1、科学史融入高中生物新课程的教学策略研究摘 要国际基础科学教育改革的一些研究表明，把科学史的有关内容融入中小学科学课程，是培养学生科学素养的一个非常重要而且可行的途径。目前在新课程的实施中，教 师对科学史教育的关注还不够，主要原因是大部分教师思想上并没有充分全面地认识科学史的教育价值，实践中也缺乏对如何将科学史融入科学课程的教材教法的研究。基于这种现状，本文从新课改的精神出发，从以下几个角度对这些问题进行了探讨。一是阐述新一轮课程改革背景下开展科学史教育的必要性，介绍国内外开展生命科学史教育及研究的现状，指出了当前存在的诸多问题和不足。二是简要探讨了生物科学史教育的内涵，并对高中生物必修教材中的
2、科学史内容作了分析，讨论 了科学史教育在体现课改理念方面的功能。三是本文针对不同科学史素材的特点，提出用不同的教学策略将生物科学史融入课堂教学中，以便发挥科学史的教育功能， 贯彻新课改的理念。这些教学策略是：用科学史创设情境，引入 课题；用科学史突出重点，突破 难 点；用科学史作为贯穿课堂教学的主线；用科学史作为课堂教学的延伸。四是笔者运用这些教学策略，进行科学史教育的教学实践和研究,并尝试用适当的方法分析评价教学实验的结果。实验结果表明科学史教育可以让学生在加深知识理解的同时,感受科学精神，领悟到什么是科学思想、科学方法和科学本质，从而培养学生的科学素养。五是文章对全文研究内容进行总结，对目
3、前教学中存在的问题和困难进行反思。关键词：科学素养；生物科学史；科学史教育；教学策略 Teaching Strategy Research on Incorporating Science History into New High School Biology CoursesAbstractPrevious research on the international elementary science education reform suggests that a very important and viable way of cultivating students science
4、literacy is to incorporate key concepts of science history into the science courses of grade school to high school. At the present, while implementing new courses, teachers have not yet paid sufficient attention to the education of science history. The main reason for this phenomenon is that the maj
5、ority of teachers did not fully recognize the significance of science history to high school education. Empirical experiences are also lacking in this respect. In the spirit of new course reform, the study discusses the above issues from the approaches as follows.First, the study acknowledges the ne
6、cessity to engage the education of science history in the new course reform. By examining current research on life science history education, I point out problems and issues that arise from the existing situation. Second, I briefly discuss the essence of biological science history education and espe
7、cially analyze the contents on science history in required courses of high school biology. The purpose is to understand the roles that science history education may play in representing key concepts of course reform. Third, to fully explore the educational function of science history and better impl
8、ement the new course reform, I suggest that various strategies be employed to incorporate history of biology into classroom teaching. Incorporating science history allows us to create scientific atmosphere in the classroom and effectively introduce new topics. It also highlights important and diffic
9、ult concepts, sets the main theme of classroom teaching, and broadens the horizon of students beyond classroom education. Fourth, my own research and empirical experience reveals that adequate science history education enables students to develop an in-depth understanding of the subject, experience
10、the spirit of science, and cultivate notions of scientific thinking, scientific methods and the essence of science in general. Last but not the least, the study provides a comprehensive summary of the current research in process and reflects on the problems in the existing teaching practices.Key wor
11、ds: scientific literacy. history of biology science. science history education. teaching strategies. 目 录1 问题的提出 .11.1 问题提出的背景 .11.2 科学史教育的研究现状 .21.3 课题研究的意义 .52 生物科学史教育的简介 .72.1 生物史和生物科学史教育的内涵 .72.2 新课程必修教材（人教版）中的科学史内容分析 .72.2.1 科学史在教材中的分布 .72.2.2 科学史在体现高中生物课改理念方面的教育功能 .112.2.3 科学史融入课堂教学应遵循的原则 .153
12、生物科学史融入高中新课程的教学策略研究 .163.1 用科学史创设情境，引入课题 .173.1.1 适用原则 .173.1.2 实例剖析 .193.2 用科学史突出重点，突破难点 .213.2.1 适用 原则 .223.2.2 实例剖析 .233.3 用科学史作为贯穿课堂教学的主线 .263.3.1 适用原则 .273.3.2 实例剖析 .293.4 用科学史作为课堂教学的延伸 .383.4.1 适用原则 .383.4.2 实例剖析 .394 生物科学史融入高中新课程教学的实验研究 .414.1 教学实验的实施 .414.1.1 实验班级的确定 .414.1.2 实验过程与内容 .414.1.
