科学史教学与生物课堂的结合与改进

1、 研究生选题报告及论文工作计划科学史教学与生物课堂的结合与改进研究生姓名： 张凯旋学 号： 2140402156院 系（所）： 生科院 专业名称：学科教学(生物) 研究方向：生物教育 指导教师：李剑 培养类别：专业硕士填写日期 2015年 5 月 6 日前言 近年来，随着教学改革的逐步进行，学生科学素养的培养逐渐被教育界所重视，课程标准的改革也体现着淡化知识，注重能力培养的目标。综观当代世界范围内的科学教育改革实践,人们越来越重视科学史在科学教学中的作用,科学史正在从科学教育的边缘进人科学教育的中心。新世纪科学教育的根本任务是提高学生的科学素养,而科学史教育有利于提高学生的科学素养。 第一、生

2、物教学中重视对实验能力的培养生物学是一门以实验为基础的学科，实验是生物学的一个重要组成部分，许多生物学的知识都是在实验的基础上得出来的。故而，在生物学的教学中，应重视实验教学，尤其要关注对学生实验能力的培养。标准中明确提出，要“加强实验和其他实践活动的教学”，“教师应尽可能多地让学生参与实验和其他实践活动” 1。在课程目标的能力目标当中，着重提出要发展学生的科学探究能力，并给予了比较详细的目标要求。由此可见，在生物教学中培养学生的实验能力已成为一项重要的教学目标。提高学生的实验能力，将有助于其学好生物这门学科，并有助于其在未来相关方面的发展与深造。 第二、生物教学中重视生物科学史的学习 标准中

3、明确提出，要“注重生物科学史的学习”，“学习生物科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路，理解科学的本质和研究的方法，学习科学家献身科学的精神”。在课程目标的知识目标中，要求学生“知道生物科学和技术的主要发展方向和成就，知道生物科学发展史上的重要事件”同时还建议“对于标准中没有列出的其他生物科学史实也应注意引用” 2。当前，国际社会正提倡所谓的“历史、哲学和科学教育”，即 HPS（History Philosophy and Science Teaching）教育3。教育家加里森和劳威尔认为,如果教学的目标是引发学生对于科学探究过程的理解,则科学史是科学教学的必备要素4。其要点在于，不仅使学

4、生了解科学的事实，还要使其知晓科学产生的过程，从中领会出正确的科学方法并逐渐形成良好的科学素养。可见，科学史在教学中的地位在国内外得到了较大程度的重视。一、 文献综述1.科学史与科学素养1.1 科学史关于科学史，科学历史学的先驱，实证主义的代表人物乔治·萨顿将其定义为：“科学史是人类对客观的真理发现的历史、人类的心智逐步克服征服大自然的历史。它描述了漫长而无止境的为思想自由，为思想能够免于暴力、错误和伪科学而斗争的历史。5这种观点强调科学的发展史是科学事实的积累过程，即整个科学史就是一部记录曾经发生的科学史实的历史，对于思维层面上的内容则关注较少。观念论认为，观念是科学的本质，科学观

5、念的发展是内在的和自主的，科学史是观念的内在发展的思想史6。科学社会史学家认为，科学本质上是社会的活动，所以科学史是科学与其它的社会文明的互动发展史7。结合高中生物的教学实际， 并参考以上观点，本报告将科学史定义为：“科学发生与发展的历史，包括科学家对科学事实的不断探索以及在探索中产生科学方法和科学思想的过程。” 普通高中生物课程标准（实验）解读中将生物科学史描述为“以生物科学产生和发展的过程为轮廓，以科学发展历程中带有重大转折作用的课题及事件为主线，用翔实的资料去阐述科学家们的创造性劳动，对生物学发展的逻辑和社会历史背景等重大问题进行评论，生物科学史也是一门充满生命力的科学，是培养学生科学素

