吳 寧

(江蘇省常州市第二中學 常州 213000)

1 創(chuàng)設真實情境，激發(fā)學生探究欲望

情境，或情景，是指教師在教學過程中運用各種手段和方式創(chuàng)設的一種適教和適學的情感氛圍，從而為完成教學目標和任務奠定基礎。所謂真實性情境，就是來源于現(xiàn)實中真實存在的情景和環(huán)境。

生物學科學史中的探究活動，大部分是以實驗為載體的探究。例如，光合作用的發(fā)現(xiàn)史就是由一系列經典實驗構成，教師在教學中一般通過多媒體PPT來展示經典實驗，但無論是教學效果還是教學目標的達成度都差強人意。筆者有幸在一次區(qū)域性的名師示范課中，發(fā)現(xiàn)施教者帶領學生還原了真實的普里斯特利的實驗，真實的實驗由于實驗環(huán)境的偶然性而狀況百出，學生會不斷地對與教材中不同的實驗結果進行探究假設再驗證。生物學科學史的探究活動還有一部分是無實驗載體的探究。無實驗載體探究雖沒有真實的實驗情境，但這并不意味著探究缺乏真實性，也并不意味著探究情境可隨心所欲地設計。例如，在“基因突變”一節(jié)的教學中，可從“1910年黑人患者貧血就醫(yī)發(fā)現(xiàn)紅細胞異?！?949年經過電泳分析發(fā)現(xiàn)了異常血紅蛋白→1956年英國科學家發(fā)現(xiàn)異常血紅蛋白中氨基酸的變化”這段真實情境來展開教學[1]。

真實的情境是探究的開始，科學史中的探究也應遵循這一規(guī)律。真實的情境，遠比教材枯燥的文字更能激起學生的探究欲望?？傮w來說，真實性情境一方面要注重還原歷史的本來面目，教師在備課時應更加深入搜集科學史資料并有選擇地補充到課堂教學中，另一方面又要將內容與現(xiàn)實的社會、生活相結合。

2 搭建思維階梯，引導學生合理假設

建立假設是學生針對問題尋求解釋的過程，它既基于一定的事實和經驗，又有較多想象的成分。如果教師不注重引導，往往會使學生作出的假設荒誕不經、不著邊際。

例如，在生物膜的流動鑲嵌模型建構中，關于蛋白質和磷脂雙分子層的結合方式，科學史上有一個很好的佐證，即Bar重復Gorter E和Grendel F的實驗時，發(fā)現(xiàn)紅細胞膜上脂質單層平鋪面積不是紅細胞面積的2倍，而是1.5倍[2]。這樣一個矛盾沖突會極大地引起學生的探究欲望，學生很快就對此有了很多假設：“科學家Bar測量錯誤”“磷脂分子的分子體積不穩(wěn)定”和“磷脂分子排成單層后結合更緊密”。筆者在教學中，為學生搭建思維階梯，提供了在電鏡冰凍蝕刻技術手段下膜的結構圖，學生在充分思辨后，便能提出“是因為部分蛋白質嵌入磷脂雙分子層而導致的”這一符合邏輯的假設。

可見，合理假說根本不是簡單的“是”或者“否”，其中有嚴密的邏輯關系。上述案例中學生一開始的假設并非基于一定依據(jù)、邏輯推演而得出。此時，教師如果只關注學生提出假設的積極性，便會使學生的思維停留于表面，難以培養(yǎng)其嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和思維。所以教師一定要善于為學生搭建思維階梯，在一定程度上引導學生把握邏輯線索作出合理的假設。

3 建立合作小組，引導學生充分設計方案

設計方案是指學生驗證假設，設計實驗方案的過程。在教學中，由于學生思維能力的個體差異，少數(shù)思維能力較強的學生往往會率先設計出較完善的方案。另外，當全班都沒有設計出理想的方案時，教師會因“時間有限”直接給出預設好的方案。這就會使大部分學生沒有真正參與到方案設計過程中來。筆者認為在探究教學的這一環(huán)節(jié)，可參照生物學科學史中的“科學家團隊”在合作小組中來進行分工。

