利用科學史教育,優(yōu)化生物課堂教學

[摘 要] 生物科學史對學生的教育功能早就被人們所認知，在課堂教學中進行生物科學史教育，是提高學生科學素養(yǎng)的有效途徑。而傳統(tǒng)的科學史課堂教學達不到預設的理想效果。本文結(jié)合自己多年的教學經(jīng)驗，以人類對遺傳物質(zhì)的探索過程中的“DNA是主要的遺傳物質(zhì)和DNA分子的結(jié)構(gòu)”科學史為例，剖析課堂教學中如何有效實施科學史教學。

[關(guān)鍵詞] 科學史 教育 優(yōu)化 課堂教學

生物科學史教育對于實現(xiàn)《課標》理念具有重要意義，這是由生物科學史的內(nèi)涵所決定的。生物科學史既包括科學家對生命現(xiàn)象的研究過程，又包括科學家研究生命現(xiàn)象時所持有的不同觀點和態(tài)度；既包括生物學理論和方法的形成演變，又包括不同學科之間的聯(lián)系、科學與社會的相互影響。新課標理念之一就是提高學生的科學素養(yǎng)，在教學建議中明確指出注重生物科學史的學習，因此通過充分發(fā)揮科學史的教學價值也是行之有效的途徑之一。

1、科學史在新課標中的重要性

《普通高中生物課程標準》中明確指出“要注重生物科學史的學習”。 包含生物科學史的內(nèi)容反復出現(xiàn)在課標的內(nèi)容標準中，例如，生物必修1：分子與細胞模塊中的 “分析細胞學說建立的過程”、“細胞膜的流動鑲嵌模型的建構(gòu)”、“說明光合作用以及對它的認識過程”；生物必修2：遺傳與進化模塊中的“總結(jié)人類對遺傳物質(zhì)的探索過程”、“分析孟德爾遺傳實驗的科學方法”；生物必修3：穩(wěn)態(tài)與環(huán)境模塊中“概述植物生長素的發(fā)現(xiàn)和作用”等內(nèi)容。高中生物新課程教科書編寫亮點之一就是增加了許多有關(guān)生物科學史的史例，甚至有些章節(jié)如必修2中遺傳章節(jié)完全按科學史上對人類對遺傳物質(zhì)的探索過為主線來組織編寫教材的各節(jié)內(nèi)容，這樣編寫的目的是想再現(xiàn)知識的發(fā)生過程，力圖使生物學傳統(tǒng)結(jié)論式教學轉(zhuǎn)向過程式教學，以達到既傳授知識又能達到培養(yǎng)學生科學思維的目標。

2、科學史教學中常遇到的問題

傳統(tǒng)的科學史教育，往往是把科學史作為一種知識卡片附加在教學內(nèi)容上，教師往往以故事敘事的方式進行教學，對通過科學過程發(fā)展學生的認識能力重視不夠，沒有真正深入挖掘科學史的特殊教育價值來實現(xiàn)教學三維目標，反而讓學生對科學史教學產(chǎn)生泛味枯燥感。如在講授光合作用發(fā)現(xiàn)過程史時，如果沒有從實驗設計的變量，實驗設計的原則，實驗方法等方面挖掘組織探究式教學，只是按照科學上發(fā)現(xiàn)光合作用的時間順序來介紹發(fā)現(xiàn)光合作用的幾個簡單的科學實驗時，學生就會覺得無趣，因為有些結(jié)論在初中已經(jīng)知道。

3、科學史教學方法的構(gòu)建

建構(gòu)主義理論認為，知識不是被動地接受而是由認識主體積極地構(gòu)建；強調(diào)學生學習的主動性和自主性，重視學生的已有知識對學習的影響，提倡學生之間、師生之間的交流與對話，通過討論、爭辯形成統(tǒng)一的認識。要求課堂盡量讓學生有時間和機會表達自己的見解，提出自己的觀點?？茖W史教學自然會涉及到這方面的問題，例如，問題是怎樣產(chǎn)生的？如何提出問題的解決方法？結(jié)論是在什么基礎(chǔ)上形成的？當時及以后有沒有人對這一結(jié)論提出異議等等?？茖W教育的本質(zhì)就在于培養(yǎng)學生的理性懷疑精神和科學創(chuàng)新能力，只有將學生的觀念與科學史中科學家的觀念相互交融，進行跨越時空的對話，理解科學的本質(zhì)，才可能建構(gòu)科學觀念。

