例說(shuō)科學(xué)史在高中生物教學(xué)中的運(yùn)用

黃玉陽(yáng)

【摘 要】闡述在課堂上適當(dāng)運(yùn)用與教材有關(guān)的科學(xué)史來(lái)詮釋知識(shí)點(diǎn)的方法和好處，合理運(yùn)用科學(xué)史來(lái)輔助教學(xué)能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和社會(huì)責(zé)任感，從而提高課堂的教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)史 生物教學(xué) 學(xué)習(xí)興趣 科學(xué)素質(zhì) 責(zé)任感

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2016）03B-0147-02

人教版高中生物教材中很多知識(shí)點(diǎn)都有一段曲折的科學(xué)發(fā)現(xiàn)史及其背后相關(guān)的社會(huì)故事，每個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)史的故事都能幫助學(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，認(rèn)識(shí)科學(xué)發(fā)現(xiàn)對(duì)人類的影響，進(jìn)而學(xué)會(huì)利用科學(xué)的力量造福人類社會(huì)。因此合理利用這些資料可以提高生物學(xué)課堂的教學(xué)質(zhì)量。筆者在教學(xué)過(guò)程中，注意收集整理與教材內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的生物科學(xué)史，閱讀相關(guān)的專著，不斷完善自己的知識(shí)體系，做到對(duì)教材涉及的科學(xué)史全面了解，爛熟于心，信手拈來(lái)。在教學(xué)中，筆者根據(jù)教材教學(xué)的需要對(duì)科學(xué)史的內(nèi)容進(jìn)行二次改造，通過(guò)增、減、改、換等方法，使得這些資料能在課堂上合適應(yīng)用。筆者在實(shí)踐過(guò)程中取得比較良好的效果，提高了教學(xué)質(zhì)量，受到學(xué)生的歡迎。

一、利用生命科學(xué)史導(dǎo)入新課，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣

在《DNA是主要的遺傳物質(zhì)》這節(jié)課中，課文首先提出“遺傳物質(zhì)可能有什么特點(diǎn)”這個(gè)討論問(wèn)題。在此引入科學(xué)史，告訴學(xué)生首先提出并回答這個(gè)問(wèn)題的人是一位偉大的物理學(xué)家——薛定諤。他在1926年提出了波動(dòng)力學(xué)——量子力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)形式之一，因此而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。后來(lái)他的興趣轉(zhuǎn)向生命科學(xué)，他用物理學(xué)家的思維，在1943年寫(xiě)了《生命是什么》這本書(shū)。書(shū)中他根據(jù)自然界生物的現(xiàn)象和生命普遍的規(guī)律推理出能作為遺傳物質(zhì)應(yīng)該具有的特點(diǎn)，這本書(shū)為分子生物學(xué)的誕生作了概念上的準(zhǔn)備。

在課堂上簡(jiǎn)單介紹薛定諤和他的書(shū)《生命是什么》，然后要求學(xué)生結(jié)合初中學(xué)習(xí)的生物學(xué)知識(shí)，根據(jù)生物前后代的現(xiàn)象特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)出遺傳物質(zhì)應(yīng)該具備的特點(diǎn)：（1）遺傳物質(zhì)在前后代應(yīng)該是穩(wěn)定的；（2）遺傳物質(zhì)應(yīng)該能復(fù)制；（3）遺傳物質(zhì)應(yīng)該能在前后代傳遞；（4）遺傳物質(zhì)應(yīng)該可以變化。

這樣的新課導(dǎo)入，開(kāi)闊了學(xué)生的視野，開(kāi)拓了學(xué)生科學(xué)的思維，教會(huì)學(xué)生理解科學(xué)研究中觀察自然現(xiàn)象、總結(jié)自然規(guī)律的重要性，同時(shí)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。興趣是學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力，激發(fā)興趣是教學(xué)成功的關(guān)鍵所在。

二、利用科學(xué)史讓學(xué)生了解科學(xué)研究的過(guò)程和應(yīng)具備的素質(zhì)

