事件策略中的生物科學(xué)史教學(xué)

陳鋒鋒

編者按：這一組五篇文章是江蘇省“十二五”規(guī)劃課題《“事件策略”在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究》（批準(zhǔn)號：C-b/2013/02/003）的研究成果?！笆录呗浴痹谥袑W(xué)生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用是指在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)實踐中把學(xué)生“放”到具體的“生物科學(xué)事件”當(dāng)中去，讓學(xué)生以主體的地位參與生物學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生探索的熱情，促進(jìn)學(xué)生在生物學(xué)知識、科學(xué)探究的技能和思維品質(zhì)，情感、態(tài)度與價值觀的養(yǎng)成，以及對科學(xué)、技術(shù)和社會（STS）的認(rèn)識等領(lǐng)域的全面發(fā)展。作為課程資源，“生物科學(xué)事件”中蘊含著極為豐富和重要的內(nèi)容；作為教學(xué)策略，是把學(xué)生“放”到具體的“生物科學(xué)事件”當(dāng)中去，讓學(xué)生以主體的地位參與生物學(xué)習(xí)。

這五篇論文正是從“課程資源”（第一、二篇）和“教學(xué)策略”（第三、四、五篇）兩個方面探討了“事件策略”在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。

摘 要：以學(xué)生為主體，應(yīng)用事件策略的思想，進(jìn)行生物科學(xué)史的教學(xué)可激發(fā)學(xué)生探索的熱情，更好地促進(jìn)學(xué)生在生物學(xué)知識，科學(xué)探究的技能和思維品質(zhì)，情感、態(tài)度與價值觀，以及對科學(xué)、技術(shù)和社會的認(rèn)識等領(lǐng)域的全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：事件策略；生物科學(xué)史教學(xué)；遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過程

中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1992-7711（2016）13-023-2

生命科學(xué)是一個實驗科學(xué)，生物科學(xué)史上許多偉大的發(fā)現(xiàn)就是建立在一個個經(jīng)典實驗的基礎(chǔ)之上。在人教版高中生物教材中，很多章節(jié)都滲透了對科學(xué)史內(nèi)容的介紹。對于生物教學(xué)來說，雖然近幾年高考中逐漸提高對科學(xué)史相關(guān)內(nèi)容的考查，但是就目前來說，除了幾個重要實驗，高考中對大部分科學(xué)史內(nèi)容要求都比較低。這就導(dǎo)致一些教師在平時教學(xué)中對科學(xué)史內(nèi)容不夠重視，甚至對一些所謂的不重要的科學(xué)史內(nèi)容直接跳過不講。那么教材中這些科學(xué)史內(nèi)容對生物教學(xué)和學(xué)生具有什么意義呢？筆者認(rèn)為在高中生物學(xué)教學(xué)中把學(xué)生“放”到具體的“生物科學(xué)事件”當(dāng)中去，讓學(xué)生身臨其境地融入這一個個科學(xué)發(fā)展的過程中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和科學(xué)研究的興趣和能力，促進(jìn)學(xué)生在生物學(xué)知識、科學(xué)探究的技能和思維品質(zhì)，情感、態(tài)度與價值觀的養(yǎng)成，以及對科學(xué)、技術(shù)和社會（STS）的認(rèn)識等領(lǐng)域的全面發(fā)展。我認(rèn)為學(xué)生這些內(nèi)在的發(fā)展遠(yuǎn)比成績分?jǐn)?shù)的提高更加具有意義，對學(xué)生自身發(fā)展的影響也更加深遠(yuǎn)和重要。當(dāng)然如果要充分利用這些材料，首先，我們教師就需要深入了解這些“事件”內(nèi)容，要了解來龍去脈，這樣在教學(xué)過程中才能夠靈活運用“事件”以達(dá)到我們的教學(xué)目的。下面筆者以“遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過程”為例來談?wù)勎业囊恍┫敕ā?/p>