6、养的生动教材。”8简言之，生物科学史是科学史当中的一部分，包括与生物学相关的重大历史发现产生的背景，发展的过程以及产生的影响等方面。1.2 科学素养科学素养最早由美国学者赫德(P.D.Hurd)在1958年提出,9是用来表示个人所具备的对科学的基本理解1.Pella等的理解早在20世纪60年代,Pen和他的同事仔细而系统地挑选1946年到1964年之间的100种报刊文章,检查这些文章中各种与科学素养有关主题的出现频率。他们把这些主题作为社会公民应该具备科学素养的“参照物”,归结出科学素养的内容包括:科学和社会的相互关系;知道科学家工作的伦理原则;科学的本质;科学和技术之间的差异;基本的科学概念

7、;科学和人类的关系。102.Miller的科学素养三维模型为了便于大规模科学素养调查,美国国际科学素养促进中心主任Miller教授提出了科学素养概念的三维模型,科学素养包括:对科学原理和方法(即科学本质)的理解;对重要科学术语和概念(即科学知识)的理解;对科技社会影响的意识和理解。现在许多国家公民科学素养的调查都是按照Miller模型进行问卷设计的,中国科协组织的几次国民科学素养调查的量表也是根据Miller的三维模型编制的。113.“2061计划”对科学素养的定义美国科学促进协会(AAAS)发起的“2061计划”对科学素养的定义是这样的:“熟悉自然界,尊重自然界的统一性;懂得科学、数学和技术

8、相互依赖的一些重要方法;了解科学的一些重大概念和原理;有科学思维的能力;认识到科学、数学和技术是人类共同的事业,它们的长处和局限性。同时,还应该能够运用科学知识和思维方法处理个人和社会问题。”当一“科学素养可以增加人们敏锐地观察事件的能力、全面思考的能力、以及领会人人们对事物所作出的各种解释的能力。此外,这种内在的理解和思考可以构成人们决策和采取行动的基础。”28与其他的理解区别较大的是,“2061计划”强调了数学在科学素养的重要作用。4.国际学生科学素养测试大纲(PISA)的科学素养测试模型为了测试中小学生的科学素养状况,P工SA提出一个由三个方面组成的科学素养测试模型:科学基本观点。内容有

9、生命与保健科,地球与环境科学,技术中的科学;科学实践的过程。重点是获取证据、解释证据并在证据的基础上进行科学活动的进程,科学实践过程包括确认科学问题、寻找证据、作出结论、与他人就结论进行交流、表明所了解的科学基本观点科学场景。主要选自人们日常生活生活中的科学问题,而不是学校教室、实验室的科学实践或专业科学家的工作。125.美国国家科学标准)的描述性定义1995年公布了美国历史上第一部国家科学教育标准,它并没有对科学素养给出概念性定义,只给出了描述性定义136.中国科技部等五部门的理解为了更好地推进新世纪的青少年科学技术普及工作,2000年,我国科学技术部连同教育部、中宣部、中国科协和共青团中央

10、五个部门组织有关专家根据我国青少年科普活动实际状况,制定了2001、2005年中国青少科普活动实际指导纲要和2001一2005年中国青少年科学技术普及活动内容与目标)。在两份文件中,将科学素养理解为:科学态度;科学知识、技能;科学方法、能力;科学行为、习惯。147.我国教育部制定科学(7、9年级)课程标准的定义在新世纪基础教育课程改革中,科学(3“6年级)、科学(7一9年级)、生物、物理和化学等科学学科的课程标准对科学素养的理解基本相似。科学(7、9年级)课程标准认为科学素养包括:科学探究(过程、方法与能力):科学知识与技能;科学态度、情感与价值观;STS。8.潘苏东以科学素养的归纳科学素养分

11、为三个维度:一是科学知识维度;二是科学技能方法维度,包括科学方法和科学技能两个因素;三是科学观念维度,包括科学本质和STS。即科学素养就是由科学知识、科学技能和方法和科学观念三个维度构成。152. 国内外科学史教育概况2.1 国外生物科学史教学研究现状法国物理学家保罗·朗之万在 1904 年首先倡导在中等教育自然课程中“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；在于与事实的亲切接触，同时却也在于借以获得以上一切的

12、科学训练。科学教育在这两个方面就如等式的两项一样，是不可分离的。”16 科学史之父萨顿率先在哈佛大学本科生教学中开设科学史课程。在这期间，有很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，为以后科学史课程真正进入中学课程做了必要的思想准备，并积累了丰富的经验。 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。17西方一些国家的专家倡导把科学史、科学哲学和科学社会学即 H