13、3 自变量 .424.1.4 因变量 .424.2 教学实验的结果 .424.2.1 实施科学史教育前后相关考试成绩分析 .424.2.2 观察法分析评价实验班学生的学习表现 .424.2.3 对实验班学生的调查访谈 .435 结论和进一步的反思 .455.1 结论 .455.2 进一步的反思 .45主要参考文献 .47致 谢 .49附 攻读学位期间发表的论文 .500科学史融入高中生物新课程的教学策略研究1 问题的提出 1.1 问题提出的背景21 世纪是知识经济的时代，社会信息化和高科技发展的步伐日益加快，与此相应，教育也进入一个崭新的发展阶段。基础教育课程改革纲要(试行) 的颁布，标志我国
14、基础教育进入了课程改革时代。纲要明确地提出要全面推进素质教育。一个时期里，对教育应该培养学生哪些素质有许多解析，但各种解析均包含科学文化素质这一条。 1 放眼世界，各国教育界也都十分重视提高全民科学素养。如美国科学促进协会（AAAS）在面向全体美国人的科学 一书中提出：“把提高全民的科学素养作为科学教育的首要目标，科学素养是针对所有的人，不是针对少数对科学感兴趣或有学习潜能的学生。”那么，什么是科学素养？什么是生物科学素养呢？1996 年推出的美国国家科学教育标准中对“有科学素养”的定义是：“有科学素养是指了解和深谙进行个人决策、参与公民事务和文化事务、从事经济生产所需的科学概念和科学过程。有
15、科学素养还包括一些特定门类的能力。”在上述定义下，有一段更具体的描述：(1) 有科学素养就意味着一个人对日常所见所历的各种事物能够提出、能够发现、能够回答因好奇心而引发出来的一些问题。(2) 有科学素养就意味着一个人已有能力描述、解释，甚至预言一些自然现象。(3) 有科学素养就意味着一个人能读懂通俗报刊刊载的科学文章，能参与就有关结论是否有充分根据的问题所作的社交谈话。(4) 有科学素养就意味着一个人能识别国家和地方决定所赖以为基础的科学问题，并且能提出有科学技术根据的见解来。(5) 有科学素养的公民应能根据信息源和产生此信息所用的方法来评估科学信息的可靠程度。1(6) 有科学素养还意味着有能
16、力提出和评价有论据的论点，并且能恰如其分地运用从这些论点得出的结论。 2生物科学素养与科学素养是局部和整体的关系,是公民科学素养构成中重要的组成部分。普通高中生物课程标准(实验 )中指出生物科学素养是指公民参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学知识、探究能力以及相关的情感态度与价值观。它反映了一个人对生物科学领域中核心的基础内容的掌握和应用水平，以及在已有基础上不断提高自身科学素养的能力。提高每个高中学生的生物科学素养是新课程标准实施中的核心任务。 3生物科学素养是公民科学素养构成中重要的组成部分。对比已往的生物教学大纲，普通高中生物课程标准(实验) 中，就明确指出 “提高生
17、物科学素养”是高中生物课程的核心理念。这种变化是多年来素质教育推进的结果，也体现了国内外科学教育界的共识。国际基础科学教育改革的一些研究表明，把科学史的有关内容融入中小学科学课程，是培养学生科学素养的一个非常重要而且可行的途径。美国国家科学教育标准指出：许多个人对科学传统做出了贡献。学习其中的某些典范人物可以进一步理解科学探究，理解作为人类奋斗目标的科学，理解科学的本质及科学与社会之间的关系。追随科学史的足迹可以发现，科学创新人物要打破当时被普遍接受的观念，得出我们今天认为理所当然的结论是多么的困难。科学解释的历史观点说明，科学知识如何随时间的推移发生变化，而且几乎始终是建立在先前知识的基础上
