高中生物科学史案例教学对培养学生科学素养的探索.pdf

目录 摘要 一一一一 一一 一 一一一一 一一一一一一i i i 1 绪论一 一一一一 一一一一 一一 1 1 研究的譬争景 一一 一 一一 一 一 一 一l 1 2 国内夕f 研究现状 一一 一 一一 一 一一 一一一3 1 2 1 国夕 关于科学史教育的研究现状 一 一一 一一一一 3 1 2 2 国内关于科学史教育的研究现状 一一一一 一一一一一 5 1 3 核心概念的定义一 一 一 一 一 一一 一一一6 1 4 生物科学史在生物教学中的教育价值一一 一 一一 9 1 5 科学史案例教学的教学模式一一 一一一一 一 一 一1 2 1 6 理论基础一一 一一 一 一一 一 一一 一 一1 4 1 7 本研究的目的和蔻 义一 一一 一 一一 一一一一 1 7 2 研究内容和方法一 一 一一 一 一一 一一一一 1 7 2 1 研罗芒对象一 一 一一 一 一 一 一一一一 1 7 2 2 研究方法一一 一一 一 一 一一 一 一1 9 2 3 科学史案例教学的实施 一一一一一 一一一一 2 3 2 3 1 实验班和对照班的安j j 一一一 一一一 一一 2 3 2 3 2 实验班科学史案例教学的实施途径和方法 一一一一一 一一2 3 3 结果与分析 3 2 3 1 科学史案例教学对学生学习兴趣的影响一 一 一 3 2 3 2 科学史案例教学对培养学生获取信息能力的影响一 一一一一 3 3 3 3 科学史案例教学对培养学生探究兴趣的影响一一 一一 一3 4 3 4 科学史案例教学对培养学生科学素养的影响 一 一一一一 一3 5 3 5 科学史案饼教学对培养学生质疑精神的影响 一一 一 一3 6 3 6 科学史案例教学对培养学生实验态度的影响 一 一一 一 一3 7 3 7 科学史案例教学对学生生物学成绩的影响一一一 一一 3 7 3 8 科学史案例教学对学生实验操作能力的影响 一 一一 一3 8 4 讨识 一一一 一 一 一一一 一一 一 一3 9 4 1 在生物教学中有加强科学史案例教学的必要性一一一一 一一一3 9 4 2 在生物教学中有改革教材内容 开发生物科学史资源的必要性一一 4 2 4 3 对本课题研究的思考一 一一 一一一 一一一 4 2 5 坌占论 一 一 一一 一 4 3 参考文献 一 一 一一一 一 一一4 4 附录一 一 一 一 一 一 一 一 一4 7 附录l 科学素养调查问卷 前预4 一 一一 一 附录2 科学素养调查问卷 后测 一一 一 附录3 校本课程学生感想及作品 一 一 附录4 科学史案例5 基因 蛋白质与性状的关系 一 4 7 4 9 5 2 附录5 科学史案例6 中心法则的提出及其发展 一 一一5 3 附录6 高二 4 5 班分班时生物学科成绩及期末区统考生物学成绩 一5 4 致谢一一一一一一一一一一 一 一 一一一 一一一一6 0 高中生物科学史案例教学对培养学生科学素养的探索 中文摘要 普通高中生物课程标准 的课程理念是提高学生的科学素养 课程的目标 之一是重视生物科学史的学习 在生物课堂教学中 努力使学生在知识与技能 过程和方法 情感态度与价值观三个方面得到统一和谐的发展 本文按照新课标的要求 查阅了相关的文献资料 挖掘必修2 教材中的科 学史内容 以教育教学理论为指导 以案例教学作为教学实施方法 进行提高学 生科学素养方面的探索 为今后进一步提高中学生物学教学提供参考依据 研究对象为广州市真光中学2 0 0 9 年入学的高二级二个理科平行班高二 4 班和高二 5 班 实施科学史案例教学试验前对对照班和实验班进行了分班时 生物学成绩的统计分析 及科学素养调查问卷的前测数据分析 两个班的基本状 况相同 对必修2 模块的编排特点 必修2 教材中可引入的生物科学史内容及其 意义进行了归纳 并且指出了学习这些生物科学史的教学方式 总结出案例教学 的基本模式 在对必修2 模块进行科学史案例教学的实践中 灵活运用案例教学 包括采 用案例模拟法在新授课中开展科学家故事案例 道尔顿与人类红绿色盲症 新 授课教学过程中采用案例探究法进行 基因在染色体上 案例教学 在习题课中 采用案例练习法进行 d n a 分子双螺旋结构发现过程 的案例分析 在复习课实 施科学史案例教学 同位素标记法的复习 基因的历史 及校本课程中渗透科 学史案例教学 科学家成功品质p k 和 生物模型的建构 对科学素养的调查问卷后测数据 荔湾区期末统考生物学成绩 学生实验操 作考查成绩进行了卡方检验和t 检验 并对结果进行了讨论分析 得出高中生物 科学史案例教学有助于激发学生学习兴趣 有助于学生优化知识结构 有助于提 高学生的实验能力 有助于培养学生的批判性思维 有助于培养学生的探究意识 有助于学生理解科学的本质 有助于提高学生的科学素养等结论 根据本文的研 究结果表明 在高中生物教学中开展科学史案例教学是很有必要的 关键词 生物科学史 科学素养 案例教学法 a s t u d yi n t oh i s t o r i c a lv i e wo fb i o l o g yc a s e s t u d yt e a c h i n gi nc u l t u r i n g h i g h s c h o o ls t u d e n t s s c i e n t i f i cl