科学史教学在中学生物教学中的实践与思考-初中-生物学-论文

科学史教学在中学生物教学中的实践与思考——以《植物生长素》一节为例张青苗西安国际港务区铁一中陆港高级中学【摘要】科学史揭示了科学家科学研究的历程，其中包含着科学规律和科学方法，体现了科学态度和科学精神，是开展课堂探究性教学的宝贵资料，教学中要充分利用和发挥其教育价值。本研究把传统的以教师讲述为核心的授课方式转变为以问题驱动为主的教学模式，将生物科学发展史引入课堂教学，在展示科学家探索历程的同时，让学生参与到探究活动过程中，有助于提高学生的科学探究能力和生物科学素养。【关键词】科学史教学；中学生物；探究能力；探索思考美国著名的科学史家萨顿说过：“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。”把生物科学发展史引入课堂教学，将科学史与探究性学习整合起来，不仅有助于学生了解生物学产生、发展的总体规律，加深对生物学基本理论的理解，而且有利于学生系统的掌握生物学的研究方法，特别是能促进学生学习方式的改变，学生能够主动的获取生物科学知识，体验科学过程与方法，形成探究能力。这种结合可以使探究活动变得更深刻、更有效，帮助学生设计实验少走弯路，使其教育价值得到充分发挥。针对目前中学生物学科教学的实际情况，本研究把传统的以教师讲述为核心的授课方式转变为以问题驱动的教学模式，将生物科学发展史引入课堂教学，在展示科学家的探索历程的同时，让学生参与到探究的活动过程中，体验科学探究的曲折及发展历程，理解科学的本质和科学研究的方法，培养中学生的科学探究能力和科学素养。现以人教版高中生物学选择性必修1第5章第1节《植物生长素》一课为例，阐述科学史教学在中学生物课堂中的教学实践与思考。一、研究策略“生长素的发现史”以植物的向光性运动为基础，重点介绍了达尔文、鲍森·詹森、拜尔、温特等4位科学家的经典实验，以科学探索的过程为脉络，科学研究的严谨为主线，揭示了生长素的发现过程。中学生物教材中利用科学研究呈现科学知识的并不多，其中植物生长素的发现能够较完整地反映出科学研究的全过程，因此本节内容为学生提供了良好的科学探究素材。本次研究选取重点班和普通班两个层次进行教学，将研究对象分为实验班和对照班，各自选取2个同一层次的班级进行对照。实验班采取科学史方法进行教学，课堂主要以问题驱动模式展开，采用师生互动的讨论、谈话等方式通过不断提出有价值的、导向性明确的问题来指导学生的思维，在一系列问题解决过程中使学生的探究能力得到充分的挖掘与发挥。教学过程按照创设情境——提出问题——做出假设——解决问题——得出结论——产生新问题的流程重复进行，如此螺旋式的逐步上升，让学生在不断的探究体验中渐进式地重走科学家发现生长素之路。对照班则为传统方法教学，按照教材的流程采取填空的形式将内容呈现给学生进行学习。最后，用相同的检测题对实验班和对照班的教学效果进行反馈比较，评价两种教学方法的优势与不足，为今后的教学实践提供依据。二、研究过程1、实验班的教学课前准备：在实验班窗台上放置一盆长寿花，位置固定不变，要求学生注意观察。两周后长寿花出现明显的向光弯曲现象。创设情境：请同学们说出你观察到的现象，并且想一想导致植物产生这种现象的原因有哪些？提出自己的猜想，那么你要如何去验证你的猜想呢？导入新课：生长素的发现历程提出问题：植物感受光刺激的敏感部位在哪里？请学生做出假设，分析讨论。教师介绍科学家的实验，请学生思考科学家为什么要这样做，并回答以下问题：达尔文的实验：①实验第一组得到什么结论？②第一、二组对照的目的是什么？③对比分析第一、三组说明什么？④第四组与第一组对照说明什么？⑤该实验的结论是什么？与你之前的假设是否一致？提出问题：胚芽鞘的尖端为什么会影响幼苗的生长？请学生做出假设，分析讨论。教师回顾科学家的实验，请学生思考以下问题：鲍森·詹森的实验：①鲍森·詹森所作实验的意图是什么？②他的实验是否存在缺陷？如果有，该如何改进？③该实验的结论是什么？与你之前的假设是否一致？（3）提出问题：胚芽鞘尖端产生的物质是如何影响其生长的？请学生做出假设，分析讨论。教师阐释科学家的实验，请学生想一想如下问题：拜尔的实验：①拜尔的实验为什么选择黑暗的环境？②他将切下的尖端放在胚芽鞘的一侧想说明什么问题？③胚芽鞘放在一侧与单侧光照射之间有何关联？④该实验的结论是什么？与你之前的假设是否一致？温特的实验：①温特设置对照实验的目的是什么？②把接触过胚芽鞘尖端的琼脂块放在切去尖端的胚芽鞘一侧，其生长方向如何？说明什么？③若用没有接触过胚芽鞘尖端的琼脂块放在切去尖端的胚芽鞘一侧，其生长方向又如何？说明什么？④温特将影响胚芽鞘弯曲生长的物质命名为什么？