利用科学史开展论证式教学发展学生的科学思维

1、    利用科学史开展论证式教学，发展学生的科学思维    袁细清摘要 以“促胰液素的发现”为例，采取论证式教学策略，围绕“胰液分泌是一个神经反射胰液分泌是一个化学调节的过程胰液分泌既是一个神经反射（神经调节），又有化学调节过程（激素调节）”这三个主张，让学生模仿科学家工作的范式，在提出质疑、收集资料、寻找证据、捍卫主张、讨论与分享中习得生物学知识，发展科学思维，感悟科学精神。关键词 科学史 论证式教学 科学思维中图分类号 g633.91文献标志码 b文件编号：1003-7586（2020）08-0028-03生命科学的研究与发展的历程充分体现了科学是在

2、不断修正、完善中发展的论证过程。传统的科学史教学由于弱化了对科学知识的论证，导致学生在课堂上接受了许多正确的科学知识，但他们并不知道正确的科学知识是怎样获得的。为此，在科学史的教学中引入论证式教学策略，重演科学家构建科学理论，解决科学争端，获得科学结论的历程，以帮助学生促进对科学概念和科学知识的理解，并促进学生养成科学思维的习惯，形成积极的科学态度，发展生物学学科核心素养。1科学思维与论证式教学科学思维是指尊重事实和证据，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。科学思维的培养有多种策略和方式，其中的一个重要策略就是论证或科学论证。在生物学教学中引入论

3、证式教学，实质是引导学生像科学家那样将科学领域的论证工作方式引入生物课堂，使学生经历类似科学家的论证过程，以促进学生理解科学概念和科学知识，并发展学生科学思维的教学模式。人教版高中生物教材中的科学史以多以时间为主线，展现生物学科学知识、科学方法的演进过程，不仅隐含丰富的科学实验方法和科学观点，而且具有很高的育人价值。因此，论证式教学策略非常适用于科学史教学。促胰液素的发现经历了“特定阶段得出的特定结论，后又受到质疑，再次论证并修正结论的论证过程”，与修改后适用于中学生物教学的图尔敏论证模式相吻合。因此，围绕以下“主张”采用论证式教学策略展开教学（图1）：胰液分泌是一个神经反射胰液分泌是一个化学

4、调节的过程胰液分泌既是一个神经反射（神经调节），又有化学调节过程（激素调节），让学生在亲历提出质疑、收集資料、寻找证据、捍卫主张、讨论与分享中习得生物学知识，发展演绎与推理、分析与综合、抽象与概括等逻辑思维和批判性、发散性思维。2教学过程2.1投影狗的消化系统模式图教师简述食物的消化吸收和消化液的分泌等前概念知识，以唤醒学生头脑中已有的前科学概念，引导学生认同结构与功能相适应的观点，为后续的教学活动作铺垫。2.2资料导入，提出主张教师提供以下资料，引导学生提出主张：法国实验生理学家克劳德吖白尔纳和巴甫洛夫实验室的生理学家道林斯基先后发现酸性食糜进入小肠会引起胰液分泌。这一现象引起了科学家的思考

5、：“促使胰液分泌的信息是如何从小肠传递到胰腺的呢？”在19世纪，学术界普遍信仰“神经论”思想，包括巴甫洛夫学派也认为，胃酸刺激小肠的神经，神经将兴奋传给胰腺，使胰腺分泌胰液（提出主张）。设计意图：教师引入材料，提出问题，激发学生的探究兴趣，并引导学生回顾神经调节的相关知识，为后续的论证教学开展提供必备知识。教师使学生了解当时学术界对此现象的主流观点，也为凸显斯他林和贝利斯勇于冲破固有的思想、观念、理论的束缚，尊重科学、注重实证的科学精神埋下伏笔。2.3引导学生为主张寻找论据教师引导学生思考：针对“胃酸引起胰腺分泌是一个神经反射”这一观点，有哪些科学家的研究结果是支持这一主张的？教师引导各学习小

6、组开展讨论，师生共同讨论后认为沃泰默的研究成果可作为该主张的证据（表1）。教师进一步引导学生分析论据的适切性：上述哪组实验最适合为“胃酸引起胰腺分泌是一个神经反射”这一主张提供论据？请阐述你的观点并写出该反射的反射弧。设计意图：教师引导学生遵循科学研究范式，模拟科学家的思维方式，围绕主张所需的论据进行资料收集与分析、提炼观点，为主张提供证据，从而培养学生的分析综合能力、语言表达能力和实证精神。2.4提出质疑，引导学生引用其它论据捍卫主张教师引导学生思考：如果第、组的实验结果能够说明胃酸引起胰腺分泌是一个神经反射。那么，又该如何解释第组实验的结果呢？有学生引用教材回答：这可能是小肠上微小的神经难

7、以剔除干净，这是一个十分顽固的神经反射。教师继续追问：回顾反射的相关知识，如果小肠的神经剔除干净，反射还会发生吗？设计意图：教师引导学生基于事实进行深入的分析与推理判断，培养学生运用知识能力和推理判断能力，提升学生的思维品质。2.5开展实验探究，寻找新的论据，修正原有的主张2.5.1提出假说教师进一步引导学生针对沃泰默的第组实验进行探究：大家对沃泰默的解释满意吗？如果不认同他的观点，又该如何解释第组的实验现象呢？各小组纷纷讨论发表自己的看法，课堂气氛非常活跃。师生讨论后提出如下假设：“在盐酸的作用下，小肠黏膜可能产生了一种化学物质，这种物质进入血液后，随血液到达胰腺，引起胰液的分泌。”设计意图