13、PS 的有关内容融入中小学科学课程，促进学生对科学本质的理解，培养其科学精神和科学创造力。这就是著名的科学史教学模式HPS 教学模式。 科学知识社会学（SSK）出现于 20 世纪 70 年代初的英国，SSK 与传统知识社会学、科学社会学的区别直接反映在其相关的科学史研究上，表现对“内外史”的不同侧重和理解。英国科学工作者 Irwin 曾对英国科学教材中的科学史进行了专门的考察，他认为“科学史内容大致可以分为 3 类：科学家传记、关于科学发现的说明、关于科学观点的变化及其当时背景的说明。”18 日本的教材，注重用生物科学发展史，启发学生为科学献身的精神。通过重大的科学发现过程，培养学生的创造性思

14、维。 葡萄牙教育工作者 Ieite 教授在总结前人研究的基础上，发展了一套分析教材中科学史的量表。 综上所述，在国外科学课程中，50 年代，突出基本知识和基本技能；60 年代，发展智力，培养能力；80 年代以来，逐步提出学生综合能力、创新能力等。国外比较重视生物科学史的教育，注重使学生掌握科学发展的过程。2.2国内科学史教育情况目前我国对生物科学史的渗透教育进行了卓有成效的改革和探索：一方面体现在生物课程模块设置上增设了内容丰富、形式多样的科学史；另一方面也体现在生物课程标准以及具体的内容标准的制定上，突出了生物科学史的教育价值和地位。 利用生物科学史，培养学生的科学素养的文章很多，比如张晓翰

15、在“利用生物科学史培养学生的科学素养”一文中，指出：“通过对生命科学史的学习，可以使学生了解探究生物知识的艰辛历程，掌握获取知识的来龙去脉，帮助学生真正理解掌握科学知识；可以使学生学习科学研究的方法；受到科学家的科学态度、科学精神和科学的世界观的熏陶，陶冶学生的精神情操，养成优秀的科学品质。”19孙珍英指出：“在生物教学中对学生进行生物科学史教育，是提高学生科学素养的有效途径，运用生物科学史能够培养学生的问题意识；引导学生学会科学的思维方法，体验科学探究的过程；能够让学生形成科学的品质和科学精神。”20 生物科学史在生物教学中的作用，王荐进行了概括，1.展示知识发生的过程，帮助学生深刻理解知识

16、；2.展现科学精神，培养学生的科学素养；3.展示科学研究方法，培养学生思维能力。21王荐还概括了生物科学史引入生物学教学的具体做法：1.创设情境，引入课题；2.突出重点，突破难点；3.介绍方法，启迪思维。 很多老师对生物科学史的教育价值进行了分析研究，王俊霞总结为，“知识的探究，方法的学习，精神的熏陶。”22腾春喜指出，“学习和研究生物科学史，提高自己的科学史素养，利用生物科学史对学生进行科学教育和人文教育，培养学生的学习兴趣，培养学生观察能力、识别能力、探索精神、严谨的科学态度和良好的意志品质。”23有些科学家挖掘生物科学史的人文价值，比如吴四平在“例谈生命科学史的人文价值”一文中，结合具体

17、案例，发掘生物科学史丰厚的人文底蕴。 有些老师将生物科学史与探究教学相结合，谢群概括了生物科学史与探究教学整合的意义与策略。陈维与汪忠结合光合作用发现史的教学实践，从创设持续的问题情境、体验探究过程与方法、研究知识的深入发展、尝试部分探究和全程探究几个方面探讨了利用生物科学史培养学生探究能力的基本方法和基本模式。24 综合国内外研究现状，从生物课程与教学论的角度，我国对生物学教材中科学史的融合还缺乏实证的研究，缺少合理的理论指导。二、理论界定2.1.科学史 科学史学科的创始人萨顿把科学史定义为，“科学史是客观真理发现的历史、人的心智逐步征服自然的历史。它描述漫长而无止境的为思想自由，为思想免于

