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(guò)光合作用的探究歷程的教學(xué)及分析，說(shuō)明可以通過(guò)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)指出：生物科學(xué)素養(yǎng)是指公民參加社會(huì)生活、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、生產(chǎn)實(shí)踐和個(gè)人決策所需的生物科學(xué)知識(shí)、探究能力以及相關(guān)的情感態(tài)度與價(jià)值觀。主要是包括了三方面的內(nèi)容：生物科學(xué)知識(shí)、生物科學(xué)方法和科學(xué)思想。同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)身的精神。這對(duì)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(guò)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(lái)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(jì)意圖光合作用的探究歷程，如果只是照本宣科，或者簡(jiǎn)單的講解，使得同學(xué)們對(duì)科學(xué)史的認(rèn)識(shí)停留在對(duì)人物、時(shí)間、事件的記憶這樣一個(gè)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(shí)質(zhì)上提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，而且還會(huì)增加課業(yè)負(fù)擔(dān)，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(jì)實(shí)驗(yàn)等多元化教學(xué)方式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，將探究光合作用的各實(shí)驗(yàn)進(jìn)行巧妙地連接過(guò)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(shí)貫穿實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般原則：?jiǎn)我蛔兞吭瓌t、對(duì)照原則等，力求讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探索的過(guò)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(guò)程設(shè)疑 植物為什么長(zhǎng)大？所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)自哪里？投影 歷史材料：公元前3世紀(jì)，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(diǎn)長(zhǎng)期被捧為經(jīng)典。設(shè)疑 此觀點(diǎn)是否正確？怎樣證實(shí)？投影 資料11642年 比利

4、時(shí) 海爾蒙特實(shí)驗(yàn)：柳樹的實(shí)驗(yàn)設(shè)疑 此實(shí)驗(yàn)的自變量是什么？因變量是什么？在當(dāng)時(shí)的情況下，此實(shí)驗(yàn)?zāi)艿贸鍪裁唇Y(jié)論呢？學(xué)生活動(dòng) 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(guò)實(shí)驗(yàn)，海爾蒙特推翻了亞里士多德的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，那他的實(shí)驗(yàn)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(duì)植物的生長(zhǎng)有影響嗎？投影 資料2：英國(guó) 普利斯特利實(shí)驗(yàn)(Flash動(dòng)畫演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程)學(xué)生活動(dòng) 思考討論1.幾組實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是什么？2.有無(wú)植物的兩組實(shí)驗(yàn)裝置起什么作用？3.該實(shí)驗(yàn)裝置中玻璃罩有什么作用？（引導(dǎo)分析，并指出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的基本原則：對(duì)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(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明什么問題？學(xué)生活動(dòng) 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(dāng)時(shí)的知識(shí)條件，還沒有研究出空氣的成分，所以，當(dāng)時(shí)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(shí)驗(yàn)，得到相反的結(jié)果，所以有人認(rèn)為植物也能使空氣變污濁。設(shè)疑 為什么相同的實(shí)驗(yàn)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(yáng)英格豪斯經(jīng)過(guò)500多次的實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)只有在陽(yáng)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(gè)過(guò)程中,綠葉吸收的光能哪里去了?投影 資料4：1845年，德國(guó)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(shí)驗(yàn)（1864年）學(xué)生活動(dòng) 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(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，而不是用兩片葉子做實(shí)驗(yàn)？各小組展示討論結(jié)果 小組發(fā)言并進(jìn)行補(bǔ)充，教師做鼓勵(lì)性評(píng)價(jià)，并進(jìn)行總結(jié)。結(jié)合課件引導(dǎo)歸納每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并同步

7、板書： 過(guò)渡 科學(xué)家們通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)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(duì)光合作用的研究并沒有停止，又進(jìn)一步提出了新的問題：產(chǎn)物中的O2來(lái)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(lái)自于CO2，O2來(lái)自于H2O，既來(lái)自于H2O又來(lái)自于CO2。對(duì)學(xué)生的假設(shè)進(jìn)行鼓勵(lì)性評(píng)價(jià)，表?yè)P(yáng)他們思維的嚴(yán)密性，再展示魯賓卡門的假設(shè)。引導(dǎo) 如何驗(yàn)證你的假設(shè)是否正確？肯定是做實(shí)驗(yàn)，用什么方法呢？講述 放射性同位素可用于追蹤物質(zhì)的運(yùn)行和變化規(guī)律。用放射性同位素標(biāo)記的化合物，化學(xué)性質(zhì)不會(huì)改變?？茖W(xué)家通過(guò)追蹤放射性同位素標(biāo)記的化合物，可以弄清化學(xué)反應(yīng)的詳細(xì)過(guò)程。這種方法叫做同

