生物科學(xué)史整合探究學(xué)習(xí)

鄭蓮英

中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2018）04-0107

一、案例背景

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“科學(xué)史一個(gè)發(fā)展的過(guò)程。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”。學(xué)生對(duì)生物科學(xué)史感興趣，主要偏向于科學(xué)家的故事和科學(xué)知識(shí)，但對(duì)于科學(xué)方法的學(xué)習(xí)及運(yùn)用還比較薄弱。而科學(xué)方法是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，長(zhǎng)此下去，將不利于學(xué)生的終身發(fā)展。教師在教學(xué)中應(yīng)充分發(fā)揮生物科學(xué)史的教育價(jià)值，使學(xué)生通過(guò)科學(xué)史的學(xué)習(xí)提高科學(xué)精神和探究能力。因此，以“問(wèn)題探究科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程來(lái)學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法”為設(shè)計(jì)理念，整合科學(xué)史的教育方法，切實(shí)落實(shí)主體性教學(xué)，提高學(xué)生的探究能力，訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)的思維方法。

教師應(yīng)充分利用生物科學(xué)史組織探究性學(xué)習(xí)，抓住生物科學(xué)史和探究教學(xué)的結(jié)合點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，親歷思考和探究的過(guò)程，領(lǐng)悟科學(xué)方法、獲取科學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)科學(xué)精神，提高生物學(xué)素養(yǎng)。

以下，就是筆者用此教學(xué)理念在一節(jié)《核酸是遺傳物質(zhì)的證據(jù)》中的實(shí)踐。

二、案例描述

1. 以史導(dǎo)史，認(rèn)同科學(xué)史是一個(gè)過(guò)程

首先筆者展示自己與兒子的照片，說(shuō)明遺傳的現(xiàn)象。并提出問(wèn)題：什么物質(zhì)在遺傳中起決定作用？140年前，孟德?tīng)栐谛薜涝旱牟藞@里揮灑了8年的汗水，提出了生物每個(gè)性狀都是通過(guò)遺傳因子來(lái)傳遞的。1903年，薩頓發(fā)現(xiàn)雜交試驗(yàn)中遺傳因子的行為與減數(shù)分裂受精作用中的行為非常吻合，他們得出了遺傳因子位于染色體上的假說(shuō)。1909年，約翰遜創(chuàng)造“基因”一詞來(lái)代替孟德?tīng)柤俣ǖ摹斑z傳因子”，并沿用至今，不過(guò)此時(shí)的基因仍然是一個(gè)未經(jīng)證實(shí)的僅靠邏輯推理得出的概念。1926年，摩爾根用果蠅試驗(yàn)證明了基因在染色體上，染色體的化學(xué)組成是蛋白質(zhì)和核酸，那么究竟是蛋白質(zhì)還是核酸呢？從那時(shí)起，遺傳學(xué)家踏上了尋找遺傳物質(zhì)本質(zhì)的艱難歷程。

設(shè)計(jì)意圖：把科學(xué)史背景介紹作為探究教學(xué)的一個(gè)環(huán)節(jié)，可以使學(xué)生設(shè)身處地感受科學(xué)家面臨的問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生探究的愿望。歷史上科學(xué)家們的探索歷程和不同觀點(diǎn)，也給學(xué)生進(jìn)一步思考提供了有益啟示。這樣以史導(dǎo)史，使學(xué)生認(rèn)同科學(xué)是一個(gè)過(guò)程。

2. 汲取科學(xué)史積淀的前人的智慧，體驗(yàn)探究

在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，學(xué)術(shù)界認(rèn)為基因是蛋白質(zhì)，認(rèn)為只有像蛋白質(zhì)這樣復(fù)雜的大分子才能決定生物的遺傳。直到1928年，英國(guó)科學(xué)家格里菲斯發(fā)現(xiàn)了一個(gè)令人驚異的現(xiàn)象（“死菌復(fù)活”之謎）。

案例：1928年肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)

課件展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

（1）四個(gè)步驟及現(xiàn)象：

①注射無(wú)毒性的R型活細(xì)菌→小鼠正常.

