首页 -> 2007年第2期
就“光合作用的发现”谈科学史的课堂价值
作者：詹迪威
在组织这节课的教学时，我充分利用了有关的科学史料，并将这些史料进行有机组合。从亚里士多德的经验推测(补充)一海尔蒙特的柳树实验(补充)→普里斯特利实验→萨克斯实验(证明产物淀粉)→恩格尔曼实验(证明产物是氧气和场所是叶绿体)→鲁宾和卡门实验(光合作用的氧气来自水)→学生设计实验证明光合作用的原料是二氧化碳和水(补充)→得出光合作用过程的总反应式。通过这节课的教学、我觉得科学史对课堂教学有多方面的价值。
(一)科学史有利于课堂情景化
情景化学习理论认为、恰当的情景是新知的生长点，所有的学习都应该是情景化的，环境和情景对学习至关重要，因为它反映了知识和技能获得的现实情景和在现实情景中的应用方法。生物学的发展史料能为课堂教学特别是探究性学习提供合适的问题情景。如本课中，2000多年前亚里士多德的经验推测是在“动物的生长是由于它从环境中获得食物的结果，那么植物的食物来自哪里呢”这个问题背景下提出的，具有极强的情景性。毫无例外，接下来每个实验也都是为了解决特定的问题而产生的，都是在特定的问题驱动下进行的，围绕“揭示光合作用的生理过程的本质”这一中心而展开。课堂上教师通过一些经典的历史图片将这一历史展示给学生，营造出良好的课堂探究情境。就光合作用的发现这一主题，学生仿佛从2000多年前开始，伴随着各时期的科学家重走了这一历史之路，在与科学巨匠的对话中体验科学探究过程及其中的曲折和艰辛。这样的学习，学生当然会全身心地投入。
(二)科学史有利于组织探究性教学
科学史在为课堂教学提供问题情景的同时也就为课堂探究搭起了一个坚实的舞台。“问题”是探究活动的起点和动力，也是探究性学习的一个基本特征。学生通过了解科学家面对问题时的思考或实验研究过程来了解科学探究的一般过程和方法。在本课中，亚里士多德的经验推测和海尔蒙特柳树实验就是一个完整反映科学探究过程的典例。问题：植物的食物来自哪里?假设(亚里士多德的经验推测)：植物的食物来自土壤。实验验证：海尔蒙特柳树实验。结论：植物生长是因为吸收了土壤中的水。评价(学生)：现在看来，这个结论是错误的，因为它忽略了空气和土壤中无机物等因素，但站在当时的历史背景下，海尔蒙特的实验是非常有价值的。当然，本节课中上述史料仅用来让学生了解科学探究的一般过程，如果学生对科学探究已有一定了解，我们完全可以将亚里士多德的“假设”交由学生去设计实验，进行验证。可见，通过科学史的学习，学生不但能体验科学探究的一般过程和实验设计的基本要求，而且科学史料也给我们教师进行探究性教学提供了极好的素材，大大拓展了课堂教学设计的空间。
(三)科学史教育有利于实验思想和能力的迁移
生物学的发展依赖研究思想的发展和研究手段的提高。通过科学史的学习可以使学生经历这种科学思想和科学手段的变迁过程，有利于循序渐进地把握完整的科学实验设计思想，懂得科学技术的发展对实验手段的支持作用。如本节课中，学生通过海尔蒙特实验和普利斯特利实验，可知实验设计要注意排除外界因素的干扰，并在分析恩格尔曼实验时使这种思想得到强化。通过普利斯特利实验和萨克斯实验的分析，获知对照实验设计的主要原则及控制单因子变量和排除干扰的方法并使隐性变化外显的基本思想。同样地，这种思想在分析恩格尔曼实验中也得到了强化。另外，通过鲁宾和卡门实验(应用了同位素标记技术)可以让学生体会到，生物学的发展有赖于科学技术的支持。可见，科学史为培养学生的实验分析和设计能力提供了丰富的背景素材。教师只要遁着科学史的线索引导学生慢慢体会和应用科学研究的思想，就不难实现实验设计思想和能力双迁移。
(四)科学史教育有助于概念形成和认知重建
根据认知结构理论，新旧知识的联系将有利于新概念的形成，即思维的连贯性将有利于概念的更新。就概念形成和发展而言，科学史就是概念求真的历史。科学史通过时间先后和前后事件之间固有的内在联系而形成一定的连贯性。在课堂上，学生通过科学史上一个又一个事件的分析，概念被一次又一次地更新和完善。随着事件的发展，学生的认知结构也一次又一次地被重建。而科学史本身具有的连贯性显然有利于学生形成思维的连贯性，因而有利于概念的形成和更新。如本课中，教材安排了与“光合作用的发现”有关的四个科学史料。为了更好地体现科学研究过程的完整性，我将教材内容调整如下：亚里士多德的经验推测(补充)→海尔蒙特的柳树实验(补充)→普里斯特利实验→萨克斯实验(证明产物淀粉)→恩格尔曼实验(证明产物是氧气和场所是叶绿体)→鲁宾和卡门实验(光合作用的氧气来自水)→学生设计实验证明光合作用的原料是二氧化碳和水(补充)→得出光合作用过程的总反应式。通过这样的处理，各事件之间的连贯性就更强了，更有利于“光合作用”及“科学探究”等概念的形成。
(五)科学史教育有利于提高学生的科学素养
我们知道，科学史蕴含着科学家和人类的高度智慧，其中包括大量的科学方法和创新、丰富的科学精神和品质、严密的逻辑和推理等等，这些正是高中学生科学素养的重要组成部分。通过这节课的学习，学生能体会到生物科学的发展从来都不是一帆风顺的。“光合作用”的发现经历了一个曲折漫长的过程，是众多科学家在前人研究基础上继承和发展的结果。通过科学史的学习，学生们还能体会到科学家挑战权威、不断创新的精神。正是因为像海尔蒙特这样的科学家大胆质疑前人的论断，“光合作用”的生理过程才得以发现。另外，通过对海尔蒙特的实验价值的评价，学生对于如何科学地、客观地、历史地评价前人及其为科学发展所作的贡献也会留下深刻印象。可见，科学史教育能有效激发学生热爱：科学的热情，提高学生在科学精神和科学态度等方面的素养。