以DNA是主要的遺傳物質(zhì)例析實施科學史教學過程設計

結(jié)合建構(gòu)主義和新課標探究式教學理念，經(jīng)過教學反復實踐總結(jié)，進行有效科學史教學設計應包括以下6個環(huán)節(jié)：

(1) 提供科學爭論主題（或演示某一自然現(xiàn)象） 教師上課一開始，就給學生提供歷史上科學爭論主題（或就給學生演示某一自然現(xiàn)象）。20世紀中葉，科學家發(fā)現(xiàn)染色體和遺傳有關(guān)，而組成染色體的由蛋白質(zhì)和DNA，究竟哪一種是遺傳物質(zhì)呢？這個問題曾引起生物學界激烈的爭論。如果你是科學家，選什么實驗材料研究好？必須指出的是，向?qū)W生揭示的某一自然現(xiàn)象必須是以往科學家在歷史上進行理論研究的問題。學生通過觀察思考，由此產(chǎn)生一個需要解決的問題，既能引起學生的好奇心，又能促使學生利用科學史資源進行進一步的探究。

(2)頭腦風暴發(fā)散思考 教師啟發(fā)學生就這一自然現(xiàn)象提出自己的觀點(解釋)。為了促使學生提出各種不同的觀點，可采用“頭腦風暴法”(即由發(fā)散性思維產(chǎn)生的各種方法)，激發(fā)學生的想像力，促使學生各抒己見，如果你是科學家你會選擇什么樣的實驗材料來研究？真核細胞、原核細胞還是病毒？能否找到只有蛋白質(zhì)和DNA的生物？你會怎樣開展實驗研究？使學生以一種移情的方式，設身處地地體驗歷史上科學家的探究與思考。

(3)學習史料自我對比 介紹早期科學家關(guān)于這一現(xiàn)象的思考與實例，作為學生研究的參照系；舉例說明當時其他科學家的不同觀念；引導學生討論或探索這些觀念產(chǎn)生的背景、條件，使學生認識到科學認識的歷史局限性。艾弗里是以肺球鏈球菌作為研究人類傳染病的模型來研究致病現(xiàn)象；如果你是當時的艾費里，為何會想到證明轉(zhuǎn)化因子是什么物質(zhì)的問題？赫爾希和蔡斯則是利用噬菌體作為研究生命遺傳現(xiàn)象的模型。以噬菌體這一結(jié)構(gòu)簡單、便于操作的生物體為模型，充分體現(xiàn)了生物學研究中簡化還原的思想。如果你是當時的赫爾希和蔡斯，你接下來會怎么做？

(4)設計實驗探究體驗 教師將學生分組，要求學生從多種觀點(或觀念)中選擇某種觀點，設計實驗進行檢驗。讓學生認識到，對同一自然現(xiàn)象可能有不同的解釋，可以用實驗檢驗這些觀點(假設)，激發(fā)學生的想像力和創(chuàng)造力。1928年格里菲思通過肺炎雙球菌在小白鼠身上實驗得知S型菌中存在轉(zhuǎn)化因子，但這種轉(zhuǎn)化因子究竟是什么物質(zhì)呢？如果你是艾費里，接下來你會怎么想？讓學生發(fā)散思考，怎樣探明轉(zhuǎn)化因子是什么物質(zhì)的疑問。引導學生明確思路：“想辦法將蛋白質(zhì)和DNA真正區(qū)分開，分別觀察蛋白質(zhì)和DNA的作用”。由于肺炎雙球菌的體外轉(zhuǎn)化實驗DNA提取不純，影響了實驗結(jié)果的可信度。對于蛋白質(zhì)和DNA誰是遺傳物質(zhì)的問題，如何進一步進行探究？ 學生分組以噬菌體為材料分組設計實驗，教師巡回指導。選擇有代表性的兩個小組進行成果發(fā)布，征求全班意見以進一步改進。教師提問：如何實現(xiàn)對DNA和蛋白質(zhì)分別跟蹤？學生通過討論，決定將同位素標記法引入實驗設計，提高了實驗方案的可行性。教師提問：如何實現(xiàn)同位素標記？各小組討論，提出對噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)分別進行同位素標記的可行辦法。教師繼續(xù)組織討論，兩種同位素是否都標記在一個噬菌體上還是要分組實驗？要求學生對兩種設計方案進行比較，找出它們的區(qū)別和聯(lián)系。

