例談高中生物科學(xué)史教育實(shí)踐

柳碧晗

摘 要：學(xué)習(xí)生物科學(xué)史能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神，這對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是很有意義的。利用科學(xué)史資料教育教學(xué)的一些實(shí)踐感悟，進(jìn)行總結(jié)反思。

關(guān)鍵詞：高中生物；科學(xué)史教育；實(shí)踐感悟

“科學(xué)史”這個(gè)詞跟“歷史”一樣有兩個(gè)層次的意思，第一層次指的是對(duì)過去實(shí)際發(fā)生的事情的述說，第二層次則是指對(duì)這種述說背后起支配作用的觀念進(jìn)行反思和解釋。生物科學(xué)發(fā)展史既包括科學(xué)家對(duì)生命現(xiàn)象的研究過程，又包括科學(xué)家研究生命現(xiàn)象時(shí)所持有的不同觀點(diǎn)和態(tài)度；既包括生物學(xué)理論和方法的形成演變，又包括不同學(xué)科之間的聯(lián)系、科學(xué)與社會(huì)的相互影響。

隨著科學(xué)普及實(shí)踐中對(duì)科學(xué)的文化方面越來越多的注重，科學(xué)史教育已經(jīng)成為更好地理解科學(xué)、更好地將科學(xué)文化與人文文化相結(jié)合、更好地普及科學(xué)的最重要的手段之一?！镀胀ǜ咧猩镎n程標(biāo)準(zhǔn)》亦明確提出，學(xué)習(xí)生物科學(xué)史能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神。

在教學(xué)過程中，可以利用生物科學(xué)發(fā)展史資料，有目的地引入、創(chuàng)設(shè)與教學(xué)內(nèi)容相符的生動(dòng)具體的場(chǎng)景，將間接知識(shí)演化為直觀內(nèi)容，以此激發(fā)學(xué)生的好奇心，促使他們?nèi)ヌ剿魃?guī)律。生物科學(xué)史是科學(xué)方法不斷發(fā)展的歷史，學(xué)生關(guān)注其中，可體味科學(xué)家發(fā)現(xiàn)與解決問題的思路與方法，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰退季S能力，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，從科學(xué)家追尋的價(jià)值觀和規(guī)范中激發(fā)學(xué)生敢于質(zhì)疑、敢于創(chuàng)新的精神。

一、利用科學(xué)史資料創(chuàng)設(shè)情境，引入新課題

1.科學(xué)史本身就有其歷史性和科學(xué)性，同時(shí)，許多生物科學(xué)史生動(dòng)有趣，用它們來創(chuàng)設(shè)情境，引入新課題，能激發(fā)學(xué)生的求知欲望，吸引學(xué)生的注意力。

如，在介紹《伴性遺傳》時(shí)，可以利用18世紀(jì)英國著名的化學(xué)家兼物理學(xué)家道爾頓的圣誕禮物與紅綠色盲的故事，通過歷史故事創(chuàng)設(shè)情境。借以引入對(duì)紅綠色盲這一遺傳病的分析，吸引學(xué)生的注意，引入對(duì)伴性遺傳內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

2.在介紹科學(xué)史時(shí)，可以采取多種方式呈現(xiàn)資料，用問題驅(qū)動(dòng)的方式創(chuàng)設(shè)情境，像科學(xué)家那樣產(chǎn)生疑問，發(fā)現(xiàn)問題，把學(xué)生從對(duì)故事的興趣轉(zhuǎn)入到對(duì)科學(xué)探索的興趣。

如，教學(xué)《DNA是主要的遺傳物質(zhì)》時(shí)，可利用遺傳物質(zhì)研究進(jìn)程的資料展開討論引入新課。“20世紀(jì)中葉，科學(xué)家用超速離心技術(shù)發(fā)現(xiàn)染色體主要是由蛋白質(zhì)和DNA構(gòu)成?？茖W(xué)家產(chǎn)生一個(gè)疑問并對(duì)此爭(zhēng)論不休。由此，可以通過問題引導(dǎo)，展開討論：你認(rèn)為遺傳物質(zhì)可能有哪些特點(diǎn)？你認(rèn)為證明某種物質(zhì)是遺傳物的方法有哪些？”并可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生探討：實(shí)驗(yàn)是最有說服力的方法，科學(xué)家該用哪類生物作為實(shí)驗(yàn)材料呢？是高等生物，還是低等生物？為什么？