课堂小结：让学生根据上述一系列探究活动对植物的向光性生长进行概括总结，并归纳生长素的发现史及其中蕴含的科学方法和思想。总结：植物向光弯曲的内因是，外因是。收获与反思：通过本次活动，你有哪些收获和体验？你还有哪些疑惑？提出在活动中想到的其他想法，与大家交流。2、对照班的教学生长素的发现历程（1）向光性：在________光的照射下，植物朝向___________生长的现象。（2）生长素的发现过程①达尔文实验实验结论：胚芽鞘弯曲生长的部位是_______，感受光刺激的部位是_______光照射使胚芽鞘的_______产生某种______，并传递到胚芽鞘尖端以下时，会造成_______面比______面生长快，因而出现向光性弯曲。②1910年詹森的实验结论：胚芽鞘尖端产生的刺激可_____________________________。③1914年拜尔的实验结论：胚芽鞘的弯曲生长，是因为顶尖产生的刺激在其下部_____________造成的。④1928年温特的实验：温特把这种物质命名为_____________，1942年，人们确认它的化学本质是____________。⑤向光性产生的解释：由于生长素____________造成的，______光照射后，胚芽鞘_______一侧的生长素含量多于____一侧，因而引起两侧的________不均匀，从而造成向光弯曲。（3）提出疑惑：同学们，通过这节课的学习，你还有哪些疑问？三、研究反馈1、反馈题（实验班与对照班相同）根据以上生长素发现过程示意图，回答问题：（1）综合图1和2可以证明胚芽鞘具有________。（2）综合图2和3可以证明与生长和弯曲有关的部位是胚芽鞘________。（3）结合图2和4可以证明感受光刺激的部位是胚芽鞘_______，而发生弯曲的部位是_______。（4）综合图6和7可以证明胚芽鞘________能够产生某种向下运输的物质，该物质的运输方式是_______________。（5）经科学家努力，从植物组织中分离出了生长素并鉴定出了它的化学本质是__________。参考答案：（1）向光性（2）尖端（3）尖端尖端下部（4）尖端主动运输（5）吲哚乙酸2、结果分析利用上述检测题对实验班和对照班的教学效果进行反馈，通过对检测题得分的统计比较发现，在同一层次的实验班和对照班的检测分数均出现了差异，实验班的成绩均高于对照班，该结果可从一定程度上说明科学史教学法的有效性。从得分统计中还可以看出，重点班的两个班级之间的差距较小，这可能是由于检测题难度不是特别大，重点班学生本身基础又比较好形成的，今后对重点班的检测可适当提高要求，加深题目难度，否则看不出质的区别。而普通班的两个班之间的差距非常明显，从上课情况来看，两个普通班传统教学和科学史教学的课堂效果区别也非常明显，在实验班使用科学史方法教学时学生的积极性很高，思维活跃，讨论热烈，这也说明科学史教学法对于基础不是特别好的学生来说是一种可以明显提高课堂效率的教学模式。同时可以看出，对于普通班学生来说，改变教学方式，以问题驱动模式组织教学，在展示科学发展史的同时，锻炼、培养学生的科学思维能力，似乎可以收到立竿见影的效果。四、讨论与反思本次研究的实施不仅是重现科学家探索的思维过程，而且是以问题驱动模式展开教学，用层层递进的问题引导学生一步步解决科学问题，并用检测题反馈具体教学过程，最后以反馈题的得分作为依据，对科学史教学法进行形成性评价。教学案例中的反馈题是根据学生当堂的学习内容和学习情况而设计的，针对性强，对了解学生探究能力是否提高的真实情况有较强的指导作用。通过本次研究发现，不是所有的章节都适合使用科学史教学，生物科学史在课堂探究性教学中还应当注意以下几点：第一，利用科学史教学要以实现教学目标为指导思想，教师所选用的科学史应从学生的认知水平出发，是学生能够理解的；第二，对生物科学史要有所加工、选择利于探究教学的史料。教师要充分理解科学史料的内涵，了解史料教育功能的侧重面，根据教学的实际情况抓住中心，突出重点，把握时机与分寸，使生物科学史的教育教学功能具有针对性和实效性；第三，使用科学史教学的方法也分多种。如有条件可以选择一些简单的实验让学生模拟科学家的科研过程，或者在思维上模拟他们；如果不能也可以借助科学史，使学生尊重科学发展历史的事实，引导学生对相关史料进行科学而客观的评价，从而达到对科学本质的体验以及形成科学的观念。总之，教师在教学工程中要充分挖掘生物科学史来完成一定的教学任务，通过对科学史的学习，注重学生自主探究学习的过程，让学生体会科学家创造性的思维和灵活多样的探究方法。学生通过模拟体验式的探究获得的知识，可以理解的更透彻，掌握的更扎实，更容易在新的情景中去运用知识、思考和解决问题，这些还