i t e r a c y a b s r r r a c t t h ei d e ao f g e n e r a ls e n i o rh i g hs c h o o lb i o l o g yc u r r i c u l u ms t a n d a r d i st o i m p r o v es t u d e n t s s c i e n t i f i cl i t e r a c y t h i sc o u r s ea i m sp a r t i c u l a r l y a t f o c u s i n go n a c q u i r i n gt h eh i s t o r i c a lv i e wo fb i o l o g y i nc l a s s r o o mt e a c h i n g w es h o u l dt r yt o d e v e l o ps t u d e n t s k n o w l e d g ea n ds k i l l s p r o c e s so rm e t h o d s a t t a u d ea n dv a l u e s t o g e t h e ri nh a r m o n y a c c o r d i n g t ot h en e wc u r r i c u l u mr e q u i r e m e n t w ec o n s u l t e dt h er e l a t e dl i t e r a t u r e a n dd a t a f o u n dt h es c i e n t i f i ch i s t o r yf r o mt e x t b o o ki i f o rf u r t h e ri m p r o v e m e n ti n s e n i o r h i g h s c h o o l b i o l o g yt e a c h i n g w e u s e dt e a c h i n gt h e o r yi ne d u c a t i o na s g u i d a n c ea n dc a s e s t u d y a sm e t h o d a n de x p l o r e di nh e l p i n gi m p r o v es t u d e n t s s c i e n t i f i cl i t e r a c y t h es u b j e c t si n v e s t i g a t e da l es e n i o r g r a d e 一2s t u d e n t s f r o mt w op a r a l l e l s c i e n c e c l a s s e s c l a s s4a n dc l a s s5 e n r o l l e di n2 0 0 9o f t r u el i g h tm i d d l es c h o o li n g u a n g z h o u b e f o r ea p p l y i n gc a s e s t u d yt e a c h i n go fs c i e n t i f i ch i s t o r y t h es t a t i s t i c a l a n a l y s i so fs t u d e n t s p e r f o r m a n c ea n ds c i e n t i f i cl i t e r a c yf r o me x p e r i m e n t a lc l a s sa n d c o n t r o lc l a s sa r es i m i l a r a c c o r d i n gt ot h ea r r a n g e m e n ti nt e x t b o o ki i w ec a nu s e f u l l y s u m m a r i z et h ec o n t e n ta n ds i g n i f i c a n c eo ft h eh i s t o r i c a lv i e wo fb i o l o g yi nt e a c h i n g m a t e r i a l s a n dp o 缸o u tt e a c h i n gm e t h o da n dc a s e s t u d ym o d e lo fh i s t o r i c a lv i e wo f b i o l o g y d u r i n gt h ec a s e s t u d yp r a c t i c eo fh i s t o r i c a lv i e wo fb i o l o g yi nt e x t b o o ki i w e f r e e l ya p p l yc a s e s t u d yt e a c h i n gi n c l u d i n ga p p l y i n gt h es t o r yo fs c i e n t i s t s s u c ha