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摘要:以提高高中階段學生生物學科核心素養為研究目標，探討在新課標背景下生物科學史對于培養學生核心素養的重要作用。總結生物科學史在導入新課教學、突出教學重點、進行模型構建、開展課后活動等方面的方式方法，引導學生進行科學思維、體驗科學探究過程、樹立生命觀念、承擔社會責任，從而形成正確的價值觀、必備的品格和關鍵能力。

關鍵詞:學科核心素養;生物科學史;科學思維;科學探究;科學精神

《普通高中生物學課程標準(2017年版，2020年修訂)》闡述了學科核心素養是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力。生物學科核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任四部分［1］。學生通過生物學課程學習，能運用生命觀念認識生命現象，在探索生命規律中形成理性思維，掌握科學方法，體會科學價值，培養科學態度和科學精神，學會用生物學相關知識解決生產生活中問題，形成社會責任［1］。在生物學教學中，靈活運用生物科學史，能夠有效培養和提高學生學科核心素養。

一、高中生物學教材中有關生物科學史的主要論述

1.在2019人教版生物學教材中，涉及生物科學發展史的主要內容(1)體現生物科學理論如何產生、形成和發展。如:必修一《分子與細胞》中生物科學史主要有“細胞學說的建立”“光合作用的探究史”;必修二《遺傳與進化》中的生物科學史主要有“遺傳定律的發現史”“生物進化史”等;選擇性必修一《穩態與調節》中的生物科學史主要有“對穩態調節機制的認識”;選擇性必修二《生物與環境》中生物科學史主要有“生態系統能量流動的發現史”等。這些科學史可以使學生體會科學探究的一般過程。(2)體現科學家的奮斗史。如:袁隆平和他團隊的雜交水稻，達爾文的自然選擇學說，沃森、克里克研究“DNA雙螺旋結構”等，運用這些科學史主要是用科學家的行為來教育學生、引領學生，培養學生的科學思維、崇高的科學精神及社會責任感。(3)體現生物科學的研究方法。如:必修一《分子與細胞》中的世界上“第一個人工合成蛋白質的產生”“生物膜結構的探索歷程”;必修二《遺傳與進化》中的“DNA結構模型的構建”“遺傳規律的發現史”“遺傳物質的發現史”;選擇性必修二《生物與環境》中的“種群數量變化曲線”等，運用這些科學史主要是培養學生研究問題的科學方法，如同位素標記法、假說—演繹法、模型與建模等。(4)體現組成生命物質的發現史。如:必修一《分子與細胞》中“酶的發現史”;必修二《遺傳與進化》中“遺傳物質的發現史”“遺傳密碼的破譯”;選擇性必修一《穩態與調節》中“生長素的發現史”“促胰液素的發現史”等，這些科學史主要是促進核心素養中生命觀念的培養。2.在2019人教版生物學教材中，生物科學發展史的內容在教材中的分布情況(1)分布在教材正文中的生物科學史有:必修一《分子與細胞》中的“細胞學說的建立”“生物膜結構的探索歷程”;必修二《遺傳與進化》中的“孟德爾的豌豆雜交實驗”“摩爾根的果蠅雜交實驗”“遺傳物質的發現史”;選擇性必修一《穩態與調節》中“生長素的發現史”;選擇性必修二《生物與環境》中的“種群數量變化曲線”等，這些生物科學史分布在教材正文中，屬于生物教學中的重點內容、核心內容，在教學中要給予足夠的重視，采用恰當的教學手段闡明重點。(2)分布在教材“問題探討”欄目中生物科學史有:必修一《分子與細胞》中的“酶的發現史”中斯帕蘭扎尼的實驗;必修二《遺傳與進化》中的“遺傳物質的發現史”“生物進化史”的部分內容等，這些生物科學史分布在“問題探討”欄目中，旨在調動學生學習相關內容的興趣和積極性。(3)分布在教材的“思考與討論”欄目中生物科學史有:必修一《分子與細胞》中的“細胞學說的建立”“生物膜結構的探索歷程”“酶的發現史”“光合作用的發現史”;必修二《遺傳與進化》中的“DNA結構模型的構建”;選擇性必修一《穩態與調節》中的“促胰液素的發現史”;選擇性必修二《生物與環境》中的“生態系統能量流動的發現史”等，這些生物科學史分布在“思考與討論”欄目中，旨在通過“思考與討論”欄目展開自主、合作、探究的學習方式，突出教學重點，突破教學難點，達成課程目標。(4)分布在教材的“科學史話”欄目中生物科學史有:必修一《分子與細胞》中的“世界上第一個人工合成的蛋白質”“人類對通道蛋白的探索歷程”;必修二《遺傳與進化》中的“遺傳密碼的破譯”;選擇性必修一《穩態與調節》中的“生物電的發現”等，這些生物科學史分布在“科學史話”欄目中，旨在通過“科學史話”欄目增加學生閱讀量，拓展學生知識面，使學生充分了解現代生物科學發展史。

