利用生物学史训练学生科学研究能力

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生物学是一门实验学科，培养学生的科学探究能力是中学生物教学的一项重要目标。在新一轮高中新课程改革中，培养学生的生物学科核心素养是高中生物教学的重要任务，而“科学探究”和与之密切相关的“理性思维”正是生物学核心素养的两大重要内容。多年来，《普通高等学校招生全国统一考试大纲》也一直要求学生“具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法”，并采用多种形式加强了对这方面的考查。因此，教师在日常教学中应充分利用教学资源，加强对学生探究能力的培养，使学生逐步具备最关键、最必要的基础素养，并最终形成完善的能力体系，从而促进其终身发展。

现行高中生物教材中有许多生物学发展史的内容，这些内容是教材的一大亮点和特色，也是教学的重要资源。它不仅能体现科学发展的整个历程，使学生明白科学理论的形成和完善过程，而且可以帮助学生树立科学发展观，感受在科学发展的过程中科学家所付出的努力和艰辛，进而培养学生刻苦钻研、不畏艰难的科学品质。同时，在教学发展史的内容中，包含着许多重要的科学探究思想、方法，充分挖掘其中的价值，让学生在感悟科学精神的同时学会科学探究的方法，对于提升学生核心素养尤为重要。下面，笔者以人教版高中生物必修教材为例，举例说明生物学发展史在培养学生科学探究能力方面的应用。

1学会“提出假说”

由于受当时技术水平的限制，人们对于很多生物学现象并不能立即着手进行实验研究，通常都是先根据已有知识提出假说，对现象进行分析和解释，待技术成熟后，再通过实验证实假说是否成立。假说的提出是建立在仔细的观察、严谨的思维和扎实的知识基础上的，同时还需要大胆、天才的想像。大胆地提出假说，是开展科学实证的前提。在假说的引导下进一步开展实验，进而取得重大科学发现。教材中有许多这样的范例。必修1第4章第2节“生物膜的流动镶嵌模型”中“对生物膜结构的探索历程”便是如此（表1）。除上述内容外，教材在许多章节都有类似的内容，如孟德尔对性状分离现象和自由组合现象的解释、萨顿“基因位于染色体上”的假说、对DNA分子复制方式的推测、对植物向光性的研究中生长素的发现等。在教学时，教师最好不要直接将科学家们的假说告诉学生，而是让学生根据已有的实验现象作出猜想，尝试进行解释。这样就能让学生体会科学家们的研究思路，并能对后续实验该如何设计以及为何如此设计形成深刻的认识。这样就有利于激发学生科学探究的热情，培养学生的发散性思维以及大胆想像的品质。有的学生认为，既然是假说，那就可以是两种完全相反的观点，可以“肯定”，也可以“否定”。这其实是错误的。提出假说不是随意编造，而是建立在实验现象和已有知识基础上，对实验现象进行合理分析。这种观点即使可能最终被证明是错误的，但在当时来说，它应具有表面上的合理性和逻辑性，不然就毫无意义。教师在指导学生时，应注意纠正这一片面认识。

2学会“设置对照”

对照原则是设计实验的基本准则之一。通过设置实验对照，既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。通常，一个实验总分为实验组和对照组。实验中人为改变的变量称为自变量；除自变量外，实验过程中可能还会存在一些可变因素，对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。为了排除无关变量的影响，实验组和对照组的无关变量应当保持相同且适宜。从理论上说，由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的、被平衡了的，实验组与对照组两者之差异则可认定为是来自于自变量的影响，这样的实验结果是可信的。因此，设置对照的主要内容就是如何处理自变量和如何控制无关变量。在“光合作用的探究历程”中，介绍了多名科学家通过开展对照实验得出科学结论的故事，归纳如表2所示。能够设计和实施对照实验，是高中生物教学对学生实验探究能力的核心要求。教材内容对此有充分的体现，不但学生分组实验几乎都涉及对照，而且在科学发展史方面也多有介绍。近、现代物学发展史也就是一系列对照实验的进行史。在教学中，教师可适当丰富相关实验内容，引导学生沿着科学家的思维，分析相关变量，体会对照实验设计的基本要求，并学会根据结果得出结论。这样，不但能激发学生的学习兴趣，而且提升了科学史的学习价值，有利于培养学生逐步发展理性思维，构建实验设计的基本模型。

3领悟“假说—演绎法”的研究方法

“假说—演绎法”是一种重要的研究方法，高中生物必修2对此作了专门介绍。在观察、分析的基础上提出问题以后，通过推理和想像提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符，就证明假说是正确的，反之，则说明假说是错误的。学生对该方法的理解普遍存在困难，不能辨析提出假说、演绎推理、实验检验几个阶段以及它们的内在逻辑关系。在教学时，教师可结合教材中孟德尔、摩尔根等人的经典实验，分解其研究过程，分析其研究思路，帮助学生领悟“假说-演绎法”的内涵，培养学生基于生物学事实和证据，运用演绎与推理批判性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律的能力。在解答遗传题时，“假说-演绎法”也是常用的方法，熟悉该方法对解决遗传学问题很有帮助。当不能确定某种性状的遗传方式时，可假定其显隐性关系以及基因的位置，然后根据杂交组合推断出后代的性状表现，再将推断结果与题目已知结果相对比，如果一致，则假设成立，否则，不成立。

4熟悉重要的研究技术

现代科学的重大突破，与技术的革新和进步是密不可分的。在生物学的发展历程中，一些关键技术的诞生和应用对于许多重要生物学规律和事实的认知功不可灭。在学习科学发展史时，教师应适时对有关技术进行恰当的讲解，这样就有助于学生理解研究的原理、过程，并为其今后从事相关专业研究打下坚实的知识基础。现将生物必修教材中涉及的几项重要的研究技术列举如表3所示。具有一定的科学探究能力是高考对学生能力考查的一项重要内容，也是新课标对培养学生核心素养的明确要求。作为高中生物教师，要将对学生科学探究能力的培养贯穿于教学的全过程。实现这一要求的渠道是多方面的，例如，教材实验的操作、探究实验的设计、课外活动的开展等，其中，生物学发展史以其独有的趣味性、生动性和典型性具有不可替代的作用。教师要充分利用好教材中的这一优质资源，将能力培养融入日常教学，潜移默化地对学生进行科学探究方面的熏陶，让学生领悟生物学家在研究过程中所持有的观点以及解决问题的思路和方法，使学生学在其中，乐在其中，成为一个知识、能力、情感全面发展的人。