s j o h nd a k o na n dr e d g r e e nc o l o fb l i n d n e s s i nc l a s sc a s e s t i m u l a t i o nm e t h o d a p p l y i n gc a s e s t u d ym e t h o d s u c ha s g e n eo nh u m a n c h r o m o s o m e i nt e a c h i n g a p p l y i n gc a s e e x e r c i s em e t h o d s u c ha s t h ed o u b l eh e l i x ap e r s o n a la c c o u n to f t h e d i s c o v e r y o ft h es t r u c t u r eo fd n a i ne x e r c i s e c l a s s a p p l y i n g h i s t o r i c a l v i e w o f b i o l o g y c a s et e a c h i n gi nr e v i e wa n ds c h o o l b a s e dc u r r i c u l u m s u c h a s r e v i e w i s o t o p e l a b e l l i n gm e t h o d s c i e n t i s t s e x c e l l e n tq u a l i t i e sp k 7a n d b i o l o g i c a lm o d e lc o n s t r u c t i o n w ec a r r i e do u tc h i s q u a r et e s ta n dtt e s to ns t u d e n t s p e r f o r m a n c e so n b i o l o g y f i n a l e x a m i n a t i o nr e s u l t sa n dt h eo p e r m i o ni ne x a mi nl i w a nd i s t r i c t a f t e r d i s a m x la n da r 小f z e d 此a b o v ei e s u 琏w ec o n c l u d e dl h a th i s t o r i c a l v i e w o f b i o l o g y c a s e t e a c h i n gc a nh e l ps t i m u l a t es t u d e n t s l e a r i n gi n t e r e s t o p t i m i z et h e i rk n o w l e d g e s t r u c t u r e i m p r o v e t h e i re x p e r i m e n t a la b i l i t ya n ds c i e n t i f i cl i t e r a c y c u l t u r et h e i r c r i t i c a lt h i n k i n ga n ds t u d y c o n s c i o u s n e s s c o m p r e h e n ds c i e n c ee s s e n c e k e yw o r d s b i o s c i e n c eh i s t o r y s c i e n c el i t e r a c y t h ec a s es t u d ya p p r o a c h 1 1 研究背景1 绪论1 1 1 中学是培养科学素养的重要时期 我校高中学生科学素养需要提高2 0 1 0 年9 月对广州市真光中学高二6 个理科平行班 包括高二 4 班和 5 班用科学素养调查问卷法进行了调查 共发出问卷3 0 6 份 全部收回 有效问卷为1 0 0 调查问卷的设计是把同时具备了了解基本科学知识 了解基本科学方法 了解科学与社会之间关系三个方面的被调查者称为 具备基本科学素养 的中学生 调查结果显示 我校高二学生具备生物基本科学素养较低 仅为1 0 5 具备了解基本科学知识的学生人数 仅为2 7 1 学生都基本听说过 o n a 进化 遗传 等科学术语 但不能说清这些科学术语的内函 这是因为学生还没有学习过教材必修2 模块内容 但通过读报 新闻介绍等了解了这些名词 而要深入了解这些科学术语的内涵 则需要阅读较多书籍和报刊等 说明学生对科学知识的了解有一定的局限性 学生的理解水平需要提高 具备了解科学方法的学生人数为3 2 很多学生答错了 概率理解 题 对 科学研究 这个术语的回答 多数学生的答案错误 说明了学生能基本了解一些基本的科学研究方法和研究过程 但还没能掌握科学研究的本质 需要进一步提高科学研究意识 本文以学生对算命的态度等来了解学生对科学与社会之间关系的理解 调查结果显示 高达6 3 1 的学生相信算命 包括很相信和有些相信 1 6 麟的学生选择 说不清楚 只有2 0 9 的学生从来不读关于算命 占卜等方面的书 