二、生物科學史對于培養學生核心素養的重要作用

1.有助于學生對科研過程和物質本質的理解如介紹“酶的發現史”，不但使學生加深了對酶本質的理解，而且能學習科學家從生活現象中發現問題，不斷探究，最終獲得科學研究成果的孜孜以求的探索精神［2］。2.有助于學生理解科學知識，樹立生命觀念如在光合作用內容教學中引入“光合作用的發現史”，有助于學生理解并掌握光合作用的具體過程，使教學難點變成學生學習的興趣點。3.有助于培養學生的科學思維和科學探究能力如利用“酶的發現史”“DNA結構模型的構建”“生物膜結構的探索歷程”開展教學活動，有助于學生形成解決問題的科學思維，加深對科學探究過程的理解。4.有助于培養學生科學精神及社會責任如“雜交水稻之父———袁隆平”“促胰液素的發現”，有助于培養學生鍥而不舍、勇于探究、實事求是的科學精神和運用生物學知識服務社會的責任感［2］。

三、生物科學史教育在教學中的注意事項

1.生物科學史引用要適當、恰當在生物教材中蘊含著大量的生物科學史內容，教師在教學中一方面應給予足夠重視，另一方面在實際教學中可以適當展開，但不宜添加過多內容，以免增加學生學習負擔。2.結合教學內容，采用多種教學手段開展生物科學史教學運用實驗法、討論法、模型建構法、資料分析法、閱讀法、自主合作探究法等教學手段，調動學生學習的積極性和主動性，避免教學方式枯燥單一。3.生物科學史教學注重呈現方式可以按科學發現過程中的時間順序呈現，如“生物膜結構的探索歷程”，1895年歐文頓提出膜是由脂質組成→20世紀初科學家提出膜是由脂質和蛋白質組成→1925年荷蘭科學家提出細胞膜中磷脂是雙層的→1959年羅伯特森提出生物膜是由蛋白質—脂質—蛋白質的三層結構組成→1970年科學家提出細胞膜具有流動性→1972年桑格和尼克森提出生物膜的流動鑲嵌模型。可以按每一位科學家研究問題的順序呈現，如“酶的發現史”，巴斯德提出發酵是由于酵母菌的存在→李比希認為引起發酵的是酵母細胞中的某些物質→畢希納將引起發酵的物質稱為釀酶→薩姆納證明脲酶是蛋白質→切赫和奧特曼發現少數ＲNA具有催化作用。4.科學史教學要注重科學探究的過程開展生物科學史教學時要提醒學生注重科學探究過程，避免只重視結果而忽視過程。如在“生長素的發現史”“DNA結構模型的構建”教學中，要向學生強調生長素發現的過程，培養學生的科學探究精神。