8、：教师引导学生针对前人的研究成果进行推理论证，并提出自己的观点，从而培养学生的质疑精神和批判性思维，发展学生的演绎与推理、抽象与概括能力。2.5.2设计实验，修正原有主张教师引导学生根据刚才的假设，设计一个实验加以验证。学生讨论后提出：“如果要推翻沃泰默的观点，应该像斯他林和贝利斯那样，把狗的一段小肠剪下来，刮下黏膜，将黏膜与稀盐酸混合，一段时间后加沙子磨碎，制成提取液。将提取液注射到同一条狗的静脉中，观察胰腺是否分泌胰液。”教师引导学生讨论：斯他林和贝利斯的实验结果说明了什么？你能从中得出什么结论？师生讨论后，得出结论：“在盐酸的作用下，小肠黏膜可能产生了一种化学物质，这种物质进入血液后，随

9、血液到达胰腺，引起胰液的分泌。”（修正原有主张）教师继续追问：斯他林和贝利斯的实验体现了怎样的设计思想？按照实验设计应遵行的原则，上述实验缺少了对照实验。如果让你重复斯他林和贝利斯对这一问题这一探究过程，你该如何设置对照，以平衡无关变量对实验结果的影响？设计意图：教师利用问题串，激发学生的探究热情;通过拓展、改进实验设计来培养学生的创新思维、领会实验思想;通过交流与评价实验设计的优劣，发展学生的批判性思维并提高语言表达能力;最后，通过引导学生对实验思想、对照实验的设置等问题的分析与讨论，培养学生的发散性思维。2.6对修正后的主张继续探究，进一步完善主张教师引导学生思考：斯他林等科学家的实验表明

10、，盐酸刺激小肠黏膜，引起胰腺分泌胰液是一个化学调节过程，并且把小肠黏膜分泌的这种物质命名为促胰液素。那么，胰腺的分泌是否只有化学调节一种途径呢？学生小组讨论后，有部分学习小组的学生把他们收集到的资料分享出来：现代科学研究表明，食物的色、香、味、形及对各消化道的刺激，可通过条件反射和非条件反射引起胰液分泌，支配胰腺的神经为迷走神经和内脏神经。教师引导学生思考：上述说明说明了什么？结合斯他林和贝利斯的实验，总结胰腺分泌胰液的调节方式。师生讨论后得出结论：“酸性食糜（主要刺激物是盐酸）进入小肠后，刺激小肠黏膜上皮分泌促胰液素，经体液的传送作用于胰腺，引起胰液分泌。这是一个化学物质引起的调节过程。此外

11、，食物的色、香、味、形及对各消化道的刺激，通過条件反射和非条件反射，也会引起胰液分泌。这是一个神经调节过程。”设计意图：学生通过资料分析进一步完善主张，从而培养抽象概括能力，领悟生命活动的复杂性。同时，教师通过梳理促胰液的发现过程，渗透科学研究是一个不断证伪、不断丰富认识、不断完善结论的过程，提升学生的辨证思维品质。2.7重温巴甫洛夫及其团队的相关研究，引发学生深入感悟科学精神教师展示资料：关于酸性食糜进入小肠引起胰液分泌这个现象，巴甫洛夫的另一个学生帕皮尔斯基也开展了系列的研究。他发现，切断双侧迷走神经、切断双侧内脏大神经以及毁损延髓后盐酸溶液仍能引起胰液分泌。斯他林和贝利斯发现促胰液素的论

12、文于当年发表后，巴甫洛夫让他的一个学生来重复斯他林和贝利斯的实验，当出现提取物引起胰液分泌时，巴尔洛夫深表遗憾地说：“自然，人家是对的。很明显，我们失去了一个发现真理的机会！”教师引导学生阅读材料并思考：上述材料引发了你怎样的思考，请从科学态度和科学精神的角度谈谈自己的体会。设计意图：教师引导学生深刻领会科学探究要敢于质疑权威、并以事实为基础，客观地做出结论，培养学生的实证精神和实事求是的科学态度，并使学生深刻认识到在那特殊的历史时期，斯他林和贝利斯两位科学家表现出尊重事实、不迷信权威的科学精神，敢于冲破传统观念的束缚，坚持真理的宝贵品质。3教学反思本节课围绕胰液分泌的调节方式进行分析与论证，

13、鼓励学生大胆尝试提出主张、使用证据支持或反驳主张，发展科学思维，提升交流技能。教师结合问题串，引导学生深入理解3位生理学家的实验设计原理和思路，培养他们的深度学习能力，提升科学素养。由于论证式教学与以往的教学模式有所区别，为提升论证的质量与品质，特提出如下建议。（1）组建学习小组，课前培训小组长并布置学习任务。开展基于论证的学习活动，需要组建一个类似科学家的研究团队，课前培训各学习小组的小组长，让他们带领自己的组员学习如何收集资料、如何提出观点（主张），如何为观点提供论据等。（2）围绕论证教学流程精心设计问题串，引导学生开展有意义的交流与对话。由于学生的思维无法完全预设，因此师生的对话总是充满各种变化。为此，教师一方面要围绕论证的主题合理设计教学流程，精心设计问题串;另一方面要充分注意课堂的生成性，并及时把它