或杂志 报纸 这反映出学生缺乏具备对伪科学的辨别和判断能力 缺少科学精神 学生的科学素养不高 总的来说 我校高中学生已经具备了一定的科学素养 但离我们的教育培养目标 江泽民同志在庆祝建党8 0 周年大会上讲话的要求 加强科学知识 科学方法 科学思想 科学精神的宣传精神 努力提高全民族的科学文化素养 州 到2 0 4 9 年中华人民共和国成立1 0 0 周年时 人人具备基本科学素养 这些目标还有较大差距 我们的科学教育工作任重面道远 美国学者m i l l e r 指出 中学时期的数学教育和科学教育 生物 化学 物理 是决定科学素养的关键 而生物科学史具有提高科学素养的教育功能 是提高学生科学素养的重要手段 因此 教师应创造性地开展生物科学史教学工作 挖掘 科学史的教育功能 培养学生的创新精神和探究能力 教会他们用科学的观点看 待日常生活中的问题 让他们成为我国创新人才的主体 1 1 2 改革科学史教学现状的需要 国外学者的研究表明 在科学教材中科学史并不是一个受欢迎的主题 教材 中只提及了少量历史事实且通常出现在正文旁边 极少有教材提到历史上的科学 争论 学者w a n g 1 9 9 9 对美国科学课程标准文件和四套中学物理教材从科学素 养的三个层次对科学知识的理解 科学探究的理解和情境化的理解进行了内容分 析 然后利用计算机对教材中的内容进行量化 结果表明 教材中的科学史最多 关注的是对科学知识的理解 其次是情境化的理解 很少涉及对科学探究的理解 教材中对科学家的介绍往往只是出现姓名 国籍等简单信息 很少涉及科学家的 真实生活 如生活 工作条件等 对科学家研究中的合作强调得不够 鉴于这 种情况 如何进行教材中科学史教育 科学史融入教学的方法就显得尤为重要 巩春华调查了一线生物教师的了解和使用生物科学史的情况 结果是大部分教师 能够意识到科学史实所起到的作用 但在科学史实的运用 生物科技新进展在 生产实践中的应用上 只有1 8 9 的人介绍很多 6 2 1 的人少量介绍 1 1 1 的人几乎不介绍和认为根本没时间介绍 可见 有研究和倡导的必要性嘲 1 1 3 实现课程改革新理念的需要 课程改革中 提出了第一项课程理念就是提高生物科学素养 界定了具备生 物科学素养的入的衡量标准 在课程教材内容的选择及编排上增加了生物科学史 的内容 在具体实旖建议中要求重视生命科学史的学习 学习生物科学史是实现 课程理念的重要手段 生物科学史不仅向学生揭示出生物科学结论的得出 发展 是一个动态的过程 而且生物科学史向学生介绍了科学家的成功品质 科学家研 究过程中所体现出的科学思维方法 这样学生在体验科学家思维的探究过程中获 得 知识与技能 过程与方法 并在体验中形成积极的 情感态度与价值 观 可见 进行生物科学史的探究教学 对学生科学素养的发展具有不可替代 的作用 1 1 4 改革生物教学模式的需要 课程目标的实现需要改变应试教育这种传统教学模式 提倡研究性学习 参 与式学习 强调学生学习方式和教师教学方式的转变 传统教学强调知识本位 轻视过程性知识和知识形成的过程 很少让学生通过自己的活动与实践来获得知 识 得到发展 这种教学状况不利于培养学生的刨颏精神和科学探究能力 造成 2 学生很少关注社会发展与科技问题 中学生的科学素养较低 随着课程改革的不 断深入 我们每位教师共同关注和探究的问题就是 如何培养学生发现问题 提 出问题 分析问题 解决问题的能力 如何增强学生的问题意识 合作学习能力 多数教师改变了以单纯讲授为主的 满堂灌 的教学模式 使用了多种手段来丰 富课堂 有时 这些教学手段与教学目标的关系不紧密 仅仅是达到活泼课堂的 目的 而与教学内容脱节 案例教学作为一种成功的教学法 在国外多种行业的 教学培训中取得了很好的反响 它着重培养了学生的创造能力与解决实际问题的 能力 但在目前情况下 案例教学法在国内 外并没有广泛应用于中小学教学实 践中 生物学科作为 门自然科学 与现实生活有着紧密的联系 如能把案例教 学应用于高中生物学科的科学史教学 不失为上述问题的有效解决之道 选择运用生物科学史案例教学来培养学生科学素养的教学研究 除了以上原 因外 另一个重要的原因是关于利用案例教学法进行生物科学史培养学生科学素 养方面的研究 目前还少人问津 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外关于科学史教育的研究现状 最早在中等教育自然课程中进行 史 的教育的是法国物理学家保罗 郎之 万 在他的论著 思想与行动 中指出 科学的教育价值 事实上 一方面在 于发现 同时却也在于能够达到这种发现的努力 是在于对定律的说明 同时却 也在于那些定律的历史 是在于那些定律的总体给予现实世界的远景 在于与事 实的亲切接触 同时却也在于借以获得以上一切的科学训练 科学教育在这两个 方面就如等式的两项 样 是不可分离的 最早提倡科学史教育的是英国 1 8 5 1 年英国科学促进协会主席在一次演讲中 呼吁 我们要教给年轻人的 与其说是科学结论不如说是科学方法 更不如说 是科学史 在1 9 7 1 年的b a s s 年中会再次提出 科学史教育是融合学校人文科 学和自然科学的良方 西方的 些专家提出了著名的t i p s 科学史教学模式 就是把科学史 科学哲 学和科学社会学的有关内容融入中小学科学课程 