一、科學(xué)史是一個連續(xù)的、具有邏輯關(guān)系的過程

江蘇生物高考說明中，“人類對遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過程”是C級要求，在生物教學(xué)中，這部分內(nèi)容一直是重點。很多教師片面地認(rèn)為該考點就是人教版第三章第一節(jié)內(nèi)容，其實不然，筆者認(rèn)為人類對遺傳物質(zhì)的探索歷程，應(yīng)該是起始于孟德爾的豌豆雜交實驗，該實驗讓人們意識到生物體的性狀是由生物體內(nèi)的某種物質(zhì)或結(jié)構(gòu)所控制。這應(yīng)該就是最樸素的遺傳物質(zhì)的認(rèn)識。通過摩爾根的果蠅雜交實驗，將遺傳物質(zhì)定位于染色體上。再通過艾弗里及其他科學(xué)家的實驗，最終證實遺傳物質(zhì)即是DNA。沃森和克里克的工作使人們認(rèn)識到DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這個為認(rèn)識DNA的復(fù)制、表達(dá)等功能的體現(xiàn)奠定了堅實的基礎(chǔ)。所以對遺傳物質(zhì)的探索歷程是一個連續(xù)性的，具有嚴(yán)密的邏輯關(guān)系的過程，是許多科學(xué)家通過大量的實驗和思考，以及豐富的想象力逐漸揭開遺傳物質(zhì)面上的輕紗?？梢赃@么說，人教版必修2就是人類對遺傳物質(zhì)的探索歷程。

所以生物科學(xué)史的教學(xué)并不能孤立地去介紹一個個科學(xué)事件或者一個經(jīng)典實驗，牛頓說過“我之所以看得遠(yuǎn)，是因為站在巨人的肩上”，每一個偉大的發(fā)現(xiàn)都是很多科學(xué)家共同努力的結(jié)果。應(yīng)該讓學(xué)生認(rèn)同科學(xué)史是一個連續(xù)的過程，以及相關(guān)事件之間的邏輯關(guān)系，激發(fā)學(xué)生的探索欲望，提高學(xué)習(xí)興趣。

二、適當(dāng)?shù)匮a充教材中的科學(xué)史內(nèi)容

在編制教材的時候，由于篇幅內(nèi)容的限制，編者不可能把所有的科學(xué)史內(nèi)容全部展現(xiàn)在教材中，只能選取一些重要的片斷，有的時候就會使一些事件之間的因果關(guān)系變得比較模糊。這就需要我們在教學(xué)過程中，進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a充，使學(xué)生能夠更加身臨其境地體會科學(xué)家的研究思路，有利于提高學(xué)生科學(xué)研究的思維能力。

在遺傳物質(zhì)發(fā)現(xiàn)的過程中，具有里程碑意義的當(dāng)然就是艾弗里的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗，這也是教材中的重點內(nèi)容。如何讓學(xué)生理解這個實驗？我認(rèn)為有必要介紹該實驗相關(guān)的背景。

在艾弗里的肺炎雙球菌實驗之前，科學(xué)家普遍認(rèn)為蛋白質(zhì)很可能是遺傳物質(zhì)，很少有人考慮到DNA，那這是為什么呢？科學(xué)家知道遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)必須具有多樣性，這樣才能蘊含大量的遺傳信息，而蛋白質(zhì)很明顯符合這個特點。那么為什么大家都忽視了DNA呢？書本上只是簡單說明，是因為當(dāng)時對DNA的結(jié)構(gòu)了解較少。我認(rèn)為這樣描述原因并不是非常準(zhǔn)確，學(xué)生也不太能夠理解。所以在這個地方可以適當(dāng)?shù)难a充當(dāng)時的背景材料。“在艾弗里之前，對DNA的結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，被大家普遍接受的是所謂的“四核苷酸假說”。該假說是由20世紀(jì)初，德國科學(xué)家科賽爾（A.Kssel）及他的兩個學(xué)生瓊斯（W.Jones）和列文（P.A.Levene）共同提出的。他們根據(jù)當(dāng)時比較粗糙的分析認(rèn)為，4種堿基在核酸中的量相等，從而錯誤地推導(dǎo)出核酸的基本結(jié)構(gòu)是由4個含不同堿基的核苷酸連接成四核苷酸，以此為基礎(chǔ)聚合成核酸，這就是較著名的“四核苷酸假說”?！边@個假說從20年代后起統(tǒng)治了核酸結(jié)構(gòu)的研究大約20多年的時間，對認(rèn)識復(fù)雜的核酸結(jié)構(gòu)和功能起了相當(dāng)大的阻礙作用。核酸當(dāng)時雖然是在細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)的，但由于它的結(jié)構(gòu)過于簡單，也就很難想象它能在異常復(fù)雜多變的遺傳現(xiàn)象中起什么作用。