利用科學(xué)史使學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)研究需要嚴(yán)密邏輯思維，需要經(jīng)過(guò)艱苦的探索過(guò)程才有所成就。獻(xiàn)身于科學(xué)探索是艱苦的，同時(shí)也是充滿內(nèi)心的喜悅。生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)史充分體現(xiàn)了這個(gè)特點(diǎn)。在這一節(jié)，筆者拓展講解了生長(zhǎng)素發(fā)現(xiàn)史的關(guān)鍵人物達(dá)爾文。講述他對(duì)自然常見(jiàn)現(xiàn)象細(xì)致的觀察，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)論證和推理，從而使人類發(fā)現(xiàn)了生長(zhǎng)素。達(dá)爾文觀察到植物向光生長(zhǎng)現(xiàn)象后，利用金絲雀草做了無(wú)數(shù)個(gè)系列實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)不眠之夜的思考和推理，最終才得出科學(xué)結(jié)論。第一系列實(shí)驗(yàn)他用單側(cè)光照射在有孔暗盒里的幼苗的不同部位，證明幼苗的感光部位只是幼苗胚芽鞘的尖端；第二系列實(shí)驗(yàn)他用切除法證明幼苗生長(zhǎng)原因的部位是幼苗胚芽鞘的尖端；第三系列實(shí)驗(yàn)他用劃等距離線的方法觀察單側(cè)光引起幼苗向光彎曲現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)幼苗生長(zhǎng)的部位是在幼苗胚芽鞘的下方。在當(dāng)時(shí)，這三個(gè)結(jié)論是互相矛盾的，是無(wú)法理解的。達(dá)爾文經(jīng)過(guò)分析推斷提出合理的預(yù)言：幼苗胚芽鞘的尖端可以產(chǎn)生一類物質(zhì)，這類物質(zhì)對(duì)單側(cè)光有反應(yīng)，使幼苗向光彎曲生長(zhǎng)，并且這一物質(zhì)是作用于幼苗胚芽鞘尖端的下方。此后經(jīng)過(guò)幾代科學(xué)家的不斷努力，證實(shí)了達(dá)爾文的預(yù)言，找到并提純到了這種物質(zhì)，并命名為生長(zhǎng)素。這段科學(xué)史告訴學(xué)生達(dá)爾文不僅是我們所熟知的大博物學(xué)家、思想家，而且更是一個(gè)觀察細(xì)致、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)科學(xué)家。

這樣對(duì)科學(xué)史進(jìn)行拓展能使學(xué)生輕松地理解有關(guān)生長(zhǎng)素的產(chǎn)生部位，生理功能，運(yùn)輸方向等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)，使學(xué)生了解到對(duì)自然現(xiàn)象進(jìn)行細(xì)致觀察，嚴(yán)謹(jǐn)推理，充分論證這些科學(xué)研究的基本素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的意識(shí)。事實(shí)證明這樣的拓展可以幫助學(xué)生比較深刻地理解教材的基本理論，提高教學(xué)質(zhì)量，也更受到學(xué)生的歡迎。

三、利用科學(xué)史使學(xué)生懂得跨學(xué)科綜合思維的神奇力量

科學(xué)史揭開(kāi)了現(xiàn)代生命科學(xué)偉大發(fā)現(xiàn)的基本前提：科學(xué)家需要有廣闊的視野，跨學(xué)科的綜合思維。這種科學(xué)史教育可以培養(yǎng)學(xué)生初步的跨學(xué)科綜合思想，拓寬以后的發(fā)展道路。

DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)是20世紀(jì)最重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，是分子生物學(xué)的新突破。在《DNA分子的結(jié)構(gòu)》一節(jié)，筆者講解為什么沃森和克里克能首先發(fā)現(xiàn)DNA的結(jié)構(gòu)的原因。20世紀(jì)40年代，人類已經(jīng)確定DNA應(yīng)該是生物遺傳信息的載體。當(dāng)時(shí)研究DNA結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室主要有兩個(gè)，一個(gè)是倫敦國(guó)王學(xué)院的威爾金斯和富蘭克林的實(shí)驗(yàn)室，他們是頂尖的生物學(xué)家，擁有第一手的實(shí)驗(yàn)資料；另一個(gè)是美國(guó)加州理工學(xué)院鮑林的實(shí)驗(yàn)室，他是世界著名的化學(xué)家。當(dāng)時(shí)沃森很年輕，名不經(jīng)傳，他的專業(yè)是生物遺傳學(xué)，他到英國(guó)的劍橋大學(xué)和克里克一起做生物學(xué)研究，他們?cè)瓉?lái)的研究課題是煙草花葉病毒。沃森說(shuō)服了克里克和他合作，轉(zhuǎn)向研究DNA的結(jié)構(gòu)。他們合作幾年后提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，為人類打開(kāi)遺傳信息學(xué)的這扇大門，創(chuàng)造了科學(xué)奇跡。他們成功的關(guān)鍵在于沃森是一個(gè)生物學(xué)家，知道DNA結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)生物學(xué)的意義；而克里克是一個(gè)數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家，他熟練掌握X射線晶體衍射技術(shù)技能，可以在衍射圖中分析推斷物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。加上他們利用了化學(xué)家查可夫的發(fā)現(xiàn)，在DNA分子中A=T，G=C。他們經(jīng)過(guò)演算、推理，終于推導(dǎo)出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。因此DNA結(jié)構(gòu)實(shí)際是由生物學(xué)的思想，化學(xué)的分析，物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，通過(guò)數(shù)學(xué)的推導(dǎo)推理出來(lái)的。這是多學(xué)科綜合運(yùn)用的結(jié)果，這種跨學(xué)科的思想碰撞產(chǎn)生了偉大的創(chuàng)造力。