(5)體會科學方法和科學精神。通過這兩個科學實驗的學習，你有什么啟發(fā)和心得？讓學生各抒己見，暢談自己的感想和體會。通過兩個實驗比較，使學生認識到實驗的嚴密性與邏輯的嚴謹性和科學研究的多維性。圍繞某個問題的科學研究往往不只是從一個角度展開的，一個觀點的證實往往需要多方面證據(jù)的共同支持。艾弗里改進提純轉(zhuǎn)化因子的實驗，將雜質(zhì)氨基酸的含量減少到萬分之二，赫爾希和蔡斯的實驗中進入細菌的蛋白質(zhì)的含量約百分之一，都是試圖排除蛋白質(zhì)在實驗過程中起到遺傳作用的可能性。事實上，無論是埃弗里還是赫爾希和蔡斯的實驗，都沒能完全排除蛋白質(zhì)對結(jié)果的影響。但是，其他相關(guān)實驗證據(jù)的支持使這一疑點得以消除。引導學生從人文角度分析，領(lǐng)略科學史中蘊涵著豐富的精神養(yǎng)料。埃弗里提純轉(zhuǎn)化因子花了十年左右的時間，而當他最終將結(jié)果發(fā)表時，卻不被接受。八年之后，其科學價值才被承認。事實上，科學史已不止一次地表明，超越時代的科學發(fā)現(xiàn)注定難以為那個時代所接受。而正是在這樣的逆境中，科學大師的精神、氣質(zhì)才得以凸現(xiàn)，給人以心靈的震撼與沖擊；也正是在這樣的曲折中，科學不迷信權(quán)威，科學追求真理的特性才得以徹底地體現(xiàn)。這些鮮活的事例，或許能使學生終生難忘，給學生以人生境界的潤澤與點化。

4、實施科學史課堂教學反思

4.1根據(jù)教學目標需求，選擇編輯科學史素材

雖然新課標明確提出要注重科學史的教學和學習，但在新教材編寫中由于篇幅、容量等方面的原因，并沒有完全把相關(guān)的科學史都寫入教材，但對課堂教學目標的達成卻相當重要的史料事件，教師就有必要在課前，根據(jù)符合本節(jié)課堂教學目標的要求，通過多種途徑搜集相關(guān)的科學史的文本素材和圖像素材，對搜集到的相關(guān)科學史素材內(nèi)容進行精心選擇和適當整理編輯，突出其主題和關(guān)鍵事件，展示給學生，以作教材的補充，為教學服務。

4.2根據(jù)教學目標需求，側(cè)重不同的教學價值

科學史的教育教學功能是多方面，其中蘊含著科學知識、科學方法和科學精神，在課堂教學中必須要根據(jù)教學目標需求，側(cè)重發(fā)揮符合本節(jié)教學目標的某方面教育教學價值功能，以有利于達成教學目標，切不可為講科學史而講科學史，或喧賓奪主、木末倒置。如在介紹艾弗里的肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實驗、赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細菌實驗時，要重點突出科學實驗的嚴密性與邏輯的嚴謹性等科學方法的教育功能的一面。如在介紹DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建科學史時，要重點突出發(fā)揮科學精神的德育教育功能，重點介紹沃森、克里克不畏艱苦失敗克服了一個又一個困難勇于探究的科學精神和相互鼓勵、精誠合作的精神，同時介紹威爾金斯和富蘭克林等科學家對DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立所提供的幫助，使學生懂得合作的重要，形成在合作中學習、在合作中提高的意識。

參考文獻

[1]常海波 讓生物科學史走進課堂 [J] 科學教育，2007年第1期

[2]劉恩山 生物教育研究方法與案例 [M] 高等教育出版社，2008年9月

[3]李高梅 將生物科學史融入課堂教學應注意的問題 [J] 生物學教學，2011年第6期

[4].吳兢勤 高中生物學教材中生物科學史教育的整合 [J] 課程?教材?教法 2010年4月