促进学生对科学本质的理解 培养其科学精神和创造力 英国科学教育工作者i r w i n 曾对英国科学教材中的科学史进行了专门的考 察 考察对象是4 套科学教材 作者认为 这些教材中的科学史内容大致可分为 3 类 即 科学家传记 关于科学发现的说明 关于科学观点的变化及其当时背 景的说明 1 葡萄牙的科学教育工作者l e i t e 教授在总结前人研究的基础上 发展了一套 分析教材中科学史的量表 美国科学史教育突出对科学本质的理解 美国科学促进会于1 9 8 5 年制定美 国中小学科学教育的 2 0 6 1 计划 在1 9 8 9 年制定的 2 0 6 1 计划 的第一份研 究报告 面向所有美国人的科学 s c i e n c ef o ra l la m e r i c a n s 中 提出 了要把培养学生对科学历史的了解和科学的历史认识观作为科学教学的重要基 础 该报告还提出了科学史学习的十大主题陆1 1 9 9 3 年制定的 科学素养基准 则更为具体 详尽地列出了实施科学史教育的内容和相应的教学要求 1 9 9 6 年 美国的第一部 国家科学教育标准 n a t i o n a ls c i e n c ee d u c a t i o n s t a n d a r d s 简称n s e s 面世 n s e s 非常重视科学史教育 将科学史与科学本 质 作为科学课程的重要内容 将能否用历史的观点理解科学和科学的本质作 为衡量未来是否具备科学素养的人 对于从幼儿园到高中的不同年级的学生在科 学史教育方面都提出了不同的具体要求 旧 g a r r i s o n 和l a w w i n 1 9 9 3 认为 如果科学教学的目标是引发学生对于科 学探讨之过程的理解 则科学史是科学教学的必备因素 著名教育家科南特 j c o n a r t 运用案例教学法在大学生的通识教育中实施 了科学史教育 他的关于科学史教育的报告和教材有 理解科学 历史的方法 1 9 4 7 实验科学史一哈佛案f r o 二卷 1 9 5 7 n3 2 0 世纪5 0 年代末 克洛 普佛 l k l o p f e r 把科南特的案例教学法引入中等学校 编写了 科学史事例 这套教材供高中学生使用 科学史事例 教材编写的目的是利用科学史的事例 使学生了解怎样用历史的方法来说明重要的科学概念的形成和发展 美国生物学家施瓦布 j s h w a b 于1 9 5 9 年主持的b c c s b i o l o g ie a ls e i e n c e c u r r i e u l u ms t u d y 编写了一系列高中生物学教材 该课程在教学方法上强调科 学史实教育 以突出 作为探究的科学 这一教学思想疆3 对于科学史融入科学教材的开发 许多学者也提出了各自的看法 s i e g e l 1 9 7 9 认为融入科学史的科学教科书的开发 对于学生理解科学的本质有积极 作用叫 但是科学史取向的教科书也可能产生负面作用 k a u f f m a n 1 9 9 t 指出 融 入科学史可能让学生觉得科学家是非理性的 可能影响科学家在学生心目中的形 象 若只谈科学史的 光明面 又会扭蓝事件真相u 圳 4 从1 9 6 2 年开始 在美国自然科学基金会的资助下 有霍顿和一些教育学家 中学教师及科学史家参与了 哈佛物理教学改革计划 并于1 9 7 0 年出版了一套 利用科学史内容 具有明显人文取向的中学物理教材一 哈佛物理教材 到7 0 年代中期 约有1 5 的学生使用了这部教材 教材不仅叙述了研究结论而且展 示出它们是怎样获得的 课程不仅仅依赖于文本 还有一系列的实验安排 其中 包括模拟历史上的实验 哈佛物理教程 课程的诞生 在科学教材中引入科 学史的运动在2 0 世纪6 0 年代达到顶峰 综上所述 西方国家特别是美国都很重视科学史教育 美国科学史教育将科 学史与科学本质紧密地结合在一起 通过科学史教育促进学生对科学本质的理 解 使学生不仅学到科学知识和基本技能 而且培养了学生的科学精神和创新能 力 帮助学生改善他们对科学的一般理解 1 2 2 国内关于科学史教育的研究现状 我国学者从2 0 世纪5 0 年代开始 就关注科学史教育功能与价值的研究 龚 育之先生强调 科学史应该研究科学认识发展的规律 并用来为教学服务 n 学者吴国盛提出了学习科学史的教育意义和用处 能够提高学生的学习兴趣 帮 助学生尽快掌握已有的科学理论 有助于理科教学 可以增加自然科学教学的趣 味性 有助于理解科学的批判性和统一性 有助于理解科学的社会角色和人文意 义u 引 朱正威指出 科学史所蕴含的教育营养是极其丰富的 了解它远比了解 科学结论或科技成果更有趣 n 3 1 我国最初是在大学教育中 将科学史运用于实际教学 1 9 9 9 年3 月 成立 了中国历史上第一个科学史系 上海交通大学 科学史与科学哲学系 1 9 9 9 年8 月 中国科技大学建立了 科技史与科技考古系 随着国家新一轮基础教 育课程改革的推广 在学科教育中 也非常重视科学史的教育 在科学史的量和 深度上都增加了 例如在 普通高中生物课程标准 实验稿 在 课程目标 和 教学建议 中都明确提出要重视生物科学史的学习 并用详细的教学案例进 行介绍 标准 指出 科学是一个发展的过程 学习生物科学史能使学生沿着 科学家探索生物世界的道路 