②注射有毒性的S型活細(xì)菌→小鼠病死.

③注射加熱殺死了的S型活細(xì)菌→小鼠正常.

④注射“R型活細(xì)菌+加熱殺死”的S型細(xì)菌”→小鼠病死.

結(jié)論：被加熱殺死的S型細(xì)菌中，存在著使R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)變成S型細(xì)菌的“轉(zhuǎn)化因子”。

小組合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

PPT展示：

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)宏觀調(diào)控和個(gè)別指導(dǎo)引領(lǐng)學(xué)生“站到巨人的肩膀上”探究，確保學(xué)生進(jìn)行的探究不是漫無(wú)目的、毫無(wú)章法的，而是充分汲取了科學(xué)史積淀的前人的智慧，基本上能夠沿著有價(jià)值的思路進(jìn)行的探究。

3. 對(duì)比經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，反思領(lǐng)悟探究方法

PPT展示經(jīng)典實(shí)驗(yàn)1：1944年艾弗里的實(shí)驗(yàn)

結(jié)果：只有加入DNA，R型細(xì)菌才能轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌。

結(jié)論：DNA是轉(zhuǎn)化因子，是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定的遺傳變化的物質(zhì)，即DNA是遺傳物質(zhì)?？偨Y(jié)該實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并與自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)相比較，找出設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的差距。

設(shè)計(jì)意圖：抓住學(xué)生關(guān)注科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)方案并急于將自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案同經(jīng)典實(shí)驗(yàn)做一個(gè)比較的心理，及時(shí)“隆重推出”經(jīng)典實(shí)驗(yàn)介紹。帶領(lǐng)學(xué)生分析經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的思路、原理、步驟和結(jié)果，重在領(lǐng)悟其中蘊(yùn)含的科學(xué)精神和方法。引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)對(duì)比，反思自己探究的過(guò)程，既總結(jié)自己設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)巧妙之處也找到疏漏之處并進(jìn)行改進(jìn)。

科學(xué)史：艾弗里等人的實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果是對(duì)DNA認(rèn)識(shí)上的一次重大突破，徹底改變了DNA再生物體內(nèi)無(wú)足輕重的傳統(tǒng)觀念。但當(dāng)時(shí)的主流觀點(diǎn)不接受艾弗里DNA是遺傳物質(zhì)的觀念，盡管艾弗里及同事將DNA中蛋白質(zhì)的污染降到0.02%，大多數(shù)的科學(xué)家仍然堅(jiān)信殘留的那一點(diǎn)點(diǎn)蛋白質(zhì)才是真正的遺傳物質(zhì)。艾弗里雖被提名為諾貝爾獎(jiǎng)的候選人，但當(dāng)時(shí)評(píng)委委員會(huì)認(rèn)為最好等到DNA的轉(zhuǎn)化機(jī)理更多地為人們所了解的時(shí)候再說(shuō)，可是，當(dāng)爭(zhēng)議平息，諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)準(zhǔn)備接受時(shí)，他已經(jīng)去世了。

當(dāng)人們?yōu)榘ダ锏膶?shí)驗(yàn)而激勵(lì)爭(zhēng)論時(shí)，研究噬菌體的美國(guó)微生物學(xué)家赫爾希等人在考慮能否將蛋白質(zhì)和DNA完全分開，并單獨(dú)觀察DNA的作用呢？

PPT展示經(jīng)典實(shí)驗(yàn)2：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（動(dòng)畫演示）

