例談科學(xué)思維、科學(xué)探究在高中生物教學(xué)中的培養(yǎng)

周月梅 廖東年

摘 要：文章把生物科學(xué)史“生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)過(guò)程”與探究性學(xué)習(xí)整合起來(lái)，在教學(xué)中滲透生物學(xué)核心素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生沿著科學(xué)家探索的歷史道路，在獲取生物科學(xué)知識(shí)的過(guò)程中，體驗(yàn)科學(xué)探究的艱辛與不易;引導(dǎo)學(xué)生分析探究實(shí)驗(yàn)、嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及鍛煉邏輯思維的嚴(yán)密性，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀。

關(guān)鍵詞：生長(zhǎng)素 科學(xué)思維 科學(xué)探究 培養(yǎng)

生物學(xué)核心素養(yǎng)的四個(gè)要素：生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任，它們是一個(gè)統(tǒng)一的整體。生命觀念的形成離不開(kāi)科學(xué)思維和科學(xué)探究;而科學(xué)探究和科學(xué)思維是相輔相成的，科學(xué)思維是在科學(xué)探究的實(shí)證過(guò)程形成的;在形成生命觀念、進(jìn)行科學(xué)思維和科學(xué)探究的過(guò)程中，最終形成一定的社會(huì)責(zé)任意識(shí)[1]。

怎樣將生物學(xué)核心素養(yǎng)的培育落實(shí)到課堂教學(xué)中，并提高學(xué)生的各方面素質(zhì)和能力，文章以科學(xué)史“生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)過(guò)程”教學(xué)為例，闡述科學(xué)思維、科學(xué)探究在生物教學(xué)中的培養(yǎng)，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程的同時(shí)鍛煉科學(xué)思維。

一、用科學(xué)探究的方法和達(dá)爾文（19世紀(jì)末）一起“思考”胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)的原因

達(dá)爾文的實(shí)驗(yàn)需確認(rèn)實(shí)驗(yàn)條件有：?jiǎn)蝹?cè)光照射、胚芽鞘、胚芽鞘尖端與錫箔罩、胚芽鞘尖端下面一段與錫箔罩等。為幫助學(xué)生把握要點(diǎn)，教師設(shè)計(jì)問(wèn)題串并引導(dǎo)學(xué)生帶著問(wèn)題，觀看實(shí)驗(yàn)視頻，逐步思考這些實(shí)驗(yàn)中的自變量、因變量以及它們之間關(guān)系，通過(guò)層層的分析，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程，進(jìn)而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。然而達(dá)爾文指的這種“影響”究竟是像電信號(hào)呢;還是有物質(zhì)實(shí)體呢？于是就有了詹森和拜爾的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)以及溫特的巧妙設(shè)計(jì)。

二、用科學(xué)思維與詹森、拜爾同感“影響”

1.詹森的實(shí)驗(yàn)（1910年）

通過(guò)學(xué)生對(duì)達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)的探究與思考，學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)詹森的實(shí)驗(yàn)顯然缺少對(duì)照組，即實(shí)驗(yàn)有了兩個(gè)自變量——瓊脂塊和胚芽鞘尖端，怎么辦呢？那就需要檢測(cè)瓊脂塊對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否有影響，如：瓊脂塊含有促進(jìn)伸長(zhǎng)區(qū)彎曲生長(zhǎng)的物質(zhì)嗎？因此要增加一個(gè)對(duì)照組——即放置一塊完全一樣的瓊脂塊在去掉尖端的胚芽鞘上面，其他條件一致，觀察胚芽鞘是否會(huì)彎曲生長(zhǎng)？

另外有些學(xué)生提出：詹森的實(shí)驗(yàn)思路是胚芽鞘尖端產(chǎn)生的“影響”能否向下運(yùn)輸，若能用一些能阻斷的東西（如云母片）截?cái)嗥淙ヂ罚哐壳示筒簧L(zhǎng)了。所以另設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)組：用單側(cè)光照射已插入云母片的胚芽鞘;對(duì)照組：用單側(cè)光照射無(wú)插入云母片的胚芽鞘。結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的胚芽鞘不彎曲不生長(zhǎng);而對(duì)照組的胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)了，就可以得到結(jié)論：胚芽鞘尖端確實(shí)產(chǎn)生了某種“影響”，并從尖端運(yùn)輸?shù)郊舛讼露纹鹱饔谩?/p>

