运用生物学史培养学生科学素质的探索
天津市第五十七中学 王春易
摘 要
本文简要探讨了科学素质的含义和内容，提出了运用生物学史培养学生科学素质的主要途径和方法，阐述并分析了实验结果，表明运用生物学史培养学生科学素质的可能性。
关键词 科学素质 生物学史 培养
一、
课题的提出
在素质教育不断深化的今天，学生科学素养的培养越来越受到重视，人民教育出版社编著的《全日制普通高级中学生物教科书》（试验修订本.必修）加大了生物科学史的内容，为培养学生的科学素质提供了丰富的素材。每一部生物科学史都闪耀着科学家智慧的火花，凝集着科学家不懈的探索，蕴含着科学的思维品质和方法，用这些知识教育学生要比单纯的了解科学结论更有趣，更有意义。因此运用生物学史探索培养学生科学素质的途径和方法，对于转变教育教学观念，推动教改进程，提高学生的科学素质具有重要意义。
二、
学素质的含义和内容
科学素质是指从小养成的，不断发展的，最基本的但又是终身起作用的科学素养和心理品质，是在家庭、学校、社会的教育环境中逐步形成的。它包括科学思想道德、科学文化知识、科学态度和精神、科学思维和方法、科学技能和创新意识、科学价值观等等。本课题主要是运用生物学史的内容重点培养学生的科学情感、科学思维和科学方法、以及应用科学知识解决问题的能力等科学素质。
三、
运用生物学史培养学生科学素质的途径和方法
（一）运用生物学史培养学生的科学情感
生物学史中蕴含着丰富的教育养料，经典的故事或实验往往能给学生带来许多有益的启迪。榜样的力量是无穷的，讲述生物学家们废寝忘食、百折不挠地追求真理的故事，是培养学生科学情感的有效方法之一。
例如：从初中到高中，学生都学习了绿色植物的光合作用，但是教科书中一个简单的反应式却经历了科学家近300年的不懈追求和孜孜探索，有许多经典的故事和实验至今为人称道，这段历史就是培养学生科学情感的良好素材。
1、1648年，荷兰医生范. 赫尔蒙特（Van Helmont）对盆栽柳树和盆土的重量变化做了精确的称量实验。虽然他没有考虑到空气的影响，没有得出正确的结论，但是他的工作为后来的科学研究提供了基础和经验，也使学生领悟到：科学发现都是从未知开始的，是一代代科学家不断探索的过程。
2、1772年英国科学家约瑟夫. 普里斯特利（Joseph
Priestley）在前人工作的基础上进行了新的实践，使我们对光合作用的认识又深入了一步，绿色植物在光下可以释放氧气。也使学生领悟到：科学发现是一个不断由未知走向已知的过程，是一个不断发现真理的过程。
3、1864年，德国科学家萨克斯利用了淀粉遇碘变蓝的化学知识，成功地证明了绿色叶片经过光合作用产生了淀粉。学生们在实验室里重复了这个实验，神奇的现象和实验结果增强了他们探索生物奥秘的信心和勇气。
4、1880年德国生物学家恩吉尔曼（C．Engelmann）的光合作用实验更让学生们对科学家超人的智慧和绝妙的想象力赞叹不已！ 通过对实验的深入分析使学生体会科学家巧妙的构思，体会出从事科学研究的乐趣，使学生对科学充满了无限的向往。
5、光合作用的一个核心问题是：释放氧气中的氧是来自水还是来自二氧化碳？1941年美国科学家鲁宾和卡门采用了同位素标记技术解决了这个问题。这一组实验使学生感受到：一项科学成果的取得有时需要综合利用各学科的成果和研究手段，从而激励学生要想献身科学事业，必须努力学习各门课程，掌握全面丰富的科学知识。
总之，光合作用这段曲折、生动的发现历程，科学家们这些追求真理，探索真理的丰富典型事例，激发、培养了学生渴求科学知识、热爱科学、献身科学的情感。
（二）运用生物学史培养学生的科学思维和科学方法
生物科学的发展历史，既是一部正确思维与错误思维反复激烈斗争的历史，又是一部先进科研方法不断取代落后科研方法的历史。因此，在生物教学中充分运用生物学史的内容，能够培养学生的科学思维和科学方法。
例如：现代遗传学的奠基人——孟德尔就是一个典型的成功事例。通过分析孟德尔试验成功的经验，可以让学生在理解科学知识的同时，受到科学的思维方法和研究方法的教育。
1、科学的取材
孟德尔采用的实验方案与前人不同，正如他自己所说的：“任何试验的价值与用途决定于材料是否适合于它所作用的目的。” 正是基于这样的思想，他选择了闭花传粉且有显著性状差异的豌豆做实验材料，这样就使他的实验结果既可靠又容易区分。这一点会启示学生：实验材料是实验成功的一个关键，科学的选材还会导致新的科学发现。
2、贯彻了由简单到复杂的原则
孟德尔先研究一对相对性状，再研究多对相对性状，这种由简到难的研究方法也是孟德尔获得成功的重要原因。这一点会让学生体会出：在实验设计中控制单一变量的重要性，指导学生在学习中，也应该从易到难，学会科学的思维，掌握科学的方法。
3、对实验结果的科学统计和分析
孟德尔在试验中，没有被杂交后代复杂的现象和繁多的数据所迷惑，而是应用了统计学的方法对实验结果进行分析，从而揭示了遗传定律。这一点会启示学生：要逐渐学会善于在纷繁复杂的事物中找出内在的联系，找出规律性的东西，做学习上的探索者。