18、暴力、专横、错误和迷信而斗争的历史。”25萨顿还说过：“一部科学史，在很大程度上就是一部工具史，这些工具，无论有形或无形，由一系列人物创造出来，以解决他们遇到的某些问题。每种工具和方法都是人类智慧的结晶。”26 实证主义科学观认为：科学是实证知识，科学史是实证知识的积累史。实证知识也就是通过经验而确证的知识。萨顿是这种实证主义科学史的代表人物之一，他所写作的科学史基本上是实证知识的编年史，即尽量把历史上出现的所有科学知识和技术知识记录下来，按照年代的顺序编写出来。 观念论的科学史家认为：科学本质上是观念，科学观念的发展是内在的和自主的，科学史是观念内在更替的思想史。法国科学史家柯瓦雷是这种观念

19、论科学史的开创者和主要代表。 科学社会史家认为：科学本质上是一种社会活动，因而科学史可以而且应该写成科学与其它社会文化因素的互动史。科学思想史通常也称内史，科学社会史则称外史。 在本文的研究中，科学史偏向于萨顿的定义。笔者将科学史定义为为：科学发生发展的历史。 2.2生物科学史 生物科学是自然科学的一门基础学科，是研究生命现象和生命活动规律的科学。27 玛格纳指出，“生物科学史既包括科学家对生命现象的研究过程，又包括科学家研究生命现象时所持有的观点和态度；既包括生物家理论和方法的形成演变，又包括不同学科之间的联系、科学与社会的相互影响。”28 生命科学史不仅提供生物科学知识（包括科学概述、事实

20、、理论、原理等），提示科学方法的完善过程和科学发展的不断深化过程，还探讨科学、技术、社会之间的相互关系，并以无形的力量影响我们的情感、态度和价值观。29 生物科学史研究生物科学发生和发展的历史，一方面，它向学生揭示生物科学结论的发展是一个动态的过程，不仅包括生物科学发展的过去，还包括人类现在的认识和未来的研究方向。另一方面，生物科学史向学生介绍科学家的生平事迹、奋斗历程、曲折经历和成败得失。在科学探索过程中，科学家身上折射出的虚怀、无私、执着、求实等高尚品质是一种宝贵的教育财富，尤其是科学家在创造惊世业绩时所表现的伟大的人格力量，启迪和感召着后人。 普通高中生物课程标准（实验）解读中对生物科学

21、史的定义是“以生物科学产生和发展的过程为轮廓，以科学发展历程中带有重大转折作用的课题及事件为主线，用详实的资料论述科学家们的创造性劳动，生动地描述他们进行科学探索的思维过程和方法，同时也对生物学发展的逻辑和社会历史背景等重大问题进行评论。生物科学史也是一门充满生命力的科学，是培养学生科学素养的生动教材。”30 在本文的研究中，生物科学史就是生命科学史，以普通高中生物课程标准（实验）解读中的定义为准。简单地说，生物科学史就是生物科学发生发展的历史，包括生物科学知识的发展、生物科学方法的演进以及生物科学家的科学精神。三、研究方法及研究路线3.1 研究方法1.文献研究法：文献法就是从众多的的文献中查

22、找并获取所需文献的过程。“文献”是指具有历史、价值和资料价值的媒体材料，通常这种材料是用文字记载形式保存下来的。“检索”则是寻求、查找并检索、获得的意思。31 文献研究法既可作为一种单独的研究方法，也是其他研究方法的初步工作，一般研究工作都少不了它。它通过对各种文献资料进行理论解释和比较分析，能使研究者发现事物发展的内在联系，发现某种社会现象产生的规律性，它还通过对文献的分析，使研究者看到社会生活的许多方面，获得对各种社会现象和社会结构的正确认识。32 2.问卷调查法：问卷法统一提问、回答的形式与内容，对于所有的被调查者都以同一种问卷进行询问，同时，以同一种方式发放与填写问卷。从而，既可以反映