如此層層遞進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生追隨科學(xué)家探索的腳步，逐步深入理性思考，同時(shí)得到了科學(xué)思維的訓(xùn)練。

二、利用生物科學(xué)史的材料組織進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)

利用生物學(xué)史的材料進(jìn)行探究，是生物學(xué)新課程教學(xué)中常用的一種方法。根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)內(nèi)容的要求，對(duì)科學(xué)史的材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇和組織，加以整理、轉(zhuǎn)化，設(shè)計(jì)成為有科學(xué)性和啟發(fā)性的探究課題。在教學(xué)中，應(yīng)著重引導(dǎo)學(xué)生沿著科學(xué)家的思維和工作歷程，領(lǐng)悟科學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)問題、大膽假設(shè)、尋找證據(jù)、小心求證的，體驗(yàn)科學(xué)家不斷深化對(duì)問題認(rèn)識(shí)的過程和科學(xué)探索的精神。

如，在向?qū)W生介紹《DNA分子的結(jié)構(gòu)》時(shí)，挖掘探究素材，設(shè)計(jì)探究過程，創(chuàng)造探究環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生參與構(gòu)建DNA分子結(jié)構(gòu)模型的探究活動(dòng)當(dāng)中。

1.借鑒前人的研究經(jīng)驗(yàn)，獲得靈感，確定構(gòu)建模型的研究方法

查找沃森在構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的有關(guān)科學(xué)史，將他們當(dāng)時(shí)如何開展對(duì)DNA分子結(jié)構(gòu)模型的研究工作，以及在探究DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)過程當(dāng)中，如何獲得靈感并得到了哪些方法上的借鑒展示給學(xué)生。

沃森在《雙螺旋———發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的故事》一書中寫道：

“特別重要的是，我們?cè)J(rèn)真討論了鮑林是怎樣發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)α螺旋的……不久，有人告訴我說鮑林的成功也很平常，并不是復(fù)雜的數(shù)學(xué)推理的結(jié)果……鮑林發(fā)現(xiàn)α螺旋并不是僅僅靠研究X射線衍射圖譜。主要方法是探討原子之間的相互關(guān)系。不用紙和筆，他的主要工具是一組分子模型。這些模型表面上看來與學(xué)齡前兒童的玩具非常相似……用同樣的方法解決DNA的問題！我們只要制作一組分子模型，開始擺弄起來就行了。”

在學(xué)生閱讀的基礎(chǔ)上，設(shè)置問題：這段描述，帶給你怎樣的啟示？鮑林帶給沃森的靈感是什么？沃森等科學(xué)家在揭示DNA結(jié)構(gòu)的過程中，采用的研究方法是什么？引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維探究，確定構(gòu)建物理模型的研究方法。同時(shí)，也可以讓學(xué)生在潛移默化中感受科學(xué)家對(duì)科學(xué)探究的熱愛及科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神。

2.構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)物理模型

（1）構(gòu)建DNA基本單位——脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)模型

查找科學(xué)家研究DNA分子結(jié)構(gòu)的有關(guān)科學(xué)史，將DNA的基本單位——脫氧核苷酸的相關(guān)情況整理后，展示給學(xué)生。

將脫氧核苷酸的相關(guān)情況，整理成探究性問題：組成DNA的基本結(jié)構(gòu)單位是什么？每個(gè)基本單位是由哪幾部分構(gòu)成的？組成DNA的堿基有哪幾種？并組織學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，構(gòu)建DNA的基本單位——脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)模型。

（2）構(gòu)建DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

①整理科學(xué)史，將科學(xué)家研究的DNA衍射圖譜及推算的DNA分子的結(jié)構(gòu)、直徑的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，展示給學(xué)生。向?qū)W生提出問題：獲取上述信息，運(yùn)用模型法，你將構(gòu)建怎樣的模型？可能要考慮的問題有哪些？進(jìn)而展開開放式討論，讓學(xué)生像當(dāng)年科學(xué)家一樣，親歷科學(xué)探索過程，引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生探究激情。

②查找并整理沃森、克里克在構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型過程中的種種嘗試，展示給學(xué)生。向?qū)W生提出問題進(jìn)行探討：錯(cuò)誤的理由可能是什么？有哪些是有價(jià)值的？引導(dǎo)學(xué)生追尋科學(xué)家的思維歷程，領(lǐng)悟科學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)問題、尋找證據(jù)、合理推理的。