2.拜爾的實(shí)驗(yàn)（1914年）

拜爾的實(shí)驗(yàn)證明，胚芽鞘的彎曲生長(zhǎng)是由于尖端產(chǎn)生的“影響”，在其下部分布不均勻所造成的。拜耳實(shí)驗(yàn)不再去研究單側(cè)光照這個(gè)外界因素的作用，而是研究胚芽鞘的尖端是否產(chǎn)生某種“影響”，做了相互對(duì)照實(shí)驗(yàn)（尖端放分別放在切面的左右側(cè)），觀察結(jié)果并直接得出結(jié)論。其實(shí)這個(gè)實(shí)驗(yàn)還潛藏著另一個(gè)發(fā)現(xiàn)：生長(zhǎng)素的運(yùn)輸方向在尖端的下段只能向下極性運(yùn)輸（這可以在學(xué)習(xí)了后面知識(shí)之后，再回過(guò)頭來(lái)揭示） 。

三、隨溫特揭示生長(zhǎng)素的奧秘（1928年）

對(duì)比拜爾實(shí)驗(yàn)，溫特所做的改進(jìn)是先用瓊脂塊接受“影響”。因此，溫特實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)要點(diǎn)是讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)這一巧妙的改進(jìn)。通過(guò)課前學(xué)生自主先學(xué)已產(chǎn)生了疑問(wèn)，所以在課堂中，教師應(yīng)因勢(shì)利導(dǎo)，基于學(xué)生的疑問(wèn)組織進(jìn)一步的討論。例如，圍繞“溫特實(shí)驗(yàn)需要光照嗎？瓊脂塊有什么作用？實(shí)驗(yàn)中將瓊脂塊放在切去尖端的胚芽鞘一側(cè)，為什么？如果將瓊脂塊放在切去尖端的胚芽鞘中間，又能觀察到怎樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？”等充分挖掘溫特實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵。通過(guò)“激疑—釋疑—再激疑……”，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)溫特實(shí)驗(yàn)的理解，形成不斷探索的科學(xué)精神[2]。

四、引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)植物向光性的原因，揭示生命的奧秘

植物向光性的原因：胚芽鞘尖端產(chǎn)生生長(zhǎng)素（內(nèi)因）→尖端感受單側(cè)光刺激（外因）→生長(zhǎng)素發(fā)生橫向運(yùn)輸并且極性運(yùn)輸（形態(tài)學(xué)上端→形態(tài)學(xué)下端）→尖端下段（伸長(zhǎng)區(qū)）生長(zhǎng)素分布不均勻（背光側(cè)>向光側(cè)）→背光側(cè)生長(zhǎng)較快→植物向光彎曲生長(zhǎng)。

在學(xué)習(xí)此科學(xué)發(fā)現(xiàn)史過(guò)程中，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生用實(shí)證、建模、邏輯、推理、和論證進(jìn)行思維的能力，同時(shí)也要注重培養(yǎng)學(xué)生批判性思維和質(zhì)疑能力，以及學(xué)生獨(dú)立的、個(gè)性的、新穎的思維和想象能力[3]。

五、評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)論，提升科學(xué)探究能力

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)課本“技能訓(xùn)練”的要求，通過(guò)小組交流、討論集中提出幾個(gè)問(wèn)題： 如何驗(yàn)證下端的瓊脂塊含有生長(zhǎng)素？?實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還有哪些點(diǎn)不嚴(yán)密？③如何對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改進(jìn)？④改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)可以得到什么樣結(jié)論？最后改進(jìn)如下圖：

發(fā)散性思維（另外學(xué)生的問(wèn)題）：重力會(huì)影響生長(zhǎng)素的運(yùn)輸嗎？是否需要用失重來(lái)驗(yàn)證重力的作用？是否胚芽鞘自身有抑制胚芽鞘生長(zhǎng)的物質(zhì)存在？基于這些問(wèn)題又該怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)?？有待學(xué)生課后思考或?qū)嶒?yàn)。

此“技能訓(xùn)練” 側(cè)重于訓(xùn)練學(xué)生依據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的要素，對(duì)科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行邏輯推理與論證，分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)密性，同時(shí)有助于學(xué)生理解生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸。關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)發(fā)思路，不搞唯一答案和“一刀切”，以達(dá)到鍛煉科學(xué)思維的目的。

總之，教師在課堂上向?qū)W生傳授生物知識(shí)的同時(shí)，更應(yīng)該以生物知識(shí)為載體，合理的設(shè)計(jì)課堂教學(xué)，從學(xué)生實(shí)際出發(fā)，適時(shí)地將核心素養(yǎng)滲透于課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)生命觀和科學(xué)思維方法，去認(rèn)識(shí)生物世界、去探索生命的奧秘。

參考文獻(xiàn)

[1]吳成軍.基于生物學(xué)核心素養(yǎng)的高考命題研究[J].中國(guó)考試，2016（10）：25.

[2]李安靜.深度學(xué)習(xí)：三段式教學(xué)設(shè)計(jì)[J].新課程（綜合版），2014（11）：27.

[3]周曉強(qiáng).基于生物學(xué)核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)體驗(yàn)[J].中學(xué)生物學(xué)，2016，32（11）：42.