利用生物學史訓練學生科學研究能力

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生物學是一門實驗學科，培養學生的科學探究能力是中學生物教學的一項重要目標。在新一輪高中新課程改革中，培養學生的生物學科核心素養是高中生物教學的重要任務，而“科學探究”和與之密切相關的“理性思維”正是生物學核心素養的兩大重要內容。多年來，《普通高等學校招生全國統一考試大綱》也一直要求學生“具有對一些生物學問題進行初步探究的能力，包括運用觀察、實驗與調查、假說演繹、建立模型與系統分析等科學研究方法”，并采用多種形式加強了對這方面的考查。因此，教師在日常教學中應充分利用教學資源，加強對學生探究能力的培養，使學生逐步具備最關鍵、最必要的基礎素養，并最終形成完善的能力體系，從而促進其終身發展。

現行高中生物教材中有許多生物學發展史的內容，這些內容是教材的一大亮點和特色，也是教學的重要資源。它不僅能體現科學發展的整個歷程，使學生明白科學理論的形成和完善過程，而且可以幫助學生樹立科學發展觀，感受在科學發展的過程中科學家所付出的努力和艱辛，進而培養學生刻苦鉆研、不畏艱難的科學品質。同時，在教學發展史的內容中，包含著許多重要的科學探究思想、方法，充分挖掘其中的價值，讓學生在感悟科學精神的同時學會科學探究的方法，對于提升學生核心素養尤為重要。下面，筆者以人教版高中生物必修教材為例，舉例說明生物學發展史在培養學生科學探究能力方面的應用。

1學會“提出假說”

由于受當時技術水平的限制，人們對于很多生物學現象并不能立即著手進行實驗研究，通常都是先根據已有知識提出假說，對現象進行分析和解釋，待技術成熟后，再通過實驗證實假說是否成立。假說的提出是建立在仔細的觀察、嚴謹的思維和扎實的知識基礎上的，同時還需要大膽、天才的想像。大膽地提出假說，是開展科學實證的前提。在假說的引導下進一步開展實驗，進而取得重大科學發現。教材中有許多這樣的范例。必修1第4章第2節“生物膜的流動鑲嵌模型”中“對生物膜結構的探索歷程”便是如此（表1）。除上述內容外，教材在許多章節都有類似的內容，如孟德爾對性狀分離現象和自由組合現象的解釋、薩頓“基因位于染色體上”的假說、對DNA分子復制方式的推測、對植物向光性的研究中生長素的發現等。在教學時，教師最好不要直接將科學家們的假說告訴學生，而是讓學生根據已有的實驗現象作出猜想，嘗試進行解釋。這樣就能讓學生體會科學家們的研究思路，并能對后續實驗該如何設計以及為何如此設計形成深刻的認識。這樣就有利于激發學生科學探究的熱情，培養學生的發散性思維以及大膽想像的品質。有的學生認為，既然是假說，那就可以是兩種完全相反的觀點，可以“肯定”，也可以“否定”。這其實是錯誤的。提出假說不是隨意編造，而是建立在實驗現象和已有知識基礎上，對實驗現象進行合理分析。這種觀點即使可能最終被證明是錯誤的，但在當時來說，它應具有表面上的合理性和邏輯性，不然就毫無意義。教師在指導學生時，應注意糾正這一片面認識。

2學會“設置對照”

對照原則是設計實驗的基本準則之一。通過設置實驗對照，既可排除無關變量的影響，又可增加實驗結果的可信度和說服力。除了一個因素以外，其余因素都保持不變的實驗叫做對照實驗。通常，一個實驗總分為實驗組和對照組。實驗中人為改變的變量稱為自變量；除自變量外，實驗過程中可能還會存在一些可變因素，對實驗結果造成影響，這些變量稱為無關變量。為了排除無關變量的影響，實驗組和對照組的無關變量應當保持相同且適宜。從理論上說，由于實驗組與對照組的無關變量的影響是相等的、被平衡了的，實驗組與對照組兩者之差異則可認定為是來自于自變量的影響，這樣的實驗結果是可信的。因此，設置對照的主要內容就是如何處理自變量和如何控制無關變量。在“光合作用的探究歷程”中，介紹了多名科學家通過開展對照實驗得出科學結論的故事，歸納如表2所示。能夠設計和實施對照實驗，是高中生物教學對學生實驗探究能力的核心要求。教材內容對此有充分的體現，不但學生分組實驗幾乎都涉及對照，而且在科學發展史方面也多有介紹。近、現代物學發展史也就是一系列對照實驗的進行史。在教學中，教師可適當豐富相關實驗內容，引導學生沿著科學家的思維，分析相關變量，體會對照實驗設計的基本要求，并學會根據結果得出結論。這樣，不但能激發學生的學習興趣，而且提升了科學史的學習價值，有利于培養學生逐步發展理性思維，構建實驗設計的基本模型。

3領悟“假說—演繹法”的研究方法

“假說—演繹法”是一種重要的研究方法，高中生物必修2對此作了專門介紹。在觀察、分析的基礎上提出問題以后，通過推理和想像提出解釋問題的假說，根據假說進行演繹推理，再通過實驗檢驗演繹推理的結論。如果實驗結果與預期結論相符，就證明假說是正確的，反之，則說明假說是錯誤的。學生對該方法的理解普遍存在困難，不能辨析提出假說、演繹推理、實驗檢驗幾個階段以及它們的內在邏輯關系。在教學時，教師可結合教材中孟德爾、摩爾根等人的經典實驗，分解其研究過程，分析其研究思路，幫助學生領悟“假說-演繹法”的內涵，培養學生基于生物學事實和證據，運用演繹與推理批判性思維等方法，探討、闡釋生命現象及規律的能力。在解答遺傳題時，“假說-演繹法”也是常用的方法，熟悉該方法對解決遺傳學問題很有幫助。當不能確定某種性狀的遺傳方式時，可假定其顯隱性關系以及基因的位置，然后根據雜交組合推斷出后代的性狀表現，再將推斷結果與題目已知結果相對比，如果一致，則假設成立，否則，不成立。

4熟悉重要的研究技術

現代科學的重大突破，與技術的革新和進步是密不可分的。在生物學的發展歷程中，一些關鍵技術的誕生和應用對于許多重要生物學規律和事實的認知功不可滅。在學習科學發展史時，教師應適時對有關技術進行恰當的講解，這樣就有助于學生理解研究的原理、過程，并為其今后從事相關專業研究打下堅實的知識基礎?，F將生物必修教材中涉及的幾項重要的研究技術列舉如表3所示。具有一定的科學探究能力是高考對學生能力考查的一項重要內容，也是新課標對培養學生核心素養的明確要求。作為高中生物教師，要將對學生科學探究能力的培養貫穿于教學的全過程。實現這一要求的渠道是多方面的，例如，教材實驗的操作、探究實驗的設計、課外活動的開展等，其中，生物學發展史以其獨有的趣味性、生動性和典型性具有不可替代的作用。教師要充分利用好教材中的這一優質資源，將能力培養融入日常教學，潛移默化地對學生進行科學探究方面的熏陶，讓學生領悟生物學家在研究過程中所持有的觀點以及解決問題的思路和方法，使學生學在其中，樂在其中，成為一個知識、能力、情感全面發展的人。