8、位素標(biāo)記法。學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以小組為單位，選擇一種假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。 注意以下問題：實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)裝置 遵循的實(shí)驗(yàn)原則 釋放氣體的收集和檢測(cè) 預(yù)期結(jié)果小組討論設(shè)計(jì)思路，展示他們的小組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過(guò)全體同學(xué)的質(zhì)疑和探討，完善實(shí)驗(yàn)方案。點(diǎn)評(píng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，肯定他們的優(yōu)點(diǎn)，指出存在的不足。投影 資料6：20世紀(jì)30年代，美國(guó)科學(xué)家魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn) 課件展示動(dòng)畫實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并引導(dǎo)得出結(jié)論：光合作用釋放的氧氣來(lái)自水。設(shè)疑 光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物又是怎樣合成的呢？投影 資料7：20世紀(jì)40年代美國(guó)卡爾文用14C標(biāo)記14CO2，供小球藻進(jìn)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(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的時(shí)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(guò)程及與物理學(xué)、化學(xué)的關(guān)系。3、科學(xué)實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)的一般原則。學(xué)生交流 光合作用的探究歷程對(duì)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(shí)點(diǎn)學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)，因此關(guān)于知識(shí)并不是教學(xué)的重點(diǎn)，重點(diǎn)在于探究歷程和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。在教學(xué)過(guò)程中，采取“提出問題探究解決問題”的教學(xué)方法，對(duì)涉及到的科學(xué)史材料進(jìn)行了不同方式的處理，重點(diǎn)分析了四個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。對(duì)海爾蒙特的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)中的自變量和因變量，海爾蒙特對(duì)自變量控制方法，以及實(shí)驗(yàn)結(jié)論的準(zhǔn)確性，使學(xué)生在分析的過(guò)程中體會(huì)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)必須注意的兩個(gè)

10、變量及自變量設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性；對(duì)普利斯特里的實(shí)驗(yàn)，采用讓學(xué)生根據(jù)動(dòng)畫材料，以討論的形式，分析有無(wú)植物的實(shí)驗(yàn)裝置在實(shí)驗(yàn)中的作用，以及實(shí)驗(yàn)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(huì)并總結(jié)出實(shí)驗(yàn)必須遵循的原則：對(duì)照原則和單一變量原則，了解科學(xué)研究的方法及實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。隨后用相反的實(shí)驗(yàn)結(jié)論引出英格豪斯的實(shí)驗(yàn)過(guò)程結(jié)果，使學(xué)生體會(huì)科學(xué)精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度；對(duì)薩克斯的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)分組討論、表達(dá)交流的方式，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析表達(dá)能力，讓學(xué)生進(jìn)一步明確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)遵循的原則，感悟科學(xué)的方法和變量控制的嚴(yán)謹(jǐn)性，提高學(xué)生分析問題，解決問題的能力；對(duì)魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)，則采用了讓學(xué)生參與假設(shè)，然后再分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家

11、的實(shí)驗(yàn)作為學(xué)生設(shè)計(jì)的驗(yàn)證和分析結(jié)果，該過(guò)程對(duì)學(xué)生的假設(shè)能力進(jìn)行了鍛煉和培養(yǎng)，通過(guò)課堂實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，及時(shí)加深鞏固本節(jié)課所學(xué)習(xí)、涉及到的實(shí)驗(yàn)原理和方法，并培養(yǎng)了學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，以及實(shí)驗(yàn)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(gè)教學(xué)層層遞進(jìn)，環(huán)環(huán)相扣，讓學(xué)生在科學(xué)史的的學(xué)習(xí)過(guò)程中加深對(duì)光合作用知識(shí)的理解和掌握，對(duì)科學(xué)探究有一個(gè)比較完整的認(rèn)識(shí)，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(shí)踐中逐步形成科學(xué)探究的能力。同時(shí)，在探究問題的過(guò)程中，使學(xué)生感受到知識(shí)產(chǎn)生與發(fā)展是受當(dāng)時(shí)科學(xué)發(fā)展水平限制的，并通過(guò)一些具體的數(shù)據(jù)：500多次、300多年，讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)上的每一項(xiàng)發(fā)明和發(fā)現(xiàn)的背后都凝聚著無(wú)數(shù)探索者的辛勤勞動(dòng)，更好地理解生物學(xué)的發(fā)展史就是一部眾多生