生物学科学史赋能高中生物学学科教育
(江苏省南菁高级中学江苏江阴214437)
目前的高中生物学教学,主要关注生物学学科知识及对学科知识的运用。学以致用固然是高中生物学学习需要实现的重要目标之一,但倘若学生不了解所学的知识从何而来,就无法真正掌握生物学知识的生成方式,难以领悟生物学家在解决问题时所采用的思路和方法,无法养成科学思维的习惯、积极的科学态度和创新实践的能力。因此,追根溯源,深入挖掘生物学学科知识的来龙去脉,方能更好地用知识指导生活,实现学科育人的终极目标。高中生物学中很多核心概念的形成,就是科学家通过一系列的探索过程获得的。《普通高中生物学课程标准(2017年版)》(以下简称《课程标准》)明确提出:“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思路和方法,学习科学家献身科学的精神。”以下将从生物学科学史有助于高中生物知识结构的形成,科学思维的养成及学科育人三个方面,谈谈生物学科学史具体如何赋能高中生物学学科教育。
赫尔巴特在统觉论中提到:“只有拥有知识结构,才能去同化相类似的知识,顺应体系外的知识,从而让知识结构变得越来越饱满,让知识点变得越来越丰富”。遗憾的是,在当下的生物学学科教学中,老师和学生都忙于学科知识点的讲授和学习,更习惯“滚雪球”式的教学方式,以期通过知识点的学习,使得“知识雪球”越滚越大。但却忽略了雪球的内部并没有形成“结构化”,当雪球越滚越大时,破碎的风险也更大。就像在建楼时,如果没有搭建稳固的内部“隐性”结构(如地基等),就无法建造起摩天大楼。因此,在高中生物学教学中注重学科知识结构的生成,并用知识结构来同化和顺应新的知识点,才能事半功倍,有助于学生形成稳固的“结构化”知识。
教材中的生物学知识基于逻辑关系架构获得,符合知识学习的内在规律和逻辑关系。但这些知识是去背景化的生物学知识,如果教师单纯依照教材授课,学生容易把学科知识结构理解为生物学知识点间的逻辑结构,而忽略了其立体化、情境化和故事化的真正意义上的学科知识结构。生物学知识结构究竟是怎样形成的?生物学教师应如何帮助学生建立属于自己的生物学知识结构呢?当前比较流行的做法是绘制概念图。但是,即使学生建构出了概念图,也很难生成对知识点间的多维度内涵及内在规律的关联。生物学科学史是帮助学生建立有效知识结构的重要路径之一。
例如,光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程。所以,在学习光合作用概念时,可以利用光合作用的科学史,带领学生分析光合作用的原料、条件、产物及过程,让学生逐步认识到光合作用过程中物质和能量转移的来龙去脉,形成“结构与功能相适应”和“物质与能量相统一”的生命观念(图1)。
图1光合作用的科学史(部分摘录)
以生物学科学史为载体的光合作用学习,让学生重走生物学知识(光合作用)的发现、发展之路,以科学史为载体提炼出学科知识间的“隐性”结构(关联),并自主重构生物学学科知识。当教师为生物学知识寻回本源时,既保有知识的科学性,又赋予知识以历史情境。学生了解生物学知识生成的历史脉络,进一步形成对生物学学科知识结构的感性认知,有助于高中生物学知识结构的形成。
《课程标准》指出:“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,运用科学思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。”在真实的教学活动中,教师眼中的学科知识是已经结构化的,而学生接触到的则是一个个具体的知识片段。当学生忙于知识片段的习得,而不把握学科知识学习的思维方式时,学习就将变得低效,学生就愈发失去学习的动力和兴趣。因此,要提高学生的学习动力和兴趣,就需要教师引导学生透过现象看本质,透过学科知识培养科学思维,用科学思维理解学科结构,让学生从“生物学知识覆盖”走向“科学思维养成”。
教材中的知识除了去背景化,也是去问题化的。此时,学生的任务也不再是探究生物学学科问题的解决方法及思路。大量的教学实践启示我们:在寻找问题解决的方法及思路时,一个好的办法就是追溯相关知识的科学史,引导学生深入了解知识的来龙去脉,直面生物学家如何生成这些生物学知识,并用这些知识解决当时的问题。
“促胰液素的发现”是《选择性必修1·稳态与调节》的第三章第一节,本节内容涉及三个科学史故事,分别是“囿于定论的沃泰默”“另辟蹊径的斯他林和贝利斯”及“巴甫洛夫的感慨”。教师通过优化教学设计,设置启发性问题,如“根据沃泰默的实验,请分析哪两组实验可以形成对照实验?”“根据实验能够得出怎样的结论?”以及“巴甫洛夫会接受斯他林和贝利斯所提出的胰液的分泌是受化学调节这个观点吗?”,让学生了解相关科学史,发展科学思维,并在此基础上感受科学家严谨的科学态