浙江省杭州市萧山区第十高级中学 311200
摘 要：生物科学史本质上是一部科学探究史，学生通过对生物科学史的学习，既能切身地体会到科学家的探索精神，又能促进学生进一步去深究生物科学的原理和规律。本文结合教学实践，从五个方面阐述利用生物遗传学科学史中丰富的素材来培养和提升学生的科学探究能力。
关键词：遗传学科学史 科学探究能力 学科核心素养
培养学生的科学探究能力是新一轮生物学课程标准明确提出的“培养生物学科核心素养”的中心任务之一。生物遗传学科学史提供了丰富的科学探究事例，蕴含着大量探究教学的优秀资源，因此，生物遗传学科学史的教学，不能仅满足于让学生获得生物学基础知识，而是要让学生领悟科学家在科学探究过程中所持有的观点、思路和方法，逐步增强学生对自然科学现象的分析与理解能力，激发学生的好奇心和求知欲，进一步掌握科学探究的基本思路和方法，促进科学探究能力提升，培养生物学学科核心素养。
一、回顾经典实验，树立科学探究意识
生物科学史尤其是遗传学科学史的发展历程本质上就是不断发现问题、思考问题、解决问题的过程。这个过程是通过做出实验假说，设计实验来进一步验证实验假说的探索过程。在高中生物授课的过程中，生物教师可以向学生展示遗传学科学史中的一些经典实验，指导学生对这些经典实验进行全面的分析和领悟。
例如，在进行孟德尔定律的教学过程中，笔者详细地介绍了遗传性状杂交实验过程和孟德尔遗传定律的提出过程。孟德尔以豌豆作为实验材料进行了长达八年的杂交实验，分析七对相对性状的先杂交再自交实验结果，用统计学得出的权威数据和科学事实有效地推翻了性状遗传理论和融合理论，提出了遗传学的两条基本规律，为遗传学的诞生和发展奠定了基础。并且孟德尔实验过程所使用的假说演绎法，已经成为了研究现代遗传学的基本方法之一。
通过对孟德尔遗传性状的经典杂交实验、演绎测交实验的回顾，全方位地向学生展示了科学家过人的智慧和丰富的想象能力，使学生在学习中感受科学家努力探索、不断追求的科学态度和科学精神。同时对生物遗传科学史中一系列经典实验进行深层次的分析和解读，有助于学生培养有创新思维的头脑，引导学生树立科学的探究意识。
二、体验探究过程，掌握科学探究方法
生物科学史教学的精髓在于引导学生掌握生物科学的探究方法，体验科学的探究过程，培养学生的生物实验设计能力。教学中笔者通过对遗传学科学史中探究性的生物实验进行全方位的剖析，使学生在深入理解实验设计思路的基础上，能够全面地对生物实验材料的选取、实验条件的设置、对照组实验的设计、实验的具体操作、实验结果分析、实验结论的交流和总结等方面进行吸收和体会，由此掌握科学探究的具体方法。
例如 在进行遗传的物质基础教学中，笔者首先展示肺炎双球菌转化实验中的活体细菌转化和离体细菌转化实验，通过小组合作学习的教学模式，将全体学生分成两组，每个组员通过相互合作的模式来比较两组实验，加深对格里菲斯提出的“转化因子”的理解，并深刻体会艾弗里的肺炎双球菌离体转化实验过程、结果和结论。由于该结论不能使人彻底消除蛋白质等其他物质也可能是遗传物质的质疑，科学家又经历了纷繁复杂的探究过程，直到赫尔希和蔡斯利用噬菌体侵染大肠杆菌的实验为DNA是遗传物质提供了令人信服的证据。为了充分理解和掌握得出正确结论的科学探究方法，可以列表比较三种探究方法的异同点。
表1. DNA是遗传物质证据的探究实验
通过有效的对比实验，可以体验不同阶段各个科学家的研究方法和历程，让学生在体验科学探究的过程中切身地感受到科学探究方法的严谨性与科学性，并有意识地引导学生总结出生物科学探究的基本思路：发现问题-思考问题-做出假设-设计实验-方案实施-分析结果-再次实验-得出结论。这既培养了学生发现、分析和解决问题的能力，又让学生掌握了生物实验设计，得出实验结论的科学探究方法。
三、拓展科学思维，提升科学探究能力
运用生物学事实、概念进行思维，运用证据、逻辑进行论证是生物科学思维的核心。科学思维的拓展，科学探究能力的提升，需要在日常教学过程中让学生得到综合训练，教师可以筛选生物遗传学科学史中蕴含的探究内容，尤其是有必要将相互关联的科学探究内容整合到一起进行教学，这样既有利于学生知识的融会贯通，又能训练和拓展学生的科学思维，提升其科学探究能力。