（1）噬菌體的結(jié)構(gòu)；

（2）侵染過(guò)程：吸附 注人 合成 組裝 釋放；

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖：科學(xué)家巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和過(guò)人的智慧令學(xué)生發(fā)出由衷贊嘆，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生感受簡(jiǎn)潔、合理、巧妙的設(shè)計(jì)思路。指導(dǎo)學(xué)生以歷史唯物主義的觀點(diǎn)客觀評(píng)述科學(xué)家的功績(jī)和歷史局限性，幫助他們正確理解科學(xué)史、向科學(xué)史汲取營(yíng)養(yǎng)。

4. 回歸史實(shí)，學(xué)以致用

科學(xué)史：隨著對(duì)病毒研究的深入，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)許多病毒中含有RNA，卻沒(méi)有DNA……

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：證明煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。

設(shè)計(jì)意圖：科學(xué)史揭示了科學(xué)家思考和解決生物學(xué)問(wèn)題的思想歷程，反應(yīng)了科學(xué)家探究活動(dòng)與探究方法。學(xué)生模仿科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)設(shè)計(jì)自己的實(shí)驗(yàn)，回歸史實(shí)，學(xué)以致用。

5. 拓展升華，總結(jié)歸納

（1）科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思路？

（2）科學(xué)探究的重要方法？

（3）科學(xué)研究的一般步驟？

小結(jié)時(shí)，可以讓學(xué)生自己概括以上的幾個(gè)問(wèn)題。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)總結(jié)科學(xué)史中前人設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中得到科學(xué)的研究方法，知其然，更知其所以然，加深學(xué)生對(duì)科學(xué)方法的領(lǐng)悟。再次激發(fā)學(xué)習(xí)生物的濃厚興趣和對(duì)生命科學(xué)的熱愛(ài)之情，使他們憧憬未來(lái)，并立志獻(xiàn)身生命科學(xué)。

三、案例反思

1. 通過(guò)本節(jié)課的教學(xué)，筆者對(duì)生物科學(xué)史整合探究教學(xué)有了更深刻的認(rèn)識(shí)：

（1）生物科學(xué)史整合探究教學(xué)增加了生物學(xué)的趣味性。生物科學(xué)史中一幕幕關(guān)系著人類生存和發(fā)展的鮮活的材料是學(xué)生非常感興趣的，教師在教學(xué)中挖掘生物學(xué)的有關(guān)史料，將其與傳授的內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，從而達(dá)到知識(shí)性和趣味性的高度統(tǒng)一。

（2）生物科學(xué)史整合探究教學(xué)能明顯提高學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)掌握的牢固程度。生物學(xué)中引入科學(xué)史的優(yōu)勢(shì)不僅在于介紹科學(xué)知識(shí)，而且能提供科學(xué)知識(shí)的來(lái)龍去脈，為學(xué)生知識(shí)的構(gòu)建提供了天然的支架，讓學(xué)生在歷史背景或支架中學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)，可以使學(xué)生更準(zhǔn)確地理解科學(xué)概念和理論的發(fā)現(xiàn)、演變過(guò)程，能使學(xué)生更好地領(lǐng)會(huì)和掌握生物學(xué)知識(shí)，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

（3）生物科學(xué)史探究教學(xué)模式能有效促進(jìn)學(xué)生探究能力的發(fā)展，顯著提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。科學(xué)史揭示了科學(xué)家思考和解決生物學(xué)問(wèn)題的思想歷程，展示了科學(xué)家所處的時(shí)代背景，反映了科學(xué)家探究活動(dòng)與探究方法?？茖W(xué)史也是科學(xué)方法的歷史，科學(xué)家的成功往往與他們運(yùn)用科學(xué)的研究方法密不可分。一切的生物學(xué)知識(shí)都是科學(xué)先驅(qū)在探索中采用了正確的方法取得的成就。在課堂教學(xué)中，以科學(xué)史的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)作為問(wèn)題探究情境，有利于激發(fā)學(xué)生的興趣，了解科學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，既科學(xué)探究的過(guò)程和方法，也有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