18、。所以，学习科学史不仅是对科学思想本身的学习，也是使学生了解科学本质、培养科学精神的一个重要途径。普通高中生物课程标准(实验) 中明确提出:“要注重生物科学史的学习”。科学史教育可以在加深知识理解的同时,让学生感受科学精神，领悟到什么是科学思想、科学方法和科学的本质，领悟到科学的人文性,从而培养学生的科学素养。而且科学史教育对落实课程标准在课程目标上知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度的要求也具有不可替代的作用。1.2 科学史教育的研究现状(1) 国外科学史教育研究的萌芽和发展科学史教育的萌芽可以追溯到 19 世纪中叶。当时的英国科学促进会（BAAS）主席在 1851 年的一次演讲
19、中呼吁：“我们要教给年轻人的，与其说是科学结论不如说是科学方法，更不如说是科学史。” 42法国生命学家、教育家保罗朗之万在 1904 年首先倡导在中等自然课程中进行“史”的教育，他在其著名的论著思想与行动一书中指出：“科学的教育价值，事实上，一方面在于发现，同时却也在于能够达到这种发现的努力；是在于对定律的说明，同时却也在于那些定律的历史；是在于那些定律的总体给予现实世界的远景；在于与事实的密切接触，同时却也在于借以获得以上一切的科学训练。科学教育的这两个方面就如等式的两项一样，是不可分离的” 5然而，由于缺乏系统理论的支撑和实践的实证及受到种种保守势力的阻挠，朗之万的观点在当时不过是一句振奋
20、人心的口号而已，尚未真正进入中学课程的视野。在第一次世界大战前夕，美国科学史学科的奠基人萨顿率先在哈佛大学本科生中开设科学史课程，在这期间，有多位教授进行了卓有成效的科学史研究与实践，并发表了不少有价值的文章，为以后真正使科学史课程进入中学课程做了必要的思想准备，并积累了丰富的经验。1952 年美国哈佛大学的科学史教授霍尔顿（G.Holton）编写了一部面向文科学生的物理学教材-物理科学的概念和理论导论，这部教材被誉为科学教育中的一块里程碑。该书的独到之处之一，就是充分而有效地利用了科学史和科学哲学来向学生阐释物理科学研究的思想方法和本质。 61963 年由美国著名的生命学家、科学教育家芝加哥
21、大学教授施瓦布(J.Schwab) 主 持 设 计 了 著 名 的 中 学 生 物 课 程 BSCS (Biological Science Curriculum Study)。该课程在突出探究学习的同时，也极为重视科学史教育。施瓦布曾在 BSCS 的“教师手册”中写到：“作为探究的科学教学的本质是让学生理解在科学发现过程中，问题是怎样提出的，如何得到验证的，最后又是怎样得出结论的，它应当包括适当处理科学疑问和科学的不完整性。还应提倡科学史，因为它关注的是人和事而不是概念本身 7。专门的科学史教材和专业教师的出现，标志着科学史教育开始真正进入到人们的视野，同时也标志着生物科学教育的真正到来。科
22、学史教育日益发展的标志主要表现在科学史教育的研究和科学课程与教学改革方面。美国科学促进会（AAAS）于 1985 年开始着手制定全面革新美国中小学科学教育的长远发展计划-“2061 计划”。美国2061 计划、国家科学教育标准等指导全国教育改革的文件和法规的相继出台，更是从理论层面界定了科学史教育的功用、内容以及实施标准，它为今后在中学理科中的具体教学实践指明了方向。如今，在风起云涌的世界教育改革浪潮中，科学史教育正在从科学教育的边缘进入科学教育的中心。 8(2) 国内科学史教育研究的现状31954 年，新中国成立了第一个科学史研究机构自然科学史研究委员会。受种种因素的影响，在一段时期内，国内