理解科学的本质和科学研究的方法 学习科学家献 身科学的精神 n 们 广大教师也开展了有关生物科学史的研究工作 他们主要是从生物科学史的 教学现状 生物科学史的教育功能及生物科学史的教学模式进行研究 例如 陈 维 汪忠结合光合作用发现史的教学实践 从创设持续的问题情境 体验探究过 程与方法 研究知识的深入发展 尝试部分探究和全程探究几个方面探讨了利用 生物科学史培养学生探究能力的基本方法和基本模式n5 朱忠善指出 在教学中 适当引用生物科学史 有利于提高学生的科学素养 有助于改变学生传统的学习 方式 有利于促进教学方式的多样化等n 明 岳仓锁就生物科学史的教育价值作了 简要分析n7 1 吴海燕从生物科学史的学习及对学生素质形成的影响等方面 阐述 了在生物教学过程中培养学生生物科学素养的几点做法n 8 综上所述 可以看出 我国学者对科学史教育价值的认识从激发学生学习兴 趣 培养科学态度和爱国精神等层面 逐渐转向对促进学生科学本质理解的深层 次上 1 3 核心概念的定义 1 3 1 科学史 科学史学科的创始入乔治 萨顿 g e o r g es a r t o n 对科学史有许多独到的 论述 他把科学史定义为 科学史是客观真理发现的历史 人的心智逐步征服 自然的历史 它描述漫长而无止境的为思想自由 为思想免于暴力 专横 错误 和迷信而斗争的历史 川蚓萨顿还说过 一部科学史 在很大程度上就是一部工 具史 这些工具 无论有形或无形 由一系列人物创造出来 以解决他们遇到的 某些问题 每种工具和方法都是人类智慧的结晶 川捌萨顿还认为 科学史是对 科学发展过程的研究 这种研究必须从科学诞生开始 我们要努力了解科学 在许多迥然不同的条件下怎样成长和发展起来 口 我国的权威辞典 辞海 对科学史的解释是 以科学发展为研究对象的历史 科学 是人类文化史的重要组成部分 它描述和解释科学知识产生 发展与系统 化的进程 是近代科学发展到一定阶段的产物乜2 在本文中的科学史是指 科学 史是指科学作为整体的历史 它包括了与科学知识的产生背景 发生 发展历程 科学家研究工作有关的内容 科学史也是人类科学探索发生发展的历史 1 3 2 生物科学史 不少学者对生物科学史提出了他们的见解 玛格纳指出 生物科学史既包 括科学家对生命现象的研究过程 又包括科学家研究生命现象时所持有的观点和 态度 既包括生物家理论和方法的形成演变 又包括不同学科之间的联系 科学 与社会的相互影响 陋朝 普通高中生物课程标准 实验 解读 中对生物科学史的定义是 以生物 科学产生和发展的过程为轮廓 以科学发展历程中带有重大转折作用的课题及事 6 件为主线 用详实的资料论述科学家们的创造性劳动 生动地描述他们进行科学 探索的思维过程和方法 同时也对生物学发展的逻辑和社会历史背景等重大问题 进行评论 生物科学史也是一门充满生命力的科学 是培养学生科学素养的生动 教材 乜们 在本文的研究中 生物科学史是以 普通高中生物课程标准 实验 解读 中的定义为准 也就是说 生物科学史就是生物科学发生发展的历史 包括生物 科学知识的发展 生物科学方法的演进以及生物科学家的科学精神 1 3 3 科学素养 国内外学者对科学素养 s c i e n c e1i t e r a c y 有多种不同的论述 对科学素 养的论述最早是由美国学者赫德 p d h u r d 于1 9 5 8 年提出的 他认为科学素 养就是个人所具备的对科学的基本理解 科学观和科学教育观是科学素养观的哲 学基础 美国著名学者芝加哥科学院副院长米勒 j o nd m i l l e r 教授对科学素养 的定义为 科学素养应定义为对于科学技术具有读写的能力 瞳 国际经济合作组织 oecd 将科学素养的定义为 科学素养是运用科 学知识 确定问题和做出具有证据的结论 以便对自然世界和通过人类活动对自 然世界的改变进行理解和做出决定的能力 科学素养包括运用科学基本观点理 解自然世界并能做出相应决定的能力 能够确认科学问题 使用证据 做出科学 结论并就结论与他人进行交流的能力 在美国的 面向全体美国人的科学 中将 科学素养 定义为 应理解科 学核心概念和原理 熟悉自然界 认识自然界的多样性和统一性 能够按个人和 社会目的运用科学知识和科学的思维方法 1 在1 9 9 6 年美国的 美国国家科学教育标准 n a t i o n a ls c i e n c ee d u c a t i o n s t a n d a r d s 中 对科学素养概念进行了描述 科学素养是指选择和决策 参与 社会文化事业和经济生产活动所需要的对科学概念和过程的知识和理解 它也包 括一些特定门类的能力 2 0 0 0 年中国科协制订了 全民科学素养行动计划 2 0 4 9 计划 认为 科 学素养是国民素质的组成部分 是指公民了解必要的科学知识 具备科学精神和 科学世界观 以及科学态度和科学方法判断及处理各种事务的能力 并提出了 全民科学素质标准 1 国内多数人认可的科学素养的解释是 科学素养是指了解并能够进行个人决 策 参与公民事务和文化事务 从事经济生产所需要的科学概念和科学过程 科 7 学素养最基本的含义是指学生能够合理地将所学到的科学知识运用到社会及个 人生活中 公民的科学素养包括了两个方面 一方面是他对科学知识 情感态度 与价值观及科学技能的掌握情况 另一方面是他在已有基础上能够不断提高自己 