例談利用生物科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)

1、例談利用生物科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)摘要：提高科學(xué)素養(yǎng)是新課程改革的核心任務(wù)，生物科學(xué)史是提高科學(xué)素養(yǎng)的良好素材。本文通過光合作用的探究歷程的教學(xué)及分析，說明可以通過不同形式的探究式教學(xué)，挖掘科學(xué)史中科學(xué)素養(yǎng)的素材，有針對性地培養(yǎng)學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)。關(guān)鍵詞：光合作用探究歷程 培養(yǎng) 生物科學(xué)素養(yǎng)高中生物新的課程標準的目標是：面向全體學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。普通高中生物課程標準指出：生物科學(xué)素養(yǎng)是指公民參加社會生活、經(jīng)濟活動、生產(chǎn)實踐和個人決策所需的生物科學(xué)知識、探究能力以及相關(guān)的情感態(tài)度與價值觀。主要是包括了三方面的內(nèi)容：生物科學(xué)知識、生物科學(xué)方法和科學(xué)思想。同時標準指出：

2、學(xué)習(xí)生物科學(xué)史能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家獻身的精神。這對提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是很有意義的。如何在生物教學(xué)中發(fā)揮學(xué)生的主體性，引導(dǎo)學(xué)生通過生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)，使生物科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)與生物科學(xué)史教育水乳交融地結(jié)合起來呢？下面，以光合作用的探究歷程的教學(xué)為例，探討科學(xué)史教學(xué)中的科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)。一、教學(xué)設(shè)計意圖光合作用的探究歷程，如果只是照本宣科，或者簡單的講解，使得同學(xué)們對科學(xué)史的認識停留在對人物、時間、事件的記憶這樣一個水平上，或者讓學(xué)生單純地了解科學(xué)結(jié)論和技術(shù)成果，這些做法不但不能從實質(zhì)上提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，而且還會增加課業(yè)負擔，引起學(xué)生的反感情緒。

3、本節(jié)課以科學(xué)發(fā)現(xiàn)的先后順序作為構(gòu)建框架的主線，遵循科學(xué)家的探索思路，采用資料閱讀、資料分析、學(xué)生討論、設(shè)計實驗等多元化教學(xué)方式，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，將探究光合作用的各實驗進行巧妙地連接過渡，自然引出化學(xué)反應(yīng)的原料、產(chǎn)物，以及與物理學(xué)、化學(xué)發(fā)展的關(guān)系，同時貫穿實驗設(shè)計的一般原則：單一變量原則、對照原則等，力求讓學(xué)生體驗科學(xué)探索的過程，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的方法。二、教學(xué)內(nèi)容及過程設(shè)疑 植物為什么長大？所需營養(yǎng)物質(zhì)來自哪里？投影 歷史材料：公元前3世紀，古希臘學(xué)者亞里斯多德曾經(jīng)提出：土壤是構(gòu)成植物體的原材料。這一觀點長期被捧為經(jīng)典。設(shè)疑 此觀點是否正確？怎樣證實？投影 資料11642年 比利

4、時 海爾蒙特實驗：柳樹的實驗設(shè)疑 此實驗的自變量是什么？因變量是什么？在當時的情況下，此實驗?zāi)艿贸鍪裁唇Y(jié)論呢？學(xué)生活動 思考討論發(fā)言結(jié)論：水分是植物建造自身的原料。設(shè)疑 通過實驗，海爾蒙特推翻了亞里士多德的錯誤觀點，那他的實驗結(jié)論完全正確嗎？從植物生活環(huán)境的角度分析，還應(yīng)考慮什么因素？學(xué)生 討論發(fā)言 引導(dǎo)提出問題 空氣對植物的生長有影響嗎？投影 資料2：英國 普利斯特利實驗(Flash動畫演示實驗過程)學(xué)生活動 思考討論1.幾組實驗的現(xiàn)象是什么？2.有無植物的兩組實驗裝置起什么作用？3.該實驗裝置中玻璃罩有什么作用？（引導(dǎo)分析，并指出實驗設(shè)計中的基本原則：對照、單一變量等） 3、蠟燭燃燒和小白