通過以上介紹，學(xué)生不僅能夠知道為什么當(dāng)時科學(xué)家會認(rèn)為DNA不可能是遺傳物質(zhì)，而且也能夠理解為什么艾弗里已經(jīng)通過實驗證明DNA很有可能就是轉(zhuǎn)化因子，但是當(dāng)時人們還是難以接受這個結(jié)論。主要就是因為該假說太深入人心。

艾弗里通過肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗得出DNA是使R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌的轉(zhuǎn)化因子，該結(jié)論不能為大家普遍接受，原因有很多，除了“四核苷酸假說”的影響外，還有一個非常重要的原因，那就是該實驗本身具有缺陷。艾弗里的實驗中最致命的缺陷就是通過純化獲得的“轉(zhuǎn)化因子”含有非常少量的蛋白質(zhì)。所以不能直接確定R型菌的轉(zhuǎn)化是DNA單獨引起的，雖然后來發(fā)現(xiàn)用DNA酶處理轉(zhuǎn)化因子能夠使其不再具有轉(zhuǎn)化活性，但是并不能消除人們的疑慮。很多學(xué)生甚至是一些教師對此都不能理解，認(rèn)為這是吹毛求疵。實際上這里面除了實驗本身的問題外，還有一個非常重要的原因。在艾弗里等人做出上述結(jié)論的20年之間，著名生物學(xué)家、1915年諾貝爾化學(xué)獎獲得者威爾斯塔特在實驗中由于采用的酶溶液過于稀釋之故，以至用通常的化學(xué)檢驗法顯示不出它的蛋白質(zhì)含量，但仍存在催化活性，于是便做出了酶不是蛋白質(zhì)的錯誤結(jié)論，宣稱已經(jīng)制成了不含蛋白質(zhì)的酶的制備物。由于這種結(jié)論出自權(quán)威之口，人們信以為真，結(jié)果使對酶的研究推遲達(dá)10年之久。1944年時，科學(xué)界對這種前車之鑒仍記憶猶新。所以，當(dāng)艾弗里等人公布他們的結(jié)論后，害怕再受騙的科學(xué)界便不敢再盲然唯這位權(quán)威而是從，遲遲不予認(rèn)可了。

科學(xué)研究是一個非常艱辛曲折的過程，成功總是建立在不斷的失敗和錯誤之后，但是我們不能因噎廢食，而失去發(fā)現(xiàn)真理的機會。

三、教材中的科學(xué)史內(nèi)容有待推敲

人教版教材中對艾弗里的實驗過程的描述并不準(zhǔn)確，艾弗里的原始實驗并沒有逐一分析S型細(xì)菌中的各種成分，原論文沒有提及蛋白質(zhì)和多糖的分離、提純工作，而且在論文的預(yù)處理方法部分采取了“去除蛋白質(zhì)和莢膜多糖”步驟，后續(xù)實驗是在去除了S型細(xì)菌的蛋白質(zhì)和多糖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