（4）科學(xué)精神的熏陶。從人文角度分析，科學(xué)史中同時(shí)蘊(yùn)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(shí)間，而當(dāng)他最終將結(jié)果發(fā)表時(shí)，卻不被接受。八年之后，其科學(xué)價(jià)值才被承認(rèn)。事實(shí)上，科學(xué)史已不止一次地表明，超越時(shí)代的科學(xué)發(fā)現(xiàn)注定難以為那個(gè)時(shí)代所接受。而正是在這樣的逆境中，科學(xué)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(xué)不迷信權(quán)威，科學(xué)追求真理的特性才得以徹底地體現(xiàn)。

通過(guò)生物科學(xué)史整合探究教學(xué)的實(shí)踐，不僅能使學(xué)生了解探究生物學(xué)知識(shí)的艱辛歷程，掌握科學(xué)知識(shí)，領(lǐng)略科學(xué)家的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神，更重要的是能培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)以及科學(xué)素養(yǎng)，為學(xué)生在探究學(xué)習(xí)中提供更為開闊的視野和扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。在生物教學(xué)中重視生命科學(xué)史整合探究教學(xué)的教育價(jià)值是時(shí)代的呼喚。

2. 在進(jìn)行生物科學(xué)史整合探究教學(xué)的實(shí)踐中還存在著一些需要改進(jìn)的問(wèn)題：

（1）要提高自身的科學(xué)史素養(yǎng)

平時(shí)應(yīng)注意多閱讀科學(xué)史書籍，準(zhǔn)確把握科學(xué)史的發(fā)展脈絡(luò)。努力提高哲學(xué)素養(yǎng)，形成科學(xué)的唯物史觀，力求客觀地評(píng)價(jià)科學(xué)家的成就和歷史局限性，科學(xué)地總結(jié)科學(xué)家成功的原因，深入地領(lǐng)略生物科學(xué)史中蘊(yùn)含的人文精神和科學(xué)態(tài)度。由此，教師才能自如地對(duì)教科書所涉及的科學(xué)史內(nèi)容加以運(yùn)用和拓展。只有教師心中的科學(xué)史變得生動(dòng)豐滿了，才有可能把學(xué)生帶入神奇的科學(xué)史世界，這是教師成功利用科學(xué)史開展探究教學(xué)的前提。

（2）要去粗取精，尊重歷史

對(duì)科學(xué)史的內(nèi)容去粗取精，要做到：①符合學(xué)生的認(rèn)識(shí)水平和接受能力；②選取的內(nèi)容應(yīng)該具有較高的教育價(jià)值，能給學(xué)生以多方面的啟迪，避免為寫史而寫史；③削枝強(qiáng)干，使教材中的科學(xué)史線索單一、脈絡(luò)清晰。教材就不能滿足于僅僅介紹正面的成功事例。在科學(xué)的征途上，激動(dòng)人心的時(shí)刻相比漫長(zhǎng)的發(fā)展史畢竟是短暫的一瞬。失敗的研究在科學(xué)發(fā)展史上自有其意義，這與“成則王、敗則寇”的價(jià)值觀大相徑庭。還科學(xué)發(fā)展以本來(lái)面目，克服世風(fēng)浮躁對(duì)教育的負(fù)面影響，將有助于學(xué)生腳踏實(shí)地的學(xué)習(xí)。

以上主要論述了科學(xué)史教育的重大意義以及高中生物學(xué)探究教學(xué)整合生物科學(xué)史的價(jià)值。雖然探究教學(xué)與科學(xué)史的整合不易，但更應(yīng)看到不易之后所具有的深遠(yuǎn)意義?！皢?wèn)渠哪得清如許，為有源頭活水來(lái)。”只有充分挖掘科學(xué)史蘊(yùn)藏的寶藏，才能追尋到科學(xué)教育的源頭活水。

（作者單位：浙江省蒼南縣蒼南中學(xué) 325800）