科学素养的能力凹1 综合国内外学者对科学素养的理解 结合我国的教学实际情况 我们认为科 学素养是由科学知识和技能 科学能力 科学方法 科学意识和科学品质这五大 要素构成的有机整体 1 3 4 生物科学素养 科学素养与生物科学素养之间有不分割的包含关系 在 普通高中生物课程 标准 实验 中指出 生物科学素养是公民科学素养构成中重要的组成部分 生物科学素养是指公民参加社会生活 经济活动 生产实践和个人决策所需的生 物科学知识 探究能力以及相关的情感态度与价值观 它反映了 个人对生物科 学领域中核心的基础内容的掌握和应用水平 以及在已有基础上不断提高自身科 学素养的能力 口帕 提高生物科学素养 是新课标的核心理念 在 标准 中 这一课程核心理念转化成了课程目标的三个维度 知识 能力 情感态度与价值 观 1 3 5 案例 华东师范大学教育系郑金洲先生认为 个案例就是一个实际情境的描述 在这个情境中 包含有一个或多个疑难问题 同时也可能包含有解决这些问题的 方法 b 本文中的案例是指为达成 定的教学目标 围绕选定的若干个问题 以真实科学史事实为背景资料 而编写成的对某一实际情境的客观描述 1 3 6 生物案例教学法 案例教学法 c a s em e t h o d 又称 苏格拉底式教学法 和 实例教学法 起源于1 9 2 0 年左右 由美国哈佛商学院所倡导的一种很独特的案例型的教学 郑金洲教授在 案例教学指南 中从两个不同的角度对案例教学下定义 1 从广义上讲 案例教学法可界定为通过对 个具体教育情境的描述 引导学生 对这些特殊情境进行讨论的一种教学方法 在一定意义上它是与讲授法相对的 2 案例教学以教学案例为载体 是基于一定的教学目标 选择一定的教学案 例从事教学的一种教学法 它以学生的积极参与为特征 强调师生对案例素材共 同进行探讨 并写出有关案例报告 它与案例的关系更多的体现为一种内容和形 式的关系 b 引 8 靳玉乐将案例教学界定为 在教师的指导下 根据教学目的的要求 组织学生通过对案例的调查 阅读 思考 分析 讨论和交流等活动 教给他们分析问题和解决问题的方法或道理 进而提高他们分析问题和解决问题的能力 加深他们对基本原理和概念的理解的一种特定的教学方法b 引 结合以上学者的观点 本文对生物案例教学法的理解是 教师在新课程理念的指导下 结合教学目标和教学内容的需要 结合学生身心发展的特点 运用生物科学史真实案例 将学生带入特定生物情境中 进行分析 讨论案例 自主探究性学习 达到激活学生的思维 提高学生分析问题和解决问题能力的一种教学方法 1 4 生物科学史在生物教学中的教育价值课程标准中提出了对科学探究 科学过程 科学方法 科学精神的教学新要求 本文在总结大家研究成果的基础上 从课程标准的 知识与技能 过程与方法 情感态度与价值观 这三维教育目标 来阐述生物科学史在培养学生科学素养中的教育价值 1 4 1 在课程目标 知识与技能 方面1 生物科学史有助于学生掌握生物学知识生物科学史教学可以让学生体验生物学知识的形成过程 为学生构建知识提供了手架 有助于学生理解科学知识 概念 例如 学习关于 中心法则的提出及其发展 的科学史 学生可以更好地理解遗传信息的传递规律 遗传信息可以从d n a 流向d n a 从d n a 流向r n a 进而流向蛋白质 对于某些病毒 还可以从r n a 流向r n a 从r n a 流向d n a 这段科学史的学习使学生对科学的认识不是停留在现成的结论知识 而是认识到科学的整体性 对科学理论的历史发展的认识达到辩证的统一 因而生物科学史有助于加深学生对生物科学知识的理解 2 生物科学史有助于提高学生观察和思维能力 解决实际问题的能力高中生物教学中要求提高学生三方面的能力即 观察和实验能力 思维能力 运用数学工具解决实际问题的能力 运用生物科学史教育学生 对于培养和提高这三方面的能力是比较有效的 在生物科学史的教学中 重演 再现了科学知识的发生 形成过程 展示了科学家思维发生发展的轨迹 展示了教材知识中的智力因素 从这个意义上说 它正是学习主体在知识的获取过程中对历史形成的人类认识能力的再现和重演 它不仅使学生了解科学结论的由来 而且使学习主体对人类的认识能力得到复制与积淀 以至发展和提升 刚 例如 在生物遗传物质9 的探索过程中的这段科学发现史 介绍了格里菲斯的肺炎双球菌的转化实验 使 学生掌握了一种细菌实验方法 格里菲思设计的转化实验法 证明了生物遗传过 程中转化因子的存在 同时为人们进行的研究工作创造了一种新的实验方法 而 学生在模仿科学家艾弗里进行科学探究活动的过程中 充分调动了积极性 活跃 了思维 提高了学生的观察和实验能力 推理能力 知识迁移能力 在教学中简要介绍生物学家用数学方法研究生物学的过程 有助于学生掌握 生物学研究中的数学方法 5 i 例如 孟德尔用统计学方法对实验结果进行统计分 析 揭示了遗传现象之间的数量关系 因此孟德尔发现了基因的分离定律和基 因的自由组合定律两大遗传定律 在生物教学中 把生物科学史中科学家们曾用 过的 数学解决处理问题的方法 再现给学生 可培养和提高学生应用数学解决 问题的能力 3 生物科学史有助于培养学生的批判性思维 学生通过生物科学史的学习 可以了解到生物科学是在不断的自我更正的过 程中积累和进步的 例如 摩尔根最初时 是认为孟德尔遗传定律是正确 因为 它们建立在可靠的实验基础上 