四、運用生物科學史培養學生學科核心素養的有效途徑

1.運用生物科學史導入新課教學，培養學生科學思維科學思維是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物，解決實際問題的思維習慣和能力［1］。學生應該在學習過程中逐步發展科學思維，如歸納與概括、演繹與推理、批判性思維等方法，將培養科學思維與生物科學史緊密地融合在一起，使科學思維的培養更具有操作性。如，在講述“降低化學反應活化能的酶”時，教師可把“酶的本質發現史”作為課前導入引入課堂。教師在課前設計導學案，可在導學案中設置一系列問題。如:“關于釀酒中的發酵問題，巴斯德提出發酵的原因是什么?李比希的觀點與巴斯德有什么不同?畢希納做了什么實驗?薩姆納通過怎樣的努力得到脲酶?找出巴斯德、李比希、畢希納、薩姆納的觀點之間的邏輯關系等問題”，將學生置于問題情景中自主完成導學案，在學生完成導學案的基礎上，引導學生以小組為單位構建思維導圖，從而引入“酶的本質”新課。學生在完成導學案和構建思維導圖過程中，逐漸對“酶的本質”有了清晰的認識。同時在運用“酶的本質發現史”構建思維導圖過程中，學生的閱讀能力，邏輯推理能力，對科學知識的分析綜合、歸納總結能力等都能得到鍛煉。2.運用生物科學史突出課堂教學重點，培養學生樹立生命觀念生命觀念是指對觀察到的生命現象及相互關系或特征進行解釋后的抽象，是人們經過實證后的觀點，是理解或解釋生物學相關事件和現象的意識、觀念和思想方法［1］。學生應該在較好地掌握生物學概念的基礎上形成生命觀念，如結構與功能觀、物質與能量觀等。在講“光合作用與能量轉化”一節時，教師可把“光合作用的探究歷程”作為課堂內容的重要資料引入教學，使之與教學內容相結合，突出課堂教學重點，幫助學生理解抽象的生物學知識，培養學生形成生命觀念。可以在課前布置任務，要求學生查找初中學習光合作用的相關知識，在課上可設計一個表格，把學生分成研究小組，要求各小組結合初高中教材完成下列問題:普利斯特利、英格豪斯做了什么實驗?恩格爾曼、魯賓和卡門、希爾、卡爾文在光合作用的發現中做了哪些貢獻?光合作用的原料、場所、產物、條件與哪位科學家的什么實驗有關?恩格爾曼采用什么實驗方法，巧妙之處在哪里?魯賓和卡門應用什么科學方法得出光合作用產生的氧氣來自水?各小組通過查找資料、閱讀教材、研究討論之后完成表格中的項目，最后通過各小組展示成果，總結光合作用的過程。在學習光合作用的探究歷程中，一方面學生逐漸理解葉綠體的結構與光合作用的關系，形成結構與功能觀。另一方面逐漸認同光合作用中物質變化與能量變化的關系，形成物質和能量觀，樹立生命觀念。同時運用科學史突出課堂教學重點內容，學生按照科學家的思維去發現問題、實踐操作、解決問題、體驗科學探究的過程，逐步掌握科學探究的方法。3.運用生物科學史進行模型構建，培養學生科學探究、合作精神科學探究是指能夠發現現實世界中生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及對結果的交流與討論的能力［1］。合作精神是個人生存、發展和事業成功所必需的精神。在教學中運用生物科學史培養科學探究能力，在探究活動中培養合作精神，這些都是學生未來發展的必備品格。如在“制作DNA雙螺旋結構模型”的建構模型活動中，引入“DNA結構模型的構建”科學史，更能有效培養學生科學探究能力、合作精神。1953年，沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的雙螺旋結構，是科學家合作研究的典范，被傳為科學界的佳話。因此，可把模型構建活動放在講解“DNA的結構”知識點之前，引導學生按照科學家的研究過程進行模型構建。可對學生進行分組和分工，給學生提出問題，供學生在制作模型時參考。如:制作10個堿基對的DNA模型需要多少個基本單位?