高中生物教材中科学史教学法研究

高中生物教材中科学史教学法研究高中生物教材中科学史教学法研究 摘要 科学技术是第一生产力 是现代经济社会发展的决 定性要素 现代社会 世界已步入知识经济时代 知识 科学 技 术已成为经济社会发展最强大的推动力 面对激烈的国际竞争和知 识信息的迅速膨胀 唯一的方法是依靠科学技术的进步和创新 人类 在这一时代特征的影响下 生产 生活 思维方式都产生了巨大的变 化 有实践证明教师对科学知识内容的教学是相对容易的 而教师要 让学生了解如何做科学并且掌握探究的技能是相对困难的 本文针对本文针对 这一现实问题这一现实问题 调查高中生物科学史的教学现状调查高中生物科学史的教学现状 研究分析目前存在的主要问题研究分析目前存在的主要问题 对如何实施对如何实施 生物科学史教学进行了探讨生物科学史教学进行了探讨 力图为高中新课程教学改革提供一定的研究基础 此次研究立力图为高中新课程教学改革提供一定的研究基础 此次研究立 足于陕西省足于陕西省 面对东西部地区的差距以及日趋激烈的社会竞争面对东西部地区的差距以及日趋激烈的社会竞争 陕西省对高素质 创新型人才陕西省对高素质 创新型人才 的需求尤为迫切 同时作为我国高校建设的密集地区的需求尤为迫切 同时作为我国高校建设的密集地区 陕西省承担着培养高素质人才的重任 陕西省承担着培养高素质人才的重任 以陕西省为例研究高中生物科学史的教学现状对西部地区乃至全国科学史教学的发展和新以陕西省为例研究高中生物科学史的教学现状对西部地区乃至全国科学史教学的发展和新 课程改革的推进都有着深远的意义 课程改革的推进都有着深远的意义 高中生物教材中的科学史是生物科学发生和发展的历史 它隐 含在生物教材的角角落落 其中蕴含着丰富的科学思想 科学方法 科学世界观 它渗透着科学家的科研精神和科学态度 在教学中的 合理运用 对教学起着很大的促进作用 高中新课标要求重视生物科学史的学习 对学生进行生物科学史 教育是提高生物科学素养行之有效途径之一 本文研究了大量相关 文献 为顺利进行生物科学史教育提供了理论依据 在此基础上 对高 中生物科学史教育现状展开调查 通过文本分析法发现人教版高中 生物新课标教材中蕴涵着丰富的科学史内容 通过问卷调查法发现 学生对生物科学史的认识较为片面 必须加强科学史教育 通过访谈调 查法发现教师对生物科学史教育价值认识还存在一些偏差和不足 在 实践层面更没有行之有效的教学方法 作为一线教师有必要在实践 中充分挖掘教材中生物科学史的教育价值 进一步探索生物科学史教 育的有效策略 科学史教育初步实验表明 重视生物科学史教育 灵活运用各种科学史教育策略进行教学 在多个方面具有显著实践效 果 不仅有利于培养学生的科学态度 情感和价值观 有利于提高 学生的学习兴趣 而且有利于学生掌握科学方法 提高科学探究及 实验设计能力 对培养学生的生物科学素养具有一定的价值 关键词关键词 生物科学史 生物科学史 科学教育科学教育 高中生物高中生物 普通高中生物课程标准 实验 以下简称 课标 明确指出应该注重生物科学史的学 习 包含生物科学史的内容反复出现在 课标 的内容标准中 例如 生物 1 分子与 细胞 模块中 具体内容标准包括 分析细胞学说建立的过程 说明光合作用以及对它 的认识过程 生物 2 遗传与进化 模块中 具体内容标准包括 总结人类对遗传物 质的探索过程 分析孟德尔遗传实验的科学方法 生物 3 稳态与环境 模块中 具体内容标准包括 概述植物生长素的发现和作用 基于对 课标 中课程理念的分析 和内容标准的把握 新一轮高中生物学教材的编写应注重生物科学史教育的整合 一 生物科学史教育的重大意义一 生物科学史教育的重大意义 生物科学史教育对于实现 课标 理念具有重要意义 这是由生物科学史的内涵所决 定的 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 既包括生物学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 本文拟从以下三方面论述科学史教育的重大意义 一 体现科学是一个过程 分析现行高中教材发现 理科教材均偏重于讲述成熟的理论和实验 注重体现知识点 而忽略知识的形成过程 教材呈现的是静态的 成熟的 