23、科学史教育与研究的发展均大大滞后于世界范围内同时期的学科建设水平。20 世纪 80 年代左右，一场解放思想、实事求是的春风，奏响了科学史教育与研究的号角，在当时，一批西方科学史作品和著作被译介到中国，这为以后我国在科学史方面的教育与研究提供了有力的理论支撑，也为科学史的学科建设走上科学化道路奠定了坚实的基础。在我国实现科学史学科建制化方面具有里程碑式意义的历史事件，是 1999 年 3 月上海交通大学科学史系（全称为“科学史与科学哲学系”）的隆重成立，它的成立标志着中国真正意义上的科学史教育与研究开始步入了一个理性发展阶段。2005 年 7 月 24 日30 日，被誉为科学史界的“奥林匹克”盛
24、事的第 22 届北京国际科学史大会的隆重召开，标志着我国公众对科学史的教育意义与价值有了更深的理解，同时也昭示了科学史研究与教育在中国的发展已经进入加速发展阶段。当人们一旦意识到科学史教育所蕴涵的巨大社会价值和教育价值时，也就意味了它离普及和推广不远了。科学史作为一门新兴、交叉、综合性学科，因为它的年轻，在当前中国教育界，科学史的受重视程度依然不够，具体表现在： 长期的应试教育，而且受惯性的强大影响，在教学实践中还一直存在这样的偏差：重理论轻实践、重概念轻事实、重学科中心轻学生中心、重认知轻情感等等，其影响根深蒂固，在短期内难以根除。 对科学史的教育价值认识不足：将科学史引入生物科学课程，对广
25、大生物教师来说，还是一个新鲜事物。由于绝大多数师范院校在培养合格毕业生所设的科学课程中没有专门的科学史课程，势必影响到生物教师本身的科学史素质的发展，我国广大科学教师对于把科学史融入理科教学的教育价值认识还不深刻，一般多认为科学史教育主要是提高学生学习科学的兴趣，培养科学态度和爱国主义精神，而忽视了科学史在促进学生认识科学的本质、理解科学概念、学习科学方法，以及了解科学、技术与社会之间的互动关系等方面的价值，使得科学史教育的开展长期处于一种不够自觉的状态。国际科学教育实践表明，科学史教育不是可有可无的，也不是科学教育的点缀，而是科学教育不可分割的组成部分。 在实践层面上，对于如何将科学史融入科
26、学教学中去，还没有找到一套行之有效的教学模式和方法，也没有实证性的范例为参考，这也是制约我国当前科学史教育的重要因素。可以说，有关科学史教育研究的相对匮乏再加上生物教师对科学史有关背景和知识的了解相对甚少，势必对科学史教育4在科学教育中的地位和教法把握不透。长期形成的恶性循环，其必然结果就是培养的人才难以适应时代发展的需要，往往只有一技之长但却缺乏科学研究中所需的那种精神和态度。 科学史教育长期没有形成一个大气候，广大科学教师本身没有受到多少科学史和科学哲学教育。切实提高科学教师的科学史素养，将科学史融入科学课程教学，科学教师的科学史知识背景及对教材教法的认识是关键性问题。当前我国中小学科学教
27、师普遍存在着缺乏科学史修养及整合科学史于理科教学的能力，这是目前我国开展科学史教育面临的最大难题。 9。面对困难，作为中学生物学科的教师，有责任、有义务在教学实践中去探索如何更好地将科学史融入生物教学，以便充分发挥科学史的教育价值。1.3 课题研究的意义综上所述，信息化时代的要求，国际科学教育改革、我国生物课程改革大背景的客观需要以及学生自身发展的心理需求等诸多因素，共同决定了加强科学史教育的必要性和紧迫感。目前关于科学史教育的理论研究为数不少，也有关于科学史教育的教学模式研究。最经典的是 1997 年由英国科学教育学者孟克(M . Monk)和奥斯本(J. Osborne)在总结科学教育的历