需要多少個磷酸、脫氧核糖、堿基?需要幾種顏色的彩泥?在制作的模型中，什么分子擔當基本骨架，如何連接?堿基對之間的距離是否相等?各小組可通過集體討論，設計出本組的制作方案，經過小組成員的共同努力完成作品。最后各小組展示與交流制作過程中的感悟。學生通過這次制作活動，一方面可以體驗科學探究的一般過程，提出問題、作出假設、制訂計劃、實施計劃、得出結論、表達與交流［2］。另一方面在科學探究過程中能夠培養學生的動手實踐能力和合作精神。4.運用生物科學史開展課外制作活動，培養學生探究實踐能力探究實踐活動的主要環節有:提出任務，制訂方案，實施方案，形成初步產品，改進設計，物化成果，進行表達、交流、展示等［3］。把生物科學史教育作為課外制作的資料引入比賽活動，培養學生的探究實踐能力。如在講“細胞膜的結構和功能”一節時，剛上高一的學生對生物學充滿了好奇心、求知欲，為進一步提高學生的學習興趣，可設計開展課外制作比賽等活動，將“生物膜結構的探索歷程”作為資料，為學生提供模型制作的理論依據。活動的主題是“制作生物膜的模型”。活動的要求:(1)自由選擇制作材料。(2)以四人為一個比賽小組，成員自由組合。(3)自由選擇模型的類型。可以讓學生模仿羅伯特森的觀點制作，可以選擇制作“人—鼠細胞融合”的模型，也可以選擇制作桑格、尼克森的“流動鑲嵌模型”。(4)制作場地自由選擇，可以開放實驗室，給學生提供制作場地。(5)模型展示環節，要求選取小組代表進行2分鐘的陳述，陳述制作理論依據及模型的結構特點。組織這種活動，可以鍛煉學生查閱資料的能力。學生討論選擇制作材料，研究制作方案，動手制作，修改制作方案，再動手制作，再修改、補充、完善的過程，能夠鍛煉學生的動手能力。模型制作比賽活動，一方面可以讓學生體驗科學研究的一般過程，另一方面能夠鍛煉學生設計、制作、實踐的能力，同時在實踐中培養創新精神、探索精神、團隊合作精神。5.運用生物科學史開展課后活動，培養學生社會責任感和科學精神社會責任是指基于生物學的認識，參與個人和社會事務的討論，作出理性解釋和判斷，解決生產生活問題的擔當和能力［1］。科學精神既有樹立求真、求實、客觀精神，又有合理懷疑和批判精神，還有創新精神、合作精神、探索精神等。生物科學史料中蘊含著豐富的科學精神和培養社會責任感的教育素材，在生物教學中，可以充分運用這些素材對學生進行學科核心素養教育。如“雜交水稻之父”袁隆平，致力于雜交水稻技術的研究、應用與推廣，辛勤耕耘，甘于奉獻，用汗水譜寫出傳奇人生。可以由此開展一次題為“袁隆平和他的‘禾下乘涼夢’”的主題班會，以此培養學生為科學研究獻身的精神，增強學生的社會責任感。還可以將生物科學史作為課后閱讀資料，開展課后閱讀活動［4］。如在學習完“蛋白質是生命活動的主要承擔者”一節后，指導學生閱讀科學史話“世界上第一個人工合成蛋白質的誕生”，讓學生理解集體的智慧和合作的力量。了解科學家在經歷多次失敗后，終于人工合成世界上第一個結晶牛胰島素的過程，以此讓學生理解科學研究的不易，學習科學家堅韌的科研精神。總之，在生物學教學中，通過運用生物科學史導入新課教學，突出課堂教學重點，進行模型構建，開展課外制作活動和課后主題、閱讀活動等途徑，能更有效地培養學生的學科核心素養。

參考文獻:

［1］中華人民共和國教育部．普通高中生物學課程標準(2017版，2020年修訂)［M］．北京:人民教育出版社，2020:5．

［2］朱正威，趙占良．生物必修1分子與細胞(教師教學用書)［M］．北京:人民教育出版社，2007:1．

［3］中華人民共和國教育部．義務教育《生物學》課程標準(2022版)［M］．北京:北京師范大學出版社，2022:4．

［4］鄭東平．生物史教育在培養學生科學素養中的作用及其滲透策略［J］．教育導報，2006(10):51．

作者：于志華 單位：哈爾濱市第四中學校