4、科学的设计了试验程序
孟德尔在杂交试验中，还科学的设计了试验程序，即：发现问题→提出假设→设计试验验证假设→亲自试验→统计分析结果→得出结论。通过分析孟德尔的试验程序，使学生掌握了科学研究的一般方法，也同样会帮助学生利用这种科学的方法去发现新问题，解决新问题。
（三）运用生物学史培养学生解决问题的能力
整个生物科学的发展史，就是生物学家们应用已有的生物知识不断提出问题、分析问题从而解决问题的历史。所以运用生物学史重温生物学家们解决问题的过程，自然就提高了自身解决问题的能力。
例如：在处理“生长素的发现”这部分教材时，我一方面指导学生利用玉米做替代材料，重复了科学家的实验，使学生在“做科学”过程中受到科学方法的训练。另一方面，引导学生利用现有知识提出新问题，解决问题，并得出结论（表一）。
表一：对生长素发现实验的补充和完善
|
教师引导学生提出的新问题 |
学生的创新实践活动 |
得出结论 |
|
2、胚芽鞘的哪一部分明显生长？ |
1、
分析、讨论，提出建议： 在胚芽鞘上均匀的涂上颜色或画上横线或竖线 2、
经过讨论，最后确立画竖线更容易操作 3、
设计实验并提出预期： 4、
学生亲自实验并观察结果 5、 得出结论 |
1、胚芽鞘的尖端是指实线断裂处以上的部分，长度约为2mm 2、胚芽鞘尖端以下的部分明显生长。 |
四、
实验效果和体会
（一）本课题的研究提高了学生的科学素质
本课题以生物学史的研究为突破口，将培养学生的科学素质放在首位，通过自学、讨论科学发现的故事培养学生爱科学，学科学，立志献身科学事业的科学情感；通过分析、研究科学家的实验设计思路，引导学生学习科学的思维方法和研究方法；通过引导学生动脑、动手亲自实践，培养学生解决实际问题的能力，提高学生的科学素质。实验前后对实验班学生进行了科学素质评价的调查（表二），结果表明：实验班学生各项科学素质的成绩较实验前都有了明显的提高，特别是科学思维、科学方法这两项提高的幅度比较大。
表二：实验前后实验班学生科学素质
成绩平均值和差值
|
样本 |
科学情感 |
科学思维 |
科学方法 |
解决问题的能力 |
|
实验前成绩 |
7．67 |
5．60 |
5．23 |
5．52 |
|
实验后成绩 |
8．90 |
7．90 |
7．65 |
7．50 |
|
成绩差值 |
1．23 |
2．30 |
2．42 |
1．98 |
（二 ）有利于调动学生的非智力因素
本课题的研究自始至终都是以学生为中心开展的，课题结束前，对实验班学生进行了有关学习生物情绪情况的调查（表三），结果表明：实验班的同学在实验前后学习生物课的情绪有了明显的好转，课题的实施确实增强了学生学习的信心、学习的兴趣，学习的意志，提高了非智力因素。
表三：实验前后实验班学生学习生物情绪调查表
|
样本 |
生物课的学习情绪 |
|||||
|
学习有趣味 |
学习有信心 |
生物知识有规律 |
生物知识易学易懂 |
主动学习 |
刻苦学习 |
|
|
实验前 |
60.00% |
53.33% |
63.33% |
66.67% |
50.00% |
56.67% |
|
实验后 |
80.00% |
80.00% |
86.67% |
90.00% |
73.33% |
76.67% |
（三）提高了学科教学质量
实验结果表明，尽管实验周期不长，但是实验班学生的生物学习成绩较实验前有了明显的提高，现将本学期考试成绩列表如下。
表四：实验班和对照班在实验前单元测验结果
|
样本 |
人数 |
平均分 |
标准差 |
Z检验结果 |
|
实验班 |
30 |
83.54 |
15.23 |
Z=0.166
< Z0。05=1.96无显著差异 |
|
对照班 |
30 |
84.16 |
13.62 |
表五：实验班和对照班在实验后期末阶段检测结果
|
样本 |
人数 |
平均分 |
标准差 |
Z检验结果 |
|
实验班 |
30 |
78.56 |
13.49 |
Z=0.664
< Z0。05=1.96无显著差异 |
|
对照班 |
30 |
76.23 |
13.66 |
从以上数据可以看出通过本课题的实施，实验班学生的学习成绩稳步提高，平均分逐渐超过了对照班，虽然经过Z检验，实验班和对照班的成绩在0.05水平上无显著差异，但是学生之间的水平差异开始缩小，教学效果显著。
经实践证明：教师如能结合教学实际，带领学生循着科学家的思维历程探索科学发现的过程，对他们科学素质的养成，会起到潜移默化的影响，将生物学史教育与中学生物教育有机地结合起来，是培养学生科学素质的一条捷径。
参考文献
1、《世界生物学史》 吉林教育出版社
2、朱正威 《我和中学生物科学教育》 北京教育出版社
3、周美珍 《生物教育学》 浙江教育出版社