淺析生物科學(xué)史在光合作用教學(xué)中的應(yīng)用

梁勇

【摘 要】高中生物學(xué)新教材中有關(guān)科學(xué)史方面的內(nèi)容變化較大。生物科學(xué)史是―門反映生物科學(xué)進(jìn)程的人文科學(xué)，是高中生物教學(xué)中一項(xiàng)寶貴的教學(xué)資源。新教材中有關(guān)光合作用的發(fā)現(xiàn)過程就是以科學(xué)史的形式進(jìn)行的介紹。教學(xué)中注重科學(xué)史的講解可以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們的觀察能力、識別能力、探索精神以及堅(jiān)韌不拔、頑強(qiáng)不息的優(yōu)秀品質(zhì)。

【關(guān)鍵詞】生物科學(xué)史；新課程；光合作用

科學(xué)史的創(chuàng)始人喬治·薩頓認(rèn)為， 科學(xué)史是自然科學(xué)與人文科學(xué)之間的橋梁， 它能夠幫助學(xué)生獲得自然科學(xué)的整體形象， 從而全面地理解科學(xué)與人文的關(guān)系。高中生物課程不再只限于理論知識的講解，而是更多地引入生物發(fā)展史上的經(jīng)典事例，向?qū)W生系統(tǒng)地介紹生命科學(xué)的起源和發(fā)展。這樣不但能充分激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲，同時還能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的世界觀，養(yǎng)成勇于探索、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。本文僅就如何應(yīng)用光合作用的科學(xué)史進(jìn)行生物教學(xué)展開了討論。

早在公元前3世紀(jì)，古希臘亞里士多德就提出土壤是構(gòu)成植物組分的觀點(diǎn)。這一觀點(diǎn)統(tǒng)治西方將近2000年，這也是人們對光合作用最早的認(rèn)識。

1648年，海爾蒙特的盆栽柳樹實(shí)驗(yàn)證明樹木的重量增加來自雨水而非土壤，世界各地生物課本都會提到這一段記載。他所做的柳樹實(shí)驗(yàn)說明光合作用過程中有水的參與，也是生物研究上劃時代的工作，向傳統(tǒng)的認(rèn)識提出了新的挑戰(zhàn)，為人們的研究指明了方向。

1771年，普利斯特利通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，植物可以更新空氣。但是，他并不知道更新了空氣中的哪種成分，也沒有發(fā)現(xiàn)光在這個過程中所起的關(guān)鍵作用。問題的研究進(jìn)一步深化，問題更加具體化。

1779年，荷蘭科學(xué)家英格豪斯做了500多次植物更新空氣的實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)一步證實(shí)光照是這一實(shí)驗(yàn)成功的秘訣，即光照是植物放氧的先決條件。

隨著化學(xué)水平的發(fā)展人們發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，到了1782年，日內(nèi)瓦教師塞尼比爾發(fā)現(xiàn)在煮沸過的水中放入綠葉時，即使光照充足也不能收集到氧氣；只有在水中通入CO2后，才能看到氣泡的出現(xiàn)。因此，他認(rèn)為，植物在光照下如果產(chǎn)生O2就必須有CO2的存在，O2是來自CO2的；指出CO2是光合作用的原料，氧氣是產(chǎn)物，而且CO2也是產(chǎn)物氧氣的來源。

1804年，法國科學(xué)家德？索敘爾通過定量分析植物所吸收的CO2、釋放的O2及植物體的增加量發(fā)現(xiàn)，綠色植物在陽光照射下，用CO2與H2O在植物體內(nèi)合成了有機(jī)物質(zhì)，并產(chǎn)生了與CO2大致相等體積的O2。他提出，CO2和H2O是植物體有機(jī)物質(zhì)的來源，即兩者是光合作用的原料。

1864年，德國科學(xué)家薩克斯用天竺葵做實(shí)驗(yàn)材料得出結(jié)論：天竺葵的葉子在光下制造了淀粉，同時也說明光合作用需要光，產(chǎn)物為淀粉。

1880年，美國科學(xué)家恩格爾曼用水綿和好氧型細(xì)菌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)說明：氧是葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所。這就有力地說明了葉綠體是光合作用的場所，氧氣是光合作用的產(chǎn)物。

1937年，英國科學(xué)家希爾將離體的葉綠體加到具有適當(dāng)氫受體的水溶液中，光照后放出氧氣，此反應(yīng)稱為希爾反應(yīng)。氫受體有2，6―二氯酚靛酚、苯醌、NADP+和NAD+等，說明氧氣是在水的光解過程中產(chǎn)生的，為人們研究光合作用產(chǎn)物氧氣的來源提出了新的見解。

1939年，美國科學(xué)家魯賓和卡門利用同位素標(biāo)記法進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，有力地證明了光合作用釋放的氧氣來自水。

進(jìn)入20世紀(jì)40年代，美國科學(xué)家卡爾文等用小球藻做實(shí)驗(yàn)，采用放射性同位素14C做標(biāo)記，最終探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑。至此，根據(jù)科學(xué)的發(fā)展進(jìn)程可歸納出光合作用的定義和反應(yīng)式：

光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存能量的有機(jī)物，并且釋放出氧的過程。即：

今天人們對光合作用的認(rèn)識是經(jīng)過幾代科學(xué)家、歷經(jīng)300余年的艱苦探索才逐步建立的，有關(guān)它的具體問題仍在進(jìn)一步發(fā)展和完善中。

高中課程中涉及的生物學(xué)知識雖然不多，卻是學(xué)生們接觸這門自然科學(xué)的第一步，對于樹立學(xué)生正確的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀具有重要的意義。通過對光合作用發(fā)現(xiàn)過程中的幾個經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的分析、討論，可以使學(xué)生感受到科學(xué)發(fā)展的艱難、科學(xué)方法的重要，使學(xué)生形成不畏艱險(xiǎn)、持之以恒的科學(xué)態(tài)度以及堅(jiān)韌不拔、頑強(qiáng)不息的優(yōu)秀品質(zhì)，使我們的學(xué)生成為勇于創(chuàng)新、開拓進(jìn)取的有用之才。