后来由于他在自己所进行的实验中没能取得类似 的结果 他便对这些定律产生了怀疑 于是 他又勤奋地进行了一系列新的实验 当大量的果蝇实验结果确证了孟德尔的定律后 他不仅承认 而且还发现了新的 定律 学生在了解了遗传定律的发展历程后 会认识到科学知识是在不断质疑 求证与更正的过程中积累的 科学理论的发展历程的学习有助于培养学生的批判 性思维 1 4 2 在课程目标 过程与方法 方面 1 生物科学史有助于学生掌握科学探究的过程 现代心理学研究指出 学生的学习过程不仅是 个接受知识的过程 而且是 一个发现问题 分析问题 解决问题的过程 科学探究是发现科学事实 揭示科 学规律的过程和方法 袁维新认为 教师借助恰当的科学史材料 引导学生遵循 着科学家的探索过程 沿着科学家的逻辑思维路线 从提供的情景材料中去主动 发现问题 进行分析后作出推测和假设 再让学生亲手设计实验方案 分析实验 结果 最终推出符合逻辑的科学结论口6 以科学家探索科学奥秘的历程为背景材 料组织学生进行探究学习 可以帮助学生掌握科学探究的一般程序 提出问题一 猜想与假设一收集证据一分析与论证一修正推广 在学生模仿科学家的探究过程 中 力玎深了学生对科学探究的理解和体验 激发了学生的探究兴趣 1 0 2 生物科学史有助于学生掌握正确的科学研究方法生物课程的目标之一就是使学生形成终身学习的基本能力和习惯 通过学习可使学生领会科学探究的一般方法和技能 生物科学史内容蕴含着科学家的创造性思维方式和科学家的探究活动与方法 可以作为理解科学探究 掌握科学方法的范例 生物科学史上的每一次重大发现 无不是科学方法不断改进的结果 在一定意义上说 生物科学史也是生物科学方法不断发展的历史口7 生物学中的方法很多 除了观察和实验以外 还涉及数学方法 逻辑方法等m 1 例如 萨顿用类比推理方法得出了萨顿假说 孟德尔 摩尔根用假说一演绎法得出了遗传定律 在分析探讨科学家的科学研究方法过程中 学生不仅了解了科学方法 还能了解到科学方法的产生和发展的历史 从而加深对科学方法的理解 展示生物科学史在科学方法的教育中的独特魅力 1 4 3 在课程目标 情感态度价值观 方面1 生物科学史有助于丰富学生的科学情感体验学生非智力因素对教学效果的影响很大 而情感过程是学生非智力因素的养成过程 一个人只有热爱科学 才能积极投身于科学研究之中 在生物科学史的教学过程中 要大力宣扬科学家们热爱生物科学的情感 执着追求真理的情感 促进学生形成热爱科学的情感汹1 例如 在讲授 遗传的物质基础 时 引入诺贝尔医学或生理学奖的获奖者巴巴拉 麦克林托克研究 跳动的基因 转座因子 的生物科学史故事 巴巴拉 麦克林托克能坚持生物科学研究达6 0 多年 被尊称为 超越时代的人 玉米夫人 这是因为她具有极其热爱生物科学的情感 这段科学史故事能培养学生的热爱科学的情感 2 生物科学史有助于培养学生的科学精神科学精神是指人们在接受了科学知识的教育 在科学知识的不断积累过程中 尤其是在社会实践中形成的一种正确分析 选择 判断的价值观念 思维方式和行为准则 在生物科学史的教育中 学生可以了解到科学家一般应具备的品质 如有强烈的好奇心 强烈的问题意识 创新意识 对科学的高度热情 为追求科学锲而不舍的作风和严谨的科学态度等 这些都会感染 鼓励着学生 马克思曾说过 在科学上没有平坦的大道 只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人 才有希望达到光辉的顶点 例如孟德尔经过8 年的不懈努力 终于发现了两大遗传规律 通过这段科学史的学习引导学生学习孟德尔严谨求实的科学态度 坚韧不拔的意志和持之以恒的探究精神 为科学发展坚持不懈 执著追求 的献身精神 3 生物科学史有助于学生树立辩证唯物观等科学观念 在教学中 要有意识地用辩证唯物主义观点去分析生物科学史 要尊重科学 发展历史的事实 同时引导学生对相关科学史事实和关键人物进行科学而客观的 评价 例如 沃森和克里克在建构d n a 分子双螺旋结构模型过程中 都离不开查 格夫 鲍林 威尔金斯和富兰克林等人的研究成果 将重大的科学研究成果既看 作是历史发展的必然 又充分肯定关键人物的天才和创造 这就是历史唯物主义 h 0 因此 在教学中 教师可引导学生运用历史唯物主义和辩证唯物主义的观念 去进行分析科学史实和人物 启发和教育着学生 促使学生树立辩证唯物主义等 科学观念 4 学习生物科学史有助于学生理解科学 技术与社会的关系 新课程目标要求对学生渗透s t g 教育 要求学生理解科学的本质 理解技术 的本质和特征 认识科学 技术 社会之间的关系 科学会受到社会文化 政治 经济及个人主观因素的影响 而科学史展示了科学家所处的时代背景 记录着有 关科学事件的社会背景 而这些背景信息与科学家的思想转变以及他们从事的科 学探究是密切相关的 例如 艾弗里的肺炎双球菌的转化实验与赫尔希和蔡斯等 人的噬菌体侵染细菌的实验 都证明了d n a 是遗传物质 他们的成功 是靠微生 物的培养技术 物质分离 提纯 鉴定技术等技术手段的支持 通过生物科学 史的学习 可以使学生了解 科学和技术是相互支持的 1 5 科学史案例教学的教学模式 结合生物学科特点和学科内容 根据案例教学的特征 用探究式案例教学法 在课堂上实施科学史教学 让生物科学史真正走进课堂 1 5 1 探究式案例教学的特征