无疑义的知识 缺乏历史性和探 索性 事实上 科学并非是一些既成的事实 定律和理论 而是由理论之间 实验之间 理论和实验之间的一致与矛盾共同推动发展的 科学史教育体现的正是这样一个过程 理解科学是一个过程 能从根本上改变 唯课本是从 的被动局面 理解科学的动态 产生过程 有利于培养学生敢于质疑的科学态度 激活学生的创造力 学生也能通过过程 式的学习 逐步形成科学的世界观 科学过程呈现知识的来源 使学生构建自身的知识体 系成为可能 在阐释生物学知识的来源时 一些曾经或者正在困惑人类的生物学问题 能 充分激发学生的好奇心与求知欲 使学生对科学产生兴趣 二 为学习探究提供范例 新课程理念倡导探究性学习 主张学生通过探究活动主动地学习科学方法 获取科学 知识 分析某些义务教育课程标准生物教材中的探究活动发现 虽然探究活动注重学生的 自主性 但探究模式本身却是直截了当地强加给学生的 教材中缺乏关于探究本身的认识 与反思 对于探究活动 教材只做操作上的规划 而没有加强理论的引导 这样的编排可 能导致为探究而探究的局面 而遵循教材中的固定模式反复演练 可能会将灵活的探究变 成 提出问题 作出假设 制定计划 实施计划 得出结论 表达与交流 的新八股 新编高中生物学教材 如能将科学家的探索过程作为学习探究的范例 则可能弥补这 一不足 美国著名的科学家史家萨顿说过 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 可见 科学史的内容在很大程度上反映了科学家的探 究活动与方法 能够作为理解科学探究 掌握科学方法的范例 揣摩前辈探究的过程 实 质上是学习科学方法 领悟探究本质的过程 对科学方法的学习 对探究本质的理解 为 教学中探究活动的开展提供了科学理论的指导和依据 反过来 探究活动为实践科学方法 提供切实的锻炼机会 巩固科学方法的学习 两者互相促进 体现了理论与实践相结合的 模式 三 融合科学教育与人文教育 科学史 作为一门反映自然科学进程的人文科学 有助于人们在认识上跨越自然科学 与人文科学的鸿沟 首先 科学史超越了科学的这一局限 充分展现了科学 技术 社会 三者间的互动关系 对于科学的局限性 德国哲学家康德认为 科学只能解决事实判断 即 是什么 的问题 而不能作出价值判断 即 应该怎样 的问题 学习科学史 以史 为鉴 能够增强学生的社会责任感 培养正确的情感态度与价值观 当他们参与社会时 能够有意识地规范科学技术在社会生活方面的应用 使科学技术切实地造福于人类 其次 科学史反映的是作为个体的人的主动参与过程 赋予了科学人性化 学生从中感受到的将 是活生生的人对真理的热爱与锲而不舍的追求 学生能从具体的事例中领悟到科学精神的 真谛 而科学精神正是人文科学中不可分割的一部分 第三 科学史有助于认识科学方法 的局限性 科学史表明 科学实证方法只是人类认识世界的一种方法 现代科学研究已经 超出经验实证和逻辑推理的范畴 向人文方法寻找灵感 虽然科学方法与人文方法存在着 相当的差别 但两者却是相辅相成 互为补充的 二 实例剖析二 实例剖析 以证实 DNA 是遗传物质这一事件为例 现行高中教材详细地描述了肺炎双球菌转化实 验与噬菌体侵染细菌的实验 此处不再详述 整体考察这段科学史 可以从以下几方面挖 掘这则史实的教育意义 一 科学是一个过程 埃弗里的实验虽然证实了 DNA 是遗传物质 但其结果在当时并不为人接受 八年之后 赫尔希和蔡斯用完全不同的方法再次证实了埃弗里的结果 才被众人欣然认可 这个曲折 的过程表明 1 单独的科学实验结果并不代表知识 只有当其成为理论 实验和社会框架 中的一部分时 才成其为知识 2 科学的发展往往呈现螺旋上升的模式 科学是一个不断 否定 不断认证的动态过程 3 科学研究背景在科学知识形成过程中具有重要作用 要把 科学发现放在它们产生的那个环境之中来认识 二 科学方法的学习 这两个实验在科学方法层面上给人的启示也是多方面的 1 可以利用模型进行科学研 究的方法 埃弗里的工作是以肺球链球菌作为研究人类传染病的模型来研究致病现象的 而赫尔希和蔡斯则是把噬菌体作为研究生命遗传现象的模型 以噬菌体这一结构简单 便 于操作的生物体为模型 充分体现了生物学研究中简化还原的思想 2 具有实验的严密性 与逻辑的严谨性 