③在研究暫時(shí)陷入僵局時(shí)，看沃森和克里克又得到了誰的啟示，整理并向?qū)W生展示查哥夫帶來的信息：腺嘌呤（A）的量總是等于胸腺嘧啶（T）的量；鳥嘌呤（G）的量總是等于胞嘧啶（C）的量。根據(jù)科學(xué)史資料中的相關(guān)信息，向?qū)W生提出探究問題：a.堿基配對(duì)方式應(yīng)是怎樣的？b.對(duì)原有模型的修訂是什么？保留什么？

④提出探究問題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考：堿基如何連接？A-T與G-C堿基對(duì)組成的DNA分子具有穩(wěn)定的直徑嗎？整理科學(xué)史中的相關(guān)研究結(jié)構(gòu)，并向?qū)W生展示：四種堿基的分子結(jié)構(gòu)示意圖，比較嘌呤和嘧啶分子結(jié)構(gòu)。解釋堿基的連接方式—-形成氫鍵，A=T，C≡G。

通過問題，引導(dǎo)學(xué)生分析科學(xué)史的有關(guān)資料，重現(xiàn)這一經(jīng)典的模型構(gòu)建歷程，讓學(xué)生參與教學(xué)過程和思考探究，完成思維性的探究式學(xué)習(xí)，進(jìn)而組織學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，制作并展示DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)物理模型，并與沃森和克里克構(gòu)建的物理模型相比較，不僅可以獲得成功感，更將思維型探究式學(xué)習(xí)與操作性的模型構(gòu)建相結(jié)合。同時(shí)，在模型建構(gòu)的探究活動(dòng)中，引導(dǎo)學(xué)生不斷地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，使學(xué)生在學(xué)習(xí)DNA分子結(jié)構(gòu)的同時(shí)，不僅得到科學(xué)方法的訓(xùn)練，并且體驗(yàn)尊重事實(shí)，尊重客觀規(guī)律，善于反思，敢于質(zhì)疑，勇于實(shí)踐等的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。并通過討論交流，動(dòng)手實(shí)踐，增強(qiáng)合作精神。

科學(xué)史其實(shí)本身也是科學(xué)知識(shí)，它豐富了對(duì)科學(xué)知識(shí)的闡述，但作為科學(xué)史教育目標(biāo)來說，科學(xué)知識(shí)不應(yīng)僅僅在這一方面，還應(yīng)在于科學(xué)史能提供科學(xué)知識(shí)的來龍去脈，科學(xué)知識(shí)的發(fā)展變化。同樣目前我們所取得的科技成就也是暫時(shí)的，需要不斷地發(fā)展與完善。生物科學(xué)史中沉淀了眾多科學(xué)家對(duì)生命世界探索的精彩片段。良好的生物科學(xué)史的教學(xué)，應(yīng)該是從中選擇了恰當(dāng)?shù)牟牧?，運(yùn)用了恰當(dāng)?shù)氖侄?，達(dá)到了最佳教學(xué)效果，讓學(xué)生似乎身臨其境，從而獲得眾多啟示的教學(xué)。托克維爾曾說：“當(dāng)過去不再照亮未來時(shí)，人心將在黑暗中徘徊?！蹦敲?，在中學(xué)生物課堂中，生物科學(xué)史不但豐富了學(xué)生的科學(xué)知識(shí)，而且照亮了學(xué)生的未來。

參考文獻(xiàn)：

[1]瑪格納.生物科學(xué)史[M].天津：百花文藝出版社，2002.

[2]劉兵.科學(xué)史與科學(xué)文化論[M].上海科學(xué)教育出版社，2004：47.

[3]楊德平.利用生物發(fā)展史組織高中生物新課程探究性教學(xué)[J].寧德師專學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005（3）：321-328.

[4]劉本舉.例析科學(xué)史的教育功能與教育實(shí)踐[J].生物學(xué)教學(xué)，2006，31（2）：22-24.

[5]李碧松.深入分析教材，利用生物科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)[J].云南教育，2001（4）：25.

（作者單位 廈門大學(xué)附屬科技中學(xué)）

編輯 王團(tuán)蘭