結(jié)合科學(xué)史料 激發(fā)認(rèn)知沖突

人教版高中生物學(xué)教材選入了大量的科學(xué)史料，這些史料蘊(yùn)含著培養(yǎng)學(xué)生生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任等核心素養(yǎng)的教育價(jià)值。教師可以合理利用教材中的科學(xué)史料激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，如在介紹歷史事件時(shí)引導(dǎo)學(xué)生從不同角度思考該事件的意義和價(jià)值，在介紹歷史人物或理論時(shí)讓學(xué)生了解不同觀點(diǎn)形成的過程和原理等，以更好地發(fā)揮科學(xué)史料的教育價(jià)值，提升學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。筆者以《降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶》教學(xué)為例，探討結(jié)合科學(xué)史料激發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突、促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的教學(xué)策略。一、結(jié)合史料再現(xiàn)情景，激發(fā)認(rèn)知沖突教師可以運(yùn)用視頻、圖片等多種媒介再現(xiàn)科學(xué)史料所描述的情景，有針對性地制造認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，推進(jìn)課堂教學(xué)。課堂上，教師先用多媒體再現(xiàn)了這樣一段科學(xué)情景。18世紀(jì)，意大利生物學(xué)家斯帕蘭扎尼開展了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：在一個(gè)用金屬絲做成的小籠子里放入一塊肉，讓老鷹吞下籠子，一段時(shí)間以后再從老鷹的身體里取出籠子，觀察籠內(nèi)情況。然后，教師讓學(xué)生結(jié)合問題“一段時(shí)間后，籠內(nèi)會出現(xiàn)什么情況”“肉塊還在嗎”，大膽預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對于學(xué)生預(yù)測的結(jié)果，教師不做評判，而是直接展示斯帕蘭扎尼的實(shí)驗(yàn)結(jié)果——肉塊消失了。這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果立即吸引了學(xué)生的注意，制造了認(rèn)知沖突——為什么要將肉塊放在金屬籠內(nèi)？是什么物質(zhì)使肉塊消失了？由此，學(xué)生迫不及待地想要一探究竟。二、結(jié)合史料設(shè)置問題串，激發(fā)認(rèn)知沖突教學(xué)中，教師可以借助科學(xué)史料所蘊(yùn)含的科學(xué)原理發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的邏輯，層層遞進(jìn)地設(shè)置多個(gè)問題，以“問題串”不斷激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，為學(xué)生搭建認(rèn)知提升的階梯，讓他們在新舊認(rèn)知交替印證的過程中循序漸進(jìn)地理解所學(xué)內(nèi)容。課堂上，教師逐步呈現(xiàn)科學(xué)家探究酶的歷程，并通過不斷追問持續(xù)激發(fā)學(xué)生思考新問題，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地探尋酶的本質(zhì)。教師先呈現(xiàn)材料1“19世紀(jì)，歐洲經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，釀酒業(yè)占據(jù)重要地位，但釀出的葡萄酒經(jīng)常莫名其妙地出現(xiàn)發(fā)酸的情況，很多科學(xué)家試圖探究原因”，并提出“釀出的葡萄酒為什么會發(fā)酸”的問題；接著，呈現(xiàn)材料2“在那時(shí)，人們已經(jīng)知道釀酒過程是讓糖類不斷發(fā)酵生成酒精并釋放二氧化碳的過程。不少科學(xué)家都視其為一個(gè)純粹的化學(xué)反應(yīng)過程，與生命活動(dòng)無關(guān)”，并提出“這一過程是否與生命活動(dòng)有關(guān)”“生命活動(dòng)的基本單位是什么”“如何判定該過程是否與生命活動(dòng)有關(guān)”的問題；然后，呈現(xiàn)材料3“1857年，法國化學(xué)家、生物學(xué)家巴斯德使用顯微鏡進(jìn)行觀察，提出酵母菌細(xì)胞是釀酒中引起發(fā)酵的物質(zhì)，他認(rèn)為若無活細(xì)胞作用，糖類不會生成酒精。