23、同一地区、同一阶层等具有某种社会同性质的被调查者的平均趋势与一般情况，又可以对不同地区、不同阶层等具有某种社会异质性的被调查者的情况，进行比较分析；有时还可以对同样一些被调查者进行跟踪调查。 3.访谈法：访谈是一种研究性谈话，指通过与被访者的口头交流来收集所需资料的研究方法。又称访问法或谈话法。访谈通常是两个人（有时可以多个人）之间有目的的谈话，其中一个人（研究者或访谈人员）主持、引导谈话，去收集对方（被访者）的语言资料。333.2研究路线 本研究分为文献分析、科学史认识调查、科学史教学渗透以及总结反思等4个阶段。 在文献分析阶段，通过对大量国内外有关科学史的文献资料进行总结分析，充分了科学史

24、的内涵、特点和已有的应用研究成果，得出了本研究要解决的问题和初步的研究框架。 在科学史认识调查阶段，基于现阶段科学史的普及情况，调查学生和教师对于科学史了解程度，初步掌握学生对于科学史的看法，与此同时，通过教师访谈，了解科学史渗透形式在实践中的一些具体应用可能性。 在科学史教学渗透阶段包括教学过程，收集实验班和对照班学生上课前后的成绩，问卷发放和填写，访谈及记录等。在总结反思阶段，分析以上过程收集到的定量和定性数据，对比实验班和对照班学生成绩的差异，得出实验结果，并反思本研究可能存在的问题及解决措施。四、研究意义4.1学术价值 笔者在阅读了大量文献资料后发现，有关生物科学史的资料比较多，生物科

25、学史在教学中的应用也已经引起教育界的普遍关注，尤其是随着素质教育的进一步倡导，素质教育要求越来越重视学生各方面的能力，越来越重视让学生去体验科学研究的过程，而不是科学研究的结果和知识的掌握程度，目前已有更多的教育工作者开始重视生物科学史在生物教学中的重要作用。不少教师对生物科学史的理论知识还不清楚。完善生物科学史教学的基本理论，对当前生物教学改革的意义重大。4.2应用价值 虽然不少教师进行了生物科学史教学现状研究的尝试，但是他们的尝试仅仅局限于理论水平，或者只进行问卷的形式，并没有走入真实课堂。本文在问卷、访谈的基础上，进行了课堂观察，更深入课堂，对生物科学史教学的现状有了更好的了解。对开展生

26、物科学史教学具有很好的指导意义。 走入真实课堂是本文的宗旨，真实数据的采集以及真实案例的分析能为以后的学习和研究提供参考。五、研究框架和研究内容确定研究问题科学史相关文献整理科学史与科学素养国内外科学史教育概况科学史教学与生物课堂结合与改进课堂的结合与改进的结合与改进科学史认识调查做准备人教版高中生物必修部分章节教学设计前期准备准备学习任务单及拓展资料问卷和访谈提纲的设计课堂渗透实验班和对照班采用科学史渗透和传统授课的方式学习发放、让学生填写问卷并收集收集实验班和对照班学生前测成绩收集实验班和对照班学生后测成绩根据后测成绩分层抽样，访谈定量研究和定性研究相结合本研究可能存在的问题和解决措施总结

27、和反思问卷、访谈结果的统计分析实验班和对照班学生前后测成绩的统计分析得出结论 图1 研究框架图六、 参考文献12中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准（实验）S.北京：人民教育出版社，2003.18,19. 3何会流，王志坚.高中生物教学中科学史教育研究J.重庆文理学院学报，2008（27）：102. 4 Garrison J W, Lawwill R S. Democratic science teaching: A role for the history of scienceJ.Interchange, 1993, 24(1&2):29-39. 5乔治·萨顿著，刘珺

28、珺译.科学的生命文明史论集M.北京:商务印书馆,1987:21. 67叶天晴.利用科学史促进高中生物核心概念构建的策略研究D：硕士学位论文.长春：东北师范大学，2011. 8刘恩山，汪忠普通高中生物课程标准(实验)解读M南京：江苏教育出版社，2004152， 109-1109Debodr,G.E.AHistoryof工deasinSeieneeEdLleation:工mplieationforPraetiee.卜ewYork.TeaehersCollegePress.199110金兼斌.科学素养的概念及测量.中国科技新闻学会第七次学术年会.大连.2002:11M111er,J.D.Seientifieliteraey:AeoneeptualandempiriealreView.Daedalus,一12(2),29一4812美国科学促进协会著.科学素