埃弗里改进提纯转化因子的实验 将杂质氨基酸的含量减少到万分之二 赫尔希和蔡斯的实验中进入细菌的蛋白质的含量约百分之一 都是试图排除蛋白质在实验 过程中起到遗传作用的可能性 3 科学研究的多维性 围绕某个问题的科学研究往往不只 是从一个角度展开的 一个观点的证实往往需要多方面证据的共同支持 事实上 无论是 埃弗里还是赫尔希和蔡斯的实验 都没能完全排除蛋白质对结果的影响 但是 其他相关 实验证据的支持使这一疑点得以消除 4 现代生物学与物理及化学学科的渗透与融合 这 两个实验都频繁地使用了物理和化学的技术 实验中用到的同位素标记 酶学实验等方法 已成为现代分子生物学的常规方法 三 科学精神的熏陶 从人文角度分析 科学史中同时蕴涵着丰富的精神养料 埃弗里提纯转化因子花了十 年左右的时间 而当他最终将结果发表时 却不被接受 八年之后 其科学价值才被承认 事实上 科学史已不止一次地表明 超越时代的科学发现注定难以为那个时代所接受 孟 德尔遗传规律被埋没了三十年之久 米歇尔首先发现并提纯了核酸 却几乎被人遗忘 均 属此例 而正是在这样的逆境中 科学大师的精神 气质才得以凸现 给人以心灵的震撼 与冲击 也正是在这样的曲折中 科学不迷信权威 科学追求真理的特性才得以彻底地体 现 这些鲜活的事例 或许能使学生终生难忘 给学生以人生境界的润泽与点化 三 高中生物学教材整合科学史内容的原则三 高中生物学教材整合科学史内容的原则 上述分析表明 科学史教育的意义不在于简单地介绍历史知识 而在于培养学生的科 学素养与人文素养 但是 教材的容量终归有限 而科学史的内容纷繁复杂 如何在教材 有限的空间内挖掘出科学史丰富的内涵呢 一 以小见大 教材编写者应通过有限的篇幅和精选的事例 通过学生的参与 折射出科学的全景 仍以发现 DNA 是遗传物质的科学史实为例 教材中可采用资料分析的方式 呈现这一发现 的科学背景及大致历程 然后再引导学生从科学哲学 科学方法 科学精神 科学态度及 实验技术等角度思考问题 重要的不是使所有的学生都能得到标准答案 而是使学生能够 从一个科学史实出发 通过不同角度的分析 从科学前辈那里汲取营养 用以提高自身的 科学素养与人文素养 二 自成体系 综观中学生物教材 科学史教育应形成一个由初中到高中逐步深入的体系 例如 初 中教材可能更偏重于让学生了解史实 诸如科学家的故事 旨在激发学习兴趣 而高中教 材 则应引导学生对科学史作出理性的评价与分析 通过考查高中生物学课程结构发现 科学史的整合需要充分考虑到新编高中生物学教 材的模块特点 例如 遗传学发展的历史体现出严格的逻辑推理顺序 而这一逻辑又恰好 与学生的认知逻辑相吻合 因此 遗传学发展的历史可以作为贯穿遗传与进化模块的主线 又如 分子与细胞这一模块 科学史的整合则更宜采取穿插编织的方式 而具体如何穿插 现行中学生物学教材已提供了一些方法 其中 历史事件的插入 科学史专题 专栏 科 学家的故事 等 可供参考 在此基础之上 新编教材还应重视互联网资源的利用 可以 在教材中提供科学史的网址 并做好网站资源的配套建设 三 去粗取精 对科学史的内容去粗取精 要做到 1 符合学生的认识水平和接受能力 2 选取的 内容应该具有较高的教育价值 能给学生以多方面的启迪 避免为写史而写史 3 削枝强 干 使教材中的科学史线索单一 脉络清晰 人教版 义务教育课程标准实验教科书 生物学 八年级下册有这样的一例 可供借 鉴 教材将现代转基因鼠的资料分析安排在经典的孟德尔豌豆杂交实验之前 其用意是首 先直观地证明 基因控制性状 而后再引导学生理解相对抽象的 基因的显性与隐性 这样的编排充分体现了去粗取精的原则 1 从转基因鼠入手 既抓住了学生学习的兴奋点 又符合从易到难的认知规律 2 转基因鼠的史实展示了生物科学技术发展的前沿动态 具 有强烈的时代感 而经典的孟德尔豌豆杂交实验则能使学生从科学方法 科学精神以及科 学态度等多方面获得启迪 3 从孟德尔发现遗传因子到转基因鼠的出现 经历了一百多年 其间还有许多相关的重大事件 而教材只选取了这两个事例来说明 基因控制性状 基 因的显性和隐性 充分体现了削枝强干的指导思想 四 尊重历史 尊重历史 需要重视科学发现的背景 要把科学放在导致它们产生的那个背景中来学 习 科学固然注重创新 但继承是根基 牛顿曾