同時(shí)期的德國化學(xué)家李比希卻有不同的看法，他認(rèn)為酵母菌細(xì)胞內(nèi)的某些物質(zhì)導(dǎo)致了發(fā)酵，并且只有在酵母菌細(xì)胞死亡裂解后，這些物質(zhì)才會發(fā)揮效用”，同時(shí)設(shè)計(jì)問題“對比巴斯德和李比希的觀點(diǎn)，分析兩人產(chǎn)生不同認(rèn)知的關(guān)鍵是什么”“如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明你的猜想”，并提示學(xué)生從發(fā)酵是否依靠活細(xì)胞的角度展開思考；最后，呈現(xiàn)材料4“德國化學(xué)家畢希納用石英砂充分研磨酵母菌細(xì)胞后添水?dāng)嚢瑁ㄟ^加壓過濾，最終獲得不含酵母菌細(xì)胞的提取液。他在提取液中添加葡萄糖，一段時(shí)間后糖液中出現(xiàn)氣泡，糖液變成了酒?；诖?，他把酵母菌細(xì)胞中造成發(fā)酵的物質(zhì)命名為‘釀酶”，并設(shè)置了3個(gè)問題“畢希納的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和糖液中含活酵母菌細(xì)胞所形成的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一樣的，這說明了什么”“‘釀酶究竟是什么物質(zhì)”“如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探究酶的化學(xué)本質(zhì)”。以上教學(xué)以問題串為驅(qū)動(dòng)任務(wù)，先通過對比巴斯德的實(shí)驗(yàn)和之后的科學(xué)家關(guān)于發(fā)酵是否與生命活動(dòng)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生理清酶的來源——與活細(xì)胞有關(guān)；接著拋出巴斯德和李比希的不同觀點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步辨析發(fā)酵原因；然后通過畢希納的實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對酶本質(zhì)的認(rèn)知；最后得出“酶”是由活細(xì)胞產(chǎn)生的可以被純化提取的能在體內(nèi)外發(fā)揮作用的一類物質(zhì)。三、結(jié)合史料設(shè)計(jì)發(fā)散性問題，激發(fā)認(rèn)知沖突教師要結(jié)合科學(xué)史料和學(xué)生的已有認(rèn)知設(shè)計(jì)發(fā)散性問題，讓學(xué)生形成認(rèn)知沖突，提出要進(jìn)一步探究的問題，進(jìn)而深刻理解新事物。課堂上，教師引導(dǎo)學(xué)生借助科學(xué)史料初步認(rèn)識了酶以后，組織學(xué)生以小組為單位開展“酶的科研課題模擬申報(bào)”交流活動(dòng)?！翱蒲姓n題申報(bào)”的活動(dòng)形式旨在鼓勵(lì)學(xué)生基于對酶的已有認(rèn)知進(jìn)一步思考有關(guān)酶的問題。在教師引導(dǎo)下，學(xué)生圍繞“酶”各抒己見，最終師生共同梳理出如下有教學(xué)價(jià)值的問題：酶是怎樣發(fā)揮催化作用的？酶和無機(jī)催化劑比較，催化效果如何？影響酶活性的條件有哪些？酶在生活中有哪些應(yīng)用？教師引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位自主探究上述問題。考慮到學(xué)生認(rèn)知的局限性，教師提供了相關(guān)的學(xué)習(xí)資源，包括不同催化劑條件下化學(xué)反應(yīng)活化能變化的數(shù)學(xué)模型、立白加酶洗衣液使用說明書、塞在牙縫里的肉絲兩天后還沒有被消化的生活實(shí)例等。通過自主學(xué)習(xí)和小組交流，學(xué)生的思路被打開，逐漸突破了對酶的刻板印象，在初步明白“酶是什么”的基礎(chǔ)上，理清了酶的催化機(jī)理、酶的特性及酶的應(yīng)用，完善了對核心概念“酶”的內(nèi)涵和外延的認(rèn)識。四、結(jié)合史料設(shè)置思維陷阱，激發(fā)認(rèn)知沖突“思維陷阱”指人為設(shè)置的干擾信息、迷惑條件或思維障礙、思維歧路等。教師設(shè)置思維陷阱有利于學(xué)生進(jìn)行反思性學(xué)習(xí)，深刻領(lǐng)悟所學(xué)內(nèi)容。課堂上，教師介紹如下關(guān)于酶本質(zhì)的史料：“美國科學(xué)家薩姆納從1917年到1926年，歷時(shí)9年，以挾劍豆種子為材料萃取出高純度的脲酶，并通過可靠的實(shí)驗(yàn)路徑證明了脲酶是蛋白質(zhì)。他因此獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。”出于對權(quán)威科學(xué)家的崇拜，學(xué)生下意識地認(rèn)可了“酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)”，所以教師提問“酶的化學(xué)本質(zhì)是什么”時(shí)，學(xué)生不假思索地說“蛋白質(zhì)”。學(xué)生完全掉入了教師精心設(shè)計(jì)的“陷阱”。于是，教師呈現(xiàn)另一則史料“1989年，美國科學(xué)家托馬斯·切赫和西德尼·奧爾特曼通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)少量的RNA具備生物催化作用”，并提問：“酶的化學(xué)本質(zhì)就是蛋白質(zhì)嗎？”學(xué)生猶豫了，沉默不言。顯然，前后兩則科學(xué)史料是矛盾的，學(xué)生由此產(chǎn)生了強(qiáng)烈的認(rèn)