筆者通過查閱大量資料，艾弗里實驗的思路大致是這樣的：從細(xì)胞粗提取液中分離、純化有活性的轉(zhuǎn)化因子；然后鑒定轉(zhuǎn)化因子的性質(zhì)，或者至少獲得足夠的描述性信息將轉(zhuǎn)化因子歸于某類已知化學(xué)物質(zhì)之列”艾弗里等采用如下方式分離、純化有活性的轉(zhuǎn)化因子：用化學(xué)或酶方法去除S型細(xì)菌提取液（該提取液具有轉(zhuǎn)化能力）中的某種成分，然后檢測去除該成分的S型細(xì)菌提取液是否仍具有轉(zhuǎn)化能力。如果去除某成分后仍保持轉(zhuǎn)化能力，則去除的成分不是轉(zhuǎn)化因子；如果去除某成分后喪失了轉(zhuǎn)化能力，則去除的成分是轉(zhuǎn)化的必須成分。通過不斷地去除各種成分，從而得到相對純凈的“轉(zhuǎn)化因子”。得到純化的“轉(zhuǎn)化因子”后，艾弗里對其進(jìn)行了鑒定，確認(rèn)轉(zhuǎn)化因子就是DNA。艾弗里等1946年發(fā)表了另一篇論文表明：將純化的轉(zhuǎn)化因子用DNA酶處理，然后再進(jìn)行轉(zhuǎn)化實驗，結(jié)果DNA酶處理后的轉(zhuǎn)化因子不再具有轉(zhuǎn)化活性。

編者進(jìn)行了這樣的修改肯定有自己的想法和目的。但筆者認(rèn)為對科學(xué)史，特別是一些經(jīng)典實驗的描述最重要的一點就是要真實、準(zhǔn)確。當(dāng)然，經(jīng)典實驗的具體操作過程對于中學(xué)生而言可能不好理解，教科書在編寫過程中對經(jīng)典實驗進(jìn)行“科普化”處理是必要的，但不應(yīng)該背離經(jīng)典實驗的設(shè)計思路。

當(dāng)然我們教學(xué)中可以適當(dāng)提及，讓學(xué)生切身體會科學(xué)研究的復(fù)雜性。但不能過度，防止學(xué)生對知識點理解混亂。

四、歷史的相似性

十九世紀(jì)，科學(xué)家普遍認(rèn)為胰液的分泌是神經(jīng)調(diào)節(jié)的過程，法國學(xué)者沃泰默通過實驗發(fā)現(xiàn)即使去除了通向小腸的神經(jīng)，胰液也能夠正常分泌，但是很可惜，他還是囿于定論，認(rèn)為自己沒有將神經(jīng)完全剔除干凈，沒有作出正確的判斷。沃泰默和艾弗里的實驗現(xiàn)象所表明的結(jié)果與當(dāng)時普遍認(rèn)同的觀點都是相反的，而且兩者的實驗在一定程度上都存在一定的缺陷。但是艾弗里敢于挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀點，堅持自己的判斷，而沃泰默卻囿于定論。通過這兩個科學(xué)發(fā)現(xiàn)史的聯(lián)系比較，讓我們意識到，在進(jìn)行科學(xué)研究的過程中，應(yīng)當(dāng)努力克服思想上的保守性和片面性，做到不為流行觀念所束縛，努力去揭示未曾為大多數(shù)人所注目的新領(lǐng)域；做到正確總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)。

總的來說，充分利用教材中的科學(xué)史“事件”內(nèi)容，首先需要我們教師深入了解；其次，生物課堂教學(xué)中，教師要善于利用這些生物學(xué)事件，努力做到激發(fā)學(xué)生求知欲望，構(gòu)建愉悅教學(xué)情境，提升學(xué)生能力，使學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生思維能力，真正實現(xiàn)有效教學(xué)。

（本文是江蘇省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題《“事件策略”在中學(xué)生物教學(xué)中的應(yīng)用研究》（批準(zhǔn)號：Cb/2013/02/003）的研究成果。）

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