例如，在“DNA的分子結構”一節(jié)教學中，教師可引導一些學生扮演威爾金斯和富蘭克林，其研究成果是DNA的分子衍射圖；另一部分學生扮演查哥夫，其研究成果是腺嘌呤的數(shù)量等于胸腺嘧啶數(shù)量，鳥嘌呤的數(shù)量等于胞嘧啶數(shù)量；其他小組學生扮演沃森和克里克，利用教師提供的模型堿基、磷酸基團等構建DNA立體結構。在建構中威爾金斯和查哥夫始終關注沃森和克里克的模型是否符合自己的研究成果。再如，在驗證假說“單側光引起生長素由向光側向背光側運輸”時，合作小組中一部分思維較快的學生會很快地模仿溫特實驗設計出了大致方案，另一部分學生從對照實驗的原則入手對方案進行評價，然后大家一起對方案進行修正。

在生物學科學史中，科學家也是通過團隊合作探索生命的本質，而且很多生命規(guī)律的揭示需要各個領域的科學家共同參與。教師在教學中必須要有意識地培養(yǎng)學生的合作精神，方案的設計尤其需要團隊的合作。

4 挖掘課程資源，為方案實施創(chuàng)造條件

方案實施是按照設計的實驗方案進行操作獲取事實與證據(jù)的過程，是培養(yǎng)學生觀察、動手、思考和合作等能力的重要環(huán)節(jié)，很多生物學科學史是建立在實驗的基礎上的。而生物學實驗有其特殊性，許多實驗方案較難在高中的生物學課堂上展開。所以，在科學史教學中方案實施步驟往往被省略或以多媒體PPT展示來代替。筆者在教學中有以下做法可供參考。

例如，首先虛擬實驗讓一些方案的實施成為可能。目前很多中學的生物學課程基地都建有虛擬實驗室，普通中學也可通過互聯(lián)網加入虛擬實驗室。例如，“NB生物學實驗室”，可通過https：//shengwuv2-gz.nobook.com/#/console/templates這個網址進入該實驗室的平臺。筆者在進行“細胞核功能”一節(jié)的科學史教學時，通過該平臺讓學生體驗了傘藻的嫁接模擬實驗。目前多數(shù)大學都建立了虛擬實驗室，其中一些醫(yī)學院的生化虛擬實驗平臺的建立，可為學生提供無法實施的生理解剖實驗的實踐機會。中學完全可通過與大學建立合作關系，拓展中學生的實驗特別是科學史探究實驗實施的硬件設備。再如，雖然是科學史教學，也是有較多的實驗方案可在中學實施。在“生長素的發(fā)現(xiàn)史中”一節(jié)的教學中，筆者組織學生探究“胚芽鞘的生長部位”時，學生設計了實驗方案“在胚芽鞘側面用記號筆做標記”，之后發(fā)現(xiàn)尖端下部的實線變成了虛線，表明胚芽鞘的生長部位是尖端下部。

學生只有體驗了過程才能更好掌握探究的一般規(guī)律，真正的科學探究也不是經過一兩次實驗就可得出結論的。孟德爾的豌豆雜交實驗做了8年，歐文頓用500多種化學物質對細胞膜的通透性進行實驗，科學家在實驗實施階段都是不斷遇到問題不斷調整的，最終才能得到結論。學生實驗時，教師需盡可能挖掘可利用的資源，為科學史中探究實驗的實施創(chuàng)造條件。

5 運用建構理論，讓學生自主得出結論

在科學探究中，得出結論是指學生對事實或證據(jù)進行分析、推理和歸納的過程，是培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)處理能力、誤差分析能力和抽象概括能力的重要環(huán)節(jié)?？茖W探究是針對真實問題進行的，它的特征是未知。

例如，在探究“噬菌體的遺傳物質是DNA還是蛋白質”時，筆者鑒于學生原有的對遺傳物質的認知，運用建構主義理論，設置了探究的主題：“噬菌體侵染大腸桿菌的，是DNA、蛋白質，或是整個病毒？”之后由學生進行假設，利用同位素標記和離心檢測等方法設計探究實驗，根據(jù)離心結果發(fā)現(xiàn)噬菌體侵染時只有DNA侵入細菌內部，從而間接得出遺傳物質是DNA這個結論。

可見，教師可運用建構主義理論，充分考慮學生的前概念，學生才能得到“真實”的結論，這種真實是基于探究之后的“水到渠成”。學生在積極思辨自主得出結論后就很有成就感，在掌握探究一般規(guī)律的同時，更會對發(fā)現(xiàn)科學的本質有深入理解。