生物科学史的教学组织与应用策略——以“光合作用的过程”为例

林建春袁从容

（1.浙江省瓯海中学浙江温州325014）

（2.浙江省温州市教师教育院浙江温州325035）

科学史是科学发生和发展的历史，揭示了科学理论的发展是一个动态过程，具有较高的科学教育价值。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、方法，学习科学家献身科学的精神，促成学生核心素养的发展。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》在教学实施建议中也强调教师应充分利用科学史展开教学。

当前生物科学史教学存在以下问题：①罗列科学史，仅帮助学生认识科学研究历史与动态，而缺乏科学探究的过程；②所选的科学史晦涩难懂，与当前学生的知识结构体系严重脱轨；③缺少主线联系，学生难以整理出头绪；④教学方式单一，仅利用科学史呈现信息，并期待学生得出预设的结论。为更好地发挥科学史的教学价值，下文以“光合作用的过程”为例，提出相关的教学组织与应用策略，为生物学教学提供参考。

与光合作用研究有关的科学史极多，许多学者也对此进行了罗列与整理。受课堂教学时间限制，教师不可能一一呈现所有的科学史以供学生进行分析。如何精选科学史成为了教学的关键点。“光合作用的过程”一节的教学重点是光反应与碳反应过程，即解决光合作用是怎么进行的问题。围绕教学重点，教师可尝试选取以下科学史（表1），形成一条科学史脉，从而帮助学生有序地构建科学概念。此外，需要注意的是，进行科学史教学或构建科学史脉时，教师不一定要按照科学研究的时间先后顺序展开，而更应以逻辑分析为主线。

表1“光合作用的过程”科学史教学分析

科学史往往会涉及科学家巧妙的实验设计、严谨的推理过程、精准的结果预测以及一些专业性术语。高中学生并未接触过相关的实验操作且所学知识有限，较难理解科学家的实验原理、探究过程，尤其是基础较为薄弱的学生。因此，在精选科学史的基础上，教师还需对科学史进行优化处理，为进一步开展课堂中的科学探究提供条件。

以文字形式呈现科学史，虽然知识性强，但过多的文字资料不仅增加了学生阅读和思考时间，在一定程度上也限制了学生思维的深度和探究的热情。科学史呈现方式应丰富多彩，教师可以灵活结合声音、影像、文字等多种形式，从而调动学生的多元智能，提高教学的有效性。以卡尔文的小球藻实验为例，其实验流程大致为：①供应14CO2给小球藻→②取样并提取光合产物→③分离光合产物→④鉴定光合产物。若教师仅仅以文字形式呈现实验流程，很难使学生对小球藻实验有一个直观、感性的认识。因此，教师可选择适当的示意图（图1），或者寻找相关视频，再配以简短的文字说明，加强学生对实验的理解。

在优化科学史呈现方式的基础上，教师应进一步合理组织教学内容，尽可能与学生已有的知识相联系，从而引发学生知识的正迁移。例如，如进行卡尔文循环教学时，尽管实验流程并不繁琐（图1），但能够真正掌握每一步实验操作的目的，对于学生而言仍具有一定难度。尤其是对其中两大关键步骤，学生难以理解将藻类置于酒精中的原因以及双向纸层析的目的。教师如果能够合理地将“光合色素的提取与分离”实验步骤在此处进行正迁移，有利于学生理解卡尔文小球藻实验步骤。在“光合色素的提取与分离”实验原理中提到，光合色素是一类有机物，因此根据相似相溶原理采用乙醇进行提取，根据不同色素在层析液中溶解度不同，采用纸层析的方式进行分离。同样，CO2在光合作用中转变成的一系列碳水化合物，也都属于有机物，也可以采用乙醇进行提取并利用纸层析进行分离。表2整理了“光合作用的过程”可能引发学生学习正迁移的例子及相关教学策略。

表2“光合作用的过程”知识迁移

科学探究的一般流程包括：观察现象→提出问题→做出假设→实验验证→得出结论。科学史教学也可以以科学探究的一般流程展开教学，有利于学生置身科学探究情境，参与科学研究。但需要说明的是，受限于课堂教学的时间与场所，以科学探究的一般流程组织教学时，不可能所有的“实验验证”都由学生亲自动手参与，教师可利用相关的科学史或资料进行替代。以“O2的来源有哪些可能？”为例，依据科学探究的一般流程展开教学（表3），比纯粹地用科学史讲解分析，更能激发学生的参与感。

表3以科学探究的一般流程组织教学

以科学史为主线进行教学时，往往会出现纯粹分析科学史的现象，使得学生获取知识方式较为单一，容易出现思维疲劳。因此，教师可以适当地在科学史教学中开展或进行演示实验，增强学生的科学史探究兴趣。

在“光合作用的过程”教学中，教师可通过查阅相关文献或资料，尝试开展与希尔反应有关的学生实验或演示实验。希尔反应实验操作简单、实验现象明显，即将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP（氧化型）、蔗糖和pH7.3磷酸缓冲液的溶液中并加以光照。水在光照下被分解产生O2等物质，