记重捕法等传统方法外,教师也可以让学生去网上了解红外触发相机等新的调查方法。除了课本涉及的科学方法,也可以让学生课后多去查资料,涉及一些更新的科学技术,懂得用更科学的技术方法去解决问题。
科学思维是一种综合性思维,其培养也绝非一朝一夕就能完成。教师需要在日常教学过程中多加引导,让学生在长时间的学习中慢慢形成科学思维。而高中生物课本中众多的科学发展史便是最好的素材,教师可以在科学史教学过程中多加引导。培养学生积极参与和求真务实的态度,培养学生发现问题和严谨思考的习惯,培养学生用科学方法解决问题的能力,让学生形成综合性的科学思维。
潮州市潮安区宝山中学 朱琳