現(xiàn)代科學(xué)重大的發(fā)現(xiàn)往往源于跨學(xué)科的綜合思維，而現(xiàn)代學(xué)科專業(yè)化的結(jié)構(gòu)劃分和研究機(jī)制往往限制了科學(xué)家的思維。這種現(xiàn)象也對(duì)我們當(dāng)代教育產(chǎn)生了新的挑戰(zhàn)，我們應(yīng)該進(jìn)行夸學(xué)科綜合思維教育，培養(yǎng)出杰出優(yōu)秀的科技人才。

四、利用科學(xué)史促使學(xué)生具備崇高的社會(huì)責(zé)任感

科學(xué)史告訴了學(xué)生科學(xué)家擁有什么樣的情懷，什么樣的社會(huì)責(zé)任。這些例子可以培養(yǎng)學(xué)生良好的品質(zhì)，具備崇高的社會(huì)責(zé)任感。

在《生態(tài)環(huán)境的保護(hù)》這個(gè)內(nèi)容中，可以插入一些相關(guān)生態(tài)保護(hù)的著名的歷史事件。在20世紀(jì)60年代美國(guó)女生物學(xué)家雷切爾在研究密執(zhí)根大學(xué)校園鳥(niǎo)類死亡原因的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其原因是農(nóng)藥DDT通過(guò)食物鏈的傳遞造成的。當(dāng)農(nóng)藥DDT在鳥(niǎo)類食物鏈各級(jí)食物中的濃度越來(lái)越高，并累積到一定的量時(shí)就能毒死鳥(niǎo)類。重金屬或像DDT這樣的有機(jī)磷農(nóng)藥在食物中的濃度沿著食物鏈逐級(jí)升高的現(xiàn)象叫食物鏈的生物富集作用。因?yàn)槿丝偸窃诟鞣N食物鏈的頂端，所以DDT能通過(guò)食物鏈的傳遞在人的細(xì)胞內(nèi)富集，使其濃度變得很高，使人的身體健康受到破壞。雷切爾也是一位著名的科普作家，根據(jù)這個(gè)規(guī)律，雷切爾以童話的形式寫(xiě)了一本書(shū)，書(shū)名叫《寂靜的春天》，書(shū)中警告使用DDT的危險(xiǎn)性。該書(shū)在1962年出版發(fā)行，當(dāng)時(shí)立刻引起全美國(guó)轟動(dòng)，美國(guó)人由此知道了“環(huán)境污染”這個(gè)詞。但是雷切爾卻遭到化學(xué)公司的種種威脅，要求她收回《寂靜的春天》這本書(shū)。后來(lái)，化學(xué)公司還聯(lián)合起來(lái)起訴雷切爾。雷切爾出于對(duì)人類未來(lái)前途的負(fù)責(zé)，不僅不怕威脅，而且?jiàn)^起應(yīng)訴。結(jié)果引起美國(guó)國(guó)會(huì)震動(dòng)，美國(guó)國(guó)會(huì)為此成立一個(gè)專門的委員會(huì)來(lái)調(diào)查事情的真?zhèn)?。最后，雷切爾獲勝了，但她并沒(méi)有就此停下來(lái)。她站在為了人類福祉的立場(chǎng)，呼吁人類不是簡(jiǎn)單地禁止使用農(nóng)藥，而是應(yīng)該開(kāi)發(fā)使用高效、低毒、低殘留的農(nóng)藥，這樣既可以保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，又不對(duì)環(huán)境造成危害。由于她的努力，美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)立法規(guī)定了生產(chǎn)和使用農(nóng)藥的新標(biāo)準(zhǔn)，確保了食品的安全。雷切爾幫助美國(guó)人了解環(huán)境污染危害的嚴(yán)重性，改變了美國(guó)人民的思想意識(shí)，改變了美國(guó)的生產(chǎn)方式。

這個(gè)歷史事件反應(yīng)了一個(gè)科學(xué)家的良知、社會(huì)責(zé)任和使命?？茖W(xué)發(fā)展的同時(shí)，不僅僅有利于人類，而且也可能會(huì)對(duì)人類自身產(chǎn)生各種危害?？茖W(xué)家的使命是幫助人類正確使用科學(xué)技術(shù)的力量造福于人類，避免危害人類。

在教學(xué)中，提高教學(xué)質(zhì)量是教師所追求的永恒的主題。生物科學(xué)史在課堂上的適當(dāng)運(yùn)用往往能生動(dòng)地詮釋教材的基本知識(shí)點(diǎn)，提高課堂質(zhì)量，使學(xué)生學(xué)習(xí)到科學(xué)家的科研精神，理解和體會(huì)科學(xué)研究的苦與樂(lè)，感悟科學(xué)研究的一些共同規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了讓科學(xué)史發(fā)揮育人的功能。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]沃森.基因的分子生物學(xué)（第七版）[M].科學(xué)出版社，2015

[4]雷切爾.寂靜的春天[M].上海：上海譯文出版社/北京：中國(guó)青年出版社，2015

（責(zé)編 盧建龍）