例如，在进行遗传模块教学的过程中，笔者让学生综合分析科学史中的一系列有关遗传的实验、猜想和假说等内容，拓展科学思维，提高实验设计能力。如1.孟德尔的豌豆杂交实验中正反交实验中为什么子一代性状都一致？为什么七对相对性状的杂交实验子二代中显隐性性状之比都为3：1？以及如何设计实验来验证对分离现象解释的验证？2.结合魏斯曼有关减数分裂中染色体行为的预言和萨顿遗传因子（基因）位于染色体上的假说，如何进一步来解释孟德尔遗传定律的实质？3.摩尔根用果蝇眼色性状来重复孟德尔遗传杂交试验所出现的不同现象—子二代白眼果蝇为什么只在雄性中出现？让学生对该实验“异常”的现象进行分析和思考，进而提出自己的实验假设，由此来体验摩尔根提出伴性遗传现象的科学思维过程。4.引导学生相互讨论摩尔根进行的果蝇两对体色性状杂交所得子一代的测交实验后代为什么不是1：1：1：1，而是1：1？提出自己的推断，并分析摩尔根实验的过程进行相应的补充和完善，由此来感悟连锁和互换定律提出的思维过程。
通过上述教学活动，引导学生对生物学家使用的研究方法进行系统性的总结，使学生领会内在的科学精神和科学思维（如假说演绎、类比推理等）。同时积极地鼓励学生发现和解决问题，充分发挥自己的想象力，通过变被动式接收学习为过程式探究学习，既能体会生物学知识的探究过程，又能让学生的科学思维得到拓展，提升科学探究的能力。
四、构建质疑情境、拓展探究空间
学习重在思考，思考源于质疑。科学家正是在这种不断质疑的基础上才有不断的突破和创新，同样学生也要有一种怀疑精神，要敢于多思、多问。在教学中教师要注重培养学生多疑、多思、多问，从而形成多学的认知规律，激发学生的探究动机。对生物遗传学科学史探究实验，教师要对其进行选择和再加工，利用形象生动的语言描述，精心构建与学生已有认知相冲突的质疑情境，使学生产生认知困惑，大胆质疑，提出问题。再组织学生筛选已提出的问题，选出符合当前教学内容的、有价值的问题，作为探究的切入点，进一步探索。
例如在“DNA分子的结构和复制”教学中，教材对科学家的探索、发现过程是以课外读物和资料分析的形式介绍的，特别是对科学家在分析和质疑的基础上进一步的探究过程、实验方法、态度精神等都没有做详细说明，因此在教学中笔者充分挖掘威尔金斯和富兰克林观点，组织学动手制作沃森和克里克DNA双螺旋结构模型，分析米西尔逊和斯塔尔的同位素标记实验，充实教材内容。虽然沃森和克里克在DNA双螺旋结构基础上提出了DNA半保留复制的假说，半保留复制模型比当时已存在全保留复制和弥散复制模型看起来简单易行的多，但始终让人怀疑准确性，缺乏有说服力的证据。现实环境中有没有可以探究DNA分子复制特点的情境呢？因此教师要带领学生“穿越”历史时空、构建质疑情境、经历探索过程、提出新的问题—如何探究DNA分子的半保留复制？追随科学家的脚步，进一步探索、拓展探究空间（如表2）。
表2. DNA分子复制的拓展探究
不难发现，通过构建质疑教学情境，分析生物学实践性问题，能够更好地引导学生进行思维的扩散，提出自己独到的生物见解，由此提出新的问题进一步探究，这样不仅能够显著地提高学生的思维能力，并且还能拓展学生探究能力。
五、反思研究方式，巩固科学探究效果
让学生经历生物学知识的探索过程，进而不断地发现问题、思考问题，最终解决问题，实现由知识的学习者到科学真相探究者的转变。这个转变的过程，有助于学生进行生物科学知识的进一步探讨，切身地体会到生物学知识的探究过程就是不断开拓、继承、修正、发展和完善的过程，有助于更好地培养学生的观察能力、思维能力和解决能力，提高学生进行科学探究的综合技能，全面地掌握科学探究的方式，巩固科学探究效果。
例如，组织学生通过制作“假象的家族”家系图来进一步理解遗传的基本规律，通过对人类遗传病的研究方式的研究来反思研究方式，提升和巩固科学探究效果。
在讲解生物遗传学科学史中的探究历程时，既要尽可能地启发学生的科学思维，引导学生反思和总结科学家的研究方式，还要让学生切身地体验生物理论形成的过程，针对前人的研究方式，提出自己独到的见解并对前人的研究方式进行完善，将自己的想法应用到探究实验中去，激发学习的兴趣和动力，从而深刻地理解生物科学探究的原理和实质，巩固科学探究效果。
综上所述，生物教师在高中生物教学过程中，应该综合生物教学的方法、目标、要求和学生认知水平等各种因素，全方位向学生展示生物科学史的发展过程，合理利用生物遗传学科学史中的探究资源，引导学生形成自主思考和探索求知的研究思维，形成勇于创新的科学精神，使学生全面掌握科学的研究方法，提高科学探究能力，提升生物学科核心素养。
参考文献
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[4]刘文銮 高中生物教学中科学史教育的渗透[D].福建教育学院学报，2017，（12），20。
论文作者:李超
论文发表刊物:《教育学文摘》2019年2月总第290期
论文发表时间:2019/1/10
标签：科学论文; 孟德尔论文; 遗传学论文; 学生论文; 过程论文; 生物论文; 能力论文; 《教育学文摘》2019年2月总第290期论文;