5、鼠呼吸需要的是什么氣體？4、這個實驗說明什么問題？學(xué)生活動 思考討論回答問題學(xué)生回答是氧氣，但要引導(dǎo)學(xué)生知道當時的知識條件，還沒有研究出空氣的成分，所以，當時的結(jié)論是：植物可以更新空氣。講述 有人重復(fù)了普利斯特利的實驗，得到相反的結(jié)果，所以有人認為植物也能使空氣變污濁。設(shè)疑 為什么相同的實驗結(jié)論相反呢？植物在什么情況下可以更新空氣呢？投影 資料3：1779年，荷蘭的揚英格豪斯經(jīng)過500多次的實驗，把帶葉的枝條放到水里才能更新空氣。講述 這段資料表明：普利斯特利的實驗只有在陽光照射下才能成功；植物體只有綠葉才能更新空氣。那么植物吸收了什么氣體，釋放出什么氣體？直到1785年，由于發(fā)現(xiàn)了空氣的組成

6、，人們才明確這一結(jié)果?？梢娚锟茖W(xué)的發(fā)展需要建立在其他學(xué)科的基礎(chǔ)上。在這個過程中,綠葉吸收的光能哪里去了?投影 資料4：1845年，德國科學(xué)家梅耶根據(jù)能量轉(zhuǎn)換和守恒定律指出光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能。設(shè)疑 化學(xué)能貯存在什么物質(zhì)中？投影 出示資料5：薩克斯的實驗（1864年）學(xué)生活動 分組討論第一組：暗處理的目的是什么？葉片一半曝光，另一半遮光，目的是什么？第二組：碘蒸氣處理葉片，目的是什么？這個實驗成功證明了什么？ 第三組：自變量、因變量是什么？第四組：為何用一片葉子做實驗，而不是用兩片葉子做實驗？各小組展示討論結(jié)果 小組發(fā)言并進行補充，教師做鼓勵性評價，并進行總結(jié)。結(jié)合課件引導(dǎo)歸納每個實驗結(jié)論，并同步

7、板書： 過渡 科學(xué)家們通過上述實驗明確了光合作用的原料、產(chǎn)物及反應(yīng)條件。但是，科學(xué)家對光合作用的研究并沒有停止，又進一步提出了新的問題：產(chǎn)物中的O2來源是CO2還是H2O？ 問題 你的假設(shè)是什么？學(xué)生發(fā)言 學(xué)生的假設(shè)有三種，O2來自于CO2，O2來自于H2O，既來自于H2O又來自于CO2。對學(xué)生的假設(shè)進行鼓勵性評價，表揚他們思維的嚴密性，再展示魯賓卡門的假設(shè)。引導(dǎo) 如何驗證你的假設(shè)是否正確？肯定是做實驗，用什么方法呢？講述 放射性同位素可用于追蹤物質(zhì)的運行和變化規(guī)律。用放射性同位素標記的化合物，化學(xué)性質(zhì)不會改變?？茖W(xué)家通過追蹤放射性同位素標記的化合物，可以弄清化學(xué)反應(yīng)的詳細過程。這種方法叫做同

8、位素標記法。學(xué)生活動 設(shè)計實驗以小組為單位，選擇一種假設(shè)，設(shè)計實驗。 注意以下問題：實驗材料、實驗裝置 遵循的實驗原則 釋放氣體的收集和檢測 預(yù)期結(jié)果小組討論設(shè)計思路，展示他們的小組實驗設(shè)計方案。經(jīng)過全體同學(xué)的質(zhì)疑和探討，完善實驗方案。點評學(xué)生的實驗設(shè)計，肯定他們的優(yōu)點，指出存在的不足。投影 資料6：20世紀30年代，美國科學(xué)家魯賓和卡門的實驗 課件展示動畫實驗過程，并引導(dǎo)得出結(jié)論：光合作用釋放的氧氣來自水。設(shè)疑 光合作用產(chǎn)生的有機物又是怎樣合成的呢？投影 資料7：20世紀40年代美國卡爾文用14C標記14CO2，供小球藻進行光合作用，探明了CO2中的C的去向，稱為卡爾文循環(huán)。歸納整理 1、科