28、史经验与教训的基础上，结合科学课程改革的新观点，借鉴建构主义理论提出了把科学史、科学哲学和科学社会学(history,philosophy and sociology of science 缩写为 HPS)融入科学课程与教学的策略，即 HPS 教学模式。 10HPS 融入模式的教学程序包括以下 6 个环节:(1) 演示现象。教师上课伊始，就给学生演示某一自然现象。学生通过观察现象，由此产生一个需要解决的问题。例如，为什么植物的茎具有向光性? 必须指出的是，一开始向学生揭示的某一自然现象必须是以往科学家在历史上进行理论研究的一个现象，这既能引起学生的好奇心，又能促使学生利用科学史资源进行进一步的
29、探究。学生将因此切身感受到什么是科学发现。(2) 引出观念。教师启发学生就这一自然现象提出自己的观点(解释) 。为了促使学生提出各种不同的观点，教师采取的教学策略很多，如讨论、提问、小组学习或者“头脑风暴法”(即由发散性思维产生各种观点的方法 )等。这一阶段，教师对学生的观点不予评判，鼓励学生各抒己见，标新立异，并鼓励他们提出证据支持自己的观点。这样做目的是让学生感受到，科学家的作用不仅在于发现所谓的“科学事实”，而且要通过他们创造性的想像建构它们。(3) 学习历史。在这一环节，教师的做法是:介绍早期科学家关于这一5现象的思想与实例，作为学生研究的参照系;举例说明当时其他科学家的不同观点;引导
30、学生讨论或探索这些观念产生的背景、条件，使学生认识到科学认识的历史制约性。教师按时间顺序简述或其他手段总结历史上的研究。总之，学习历史不仅可激发学生的想象力，同时，科学史的介绍还可以使学生以一种移情的方式，设身处地地体验以往科学家的探究与思考。(4) 设计实验。教师将学生分组，要求学生从多种观点或观念（有学生提出的，也有历史上科学家提出的)中选择某种观点，设计实验进行检验。这一环节要决定哪种观点是有效和正确的，能激发学生的想象力和创造力。这一环节应使学生认识到:对同一自然现象可能有不同的解释;可以用实验检验这些观点( 假设 )。(5) 呈示科学观念和实验检验。由教师讲解当代的科学观念，即介绍教
31、科书上对这一自然现象的解释，相当于又增加了一种观念。这一环节还需要学生对自己的观念和解释进行实验检验，由实验现象的观察、资料的收集与整理，最终得出结论，帮助学生接受科学观念，从而为学生实现观念转变提供契机和可能。科学史表明，即使后来被普遍接受的科学观念常在最初阶段不被人理解和接受。即仅有实验证据并不是科学知识的唯一裁决者。孟克和奥斯本认为：一个具有当代科学本质观的理科教师不应简单化地断言，科学的观念就是正确的，而应采取工具性的观点，即现代自然现象的解释是更为精确的预测、更清楚的解释或具有更广泛的应用，如此而已。这种理性怀疑主义的态度是科学精神的重要组成部分。(6) 总结与评价。通过总结与评价，
32、帮助学生更深刻的理解科学的探究本质，历史上科学家的探究过程和科学本质观念。 11HPS 教学模式适用的课题必须是科学史上某一科学家曾经研究的自然现象，如植物的向光性、食物的消化等等。但是现行生物科学课程中蕴涵着丰富的科学史内容，这些内容并非都适合采用 HPS 教学模式。所以，我们要根据教学内容的需要及相应的科学史素材的特点，以比较自然的形式将科学史渗透到我们的教学中，既能发挥科学史的教育价值，又不至于生搬硬套，主次不分，浪费宝贵的课堂教学时间。本课题将力图结合高中生物必修教材中的实例，阐述不同的科学史内容融入新课程教学的策略，希望通过研究，使理论和实践更好地结合，为在新课程教学中更好地开展科学史教育提供保障和科学依据。