9、學(xué)家進行科學(xué)實驗的時間順序。 2、光合作用所需原料、條件及生成產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)過程及與物理學(xué)、化學(xué)的關(guān)系。3、科學(xué)實驗體現(xiàn)的一般原則。學(xué)生交流 光合作用的探究歷程對你有什么啟示？你有哪些感悟？三、教學(xué)反思與感悟在本節(jié)課的教學(xué)中，涉及到的光合作用的知識點學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過，因此關(guān)于知識并不是教學(xué)的重點，重點在于探究歷程和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。在教學(xué)過程中，采取“提出問題探究解決問題”的教學(xué)方法，對涉及到的科學(xué)史材料進行了不同方式的處理，重點分析了四個經(jīng)典實驗。對海爾蒙特的實驗，讓學(xué)生分析實驗中的自變量和因變量，海爾蒙特對自變量控制方法，以及實驗結(jié)論的準確性，使學(xué)生在分析的過程中體會到科學(xué)實驗必須注意的兩個

10、變量及自變量設(shè)計的嚴謹性；對普利斯特里的實驗，采用讓學(xué)生根據(jù)動畫材料，以討論的形式，分析有無植物的實驗裝置在實驗中的作用，以及實驗裝置中玻璃罩的作用，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析能力，使學(xué)生體會并總結(jié)出實驗必須遵循的原則：對照原則和單一變量原則，了解科學(xué)研究的方法及實驗的過程。隨后用相反的實驗結(jié)論引出英格豪斯的實驗過程結(jié)果，使學(xué)生體會科學(xué)精神和嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度；對薩克斯的實驗，通過分組討論、表達交流的方式，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析表達能力，讓學(xué)生進一步明確設(shè)計實驗遵循的原則，感悟科學(xué)的方法和變量控制的嚴謹性，提高學(xué)生分析問題，解決問題的能力；對魯賓和卡門的實驗，則采用了讓學(xué)生參與假設(shè)，然后再分組設(shè)計實驗，科學(xué)家

11、的實驗作為學(xué)生設(shè)計的驗證和分析結(jié)果，該過程對學(xué)生的假設(shè)能力進行了鍛煉和培養(yǎng)，通過課堂實驗設(shè)計，及時加深鞏固本節(jié)課所學(xué)習(xí)、涉及到的實驗原理和方法，并培養(yǎng)了學(xué)生設(shè)計實驗的能力，以及實驗結(jié)果的預(yù)期的能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新精神。整個教學(xué)層層遞進，環(huán)環(huán)相扣，讓學(xué)生在科學(xué)史的的學(xué)習(xí)過程中加深對光合作用知識的理解和掌握，對科學(xué)探究有一個比較完整的認識，從中領(lǐng)悟科學(xué)探究的原則和一般方法，養(yǎng)成正確的科學(xué)態(tài)度，使學(xué)生在“學(xué)科學(xué)、做科學(xué)”的實踐中逐步形成科學(xué)探究的能力。同時，在探究問題的過程中，使學(xué)生感受到知識產(chǎn)生與發(fā)展是受當時科學(xué)發(fā)展水平限制的，并通過一些具體的數(shù)據(jù)：500多次、300多年，讓學(xué)生體會到科學(xué)上的每一項發(fā)明和發(fā)現(xiàn)的背后都凝聚著無數(shù)探索者的辛勤勞動，更好地理解生物學(xué)的發(fā)展史就是一部眾多生