基于科學史的生物課堂探究教學例談

　　摘 要： 本文就如何在教學中精心選擇生物科學史上一些科學探究實驗素材，發揮其在課堂探究教學中的作用做了探索，以便更有效地實現新課程教學中對學生科學思維及探究能力培養的目標。
　　關鍵詞： 科學史 生物課堂 探究教學
　　
　　新課程倡導探究性學習，主張學生通過探究活動主動地學習科學方法，獲取科學知識。隨著課改的深入，探究性教學方式已被越來越多地應用于課堂教學，課堂探究的實效性又成為一個新的問題，為探究而探究、探究流于形式的情況不在少數?？茖W史的利用為提高課堂探究的實效性提供了一個很好的載體，如何用好科學史進行課堂探究教學？我結合自己的教學實踐提出以下幾點思考。
　　1.利用科學史激起探究的熱情
　　有強烈的興趣才有求知和探索的欲望，在生物課程教學中，有很多科學家開展科學研究的生動事例。這類科學史能利用學生的好奇心理，激發學生急于探索知識的心情，使學生由最初的“有趣”上升為樂于探索的“情趣”。
　　例如：在“酶的作用和本質”一節的教學中，介紹科學史上斯帕蘭札尼研究鷹的消化作用的實驗，學生表現出了強烈的興趣，產生了解斯帕蘭札尼發現的是一種什么樣的物質的強烈要求，而巴斯德、畢希納、薩姆納在探索酶本質的過程中所做的一系列實驗，無不讓學生對酶的探究充滿了興致。“植物生長素的發現”一節內容中，貫穿著科學史上科學家的實驗探究歷程，達爾文、詹森、拜爾到溫特的實驗，一環環地激發著學生的求知熱情。在生物科學發展的歷程中，有太多這樣的生物科學史料，可以引領學生走進探究生物科學奧秘的殿堂，等待老師的發掘利用。
　　2.重蹈科學史感悟探索的歷程
　　科學發現無一不是經歷了漫長的磨礪而來，在這過程中巧妙的探索過程、科學的思維方法，正是學生探究活動彌足珍貴的范例。如能將科學家的探索過程通過精心設計讓學生在課堂上重新經歷，其科學性和實效性將無可比擬。這個重蹈探究的過程，教師的設計尤為關鍵，正如波利亞所言：“在教一個科學的分支（或一個理論、一個概念）時，我們應該讓孩子重蹈人類思想發展中的那種最關鍵的步子，當然我們不應該讓他們重蹈過去的無數個錯誤，而僅僅是重蹈關鍵性步子?！毕旅嬉浴癉NA的復制”一節中DNA復制方式為例，探索如何利用科學史進行探究教學。
　　環節1：利用科學史創設問題情境，提出問題，開始探究歷程。
　　教師簡要總結前人圍繞該課題展開研究的歷史進程，引出在某一歷史階段該領域亟待解決的問題，以及學術界就該問題存在的爭議。引領學生提出有價值的問題，并明確該問題在當時的歷史條件下所具有的研究價值。歷史上科學家們的探索歷程和不同觀點，也給學生進一步思考提供了有益啟示。
　　背景介紹：1953年沃森和克里克發表了DNA雙螺旋結構模型，既反映了DNA分子可能具有的無窮多樣性，又能立刻提出DNA分子自我復制的可能機制。
　　提出問題：DNA是如何進行自我復制的？
　　環節2：模擬科學家的做法，進行假設，探索DNA復制的微觀過程。
　　進行假設：設想出DNA復制的可能的方式，用提供的紙質模板和紙質原料脫氧核苷酸，同桌合作，嘗試將一個DNA復制成兩個DNA。（教師巡視指導）
　　在實際操作過程中學生采用了兩種復制方式，即半保留復制和全保留復制。讓小組代表將討論的結果向全班展示并由其他小組評價后，教師有選擇介紹科學家關于全保留復制和半保留復制的兩種推測與假設。
　　環節3：引導學生借鑒科學家探究歷程中采用的方法，進行演繹推理，體驗探究過程。
　　科學家根據DNA結構提出了遺傳物質進行復制的可能機理。問題是怎樣探究事實究竟是哪一種？教師介紹技術：同位素標記法。
　　小組活動：演繹推理，半保留復制、全保留復制，經過標記的DNA復制后得到結果有何不同？小組合作用畫圖的方式進行演繹推理。教師進行指導，鼓勵學生大膽設想，在獨立思考的同時開展合作學習。完成后在組內交流的基礎上還可提交全班討論，進行修正和完善。
　　環節4：設計實驗對照科學史實驗得出結論，對比和反思領悟探究方法。
　　演繹推理得到的結果還不能作為正確的結論，要有充分的實驗證據支持才能成為事實，如何設計實驗來驗證演繹推理結果是否正確？推理的結果如何觀察？
　　教師先期介紹CsCl密度梯度離心技術及離心后在試管中的分布情況。請學生根據介紹的知識，以小組為單位進行合作設計實驗并討論。這個問題有一定難度，應留下充足的討論時間。然后讓小組代表發言，介紹小組討論結果，其他小組評價完善。
　　教師引出：這是我們用集體智慧得到的方法，歷史上科學家是如何做的呢？
　　學生學習： 米而森和斯坦爾的實驗，分析實驗結果，對照自己的設計進行比較和反思，應用同樣的原理有哪些不同的地方，科學家的實驗嚴謹性體現在哪？
　　半保留復制模型于1953年提出，1957年米而森和斯坦爾采用穩定的同位素N作DNA標記，N會導致DNA分子密度顯著增加。可以通過密度梯度離心將不同DNA分子區分開來。第一步：將大腸桿菌放在含有N的培養基上生長，獲得實驗用的親代細菌，使親代的DNA雙鏈都標記上N（兩條鏈均為重鏈），提取DNA進行CsCl梯度離心，結果只有一條帶位于離心管底部。第二步：將持續生長的后代放在含N的培養基中生長，讓其再繁殖一代，取子代的DNA進行CsCl梯度離心，實驗結果顯示離心管中只出現1條帶。第三步：將第二步所得到的大腸桿菌放入含N的培養基中培養得到子二代，然后提取DNA進行CsCl梯度離心，實驗的結果是離心管中有2條帶，比例相等，一條位于上部一條位于中部。得出DNA復制方式是半保留復制。
　　對科學史料進行精心的梳理和再加工，去除細枝末節而凸現主干，突出科學研究的一般方法，可以促進學生對探究方法和科學精神的領悟。教師應善于用豐富的科學史料為學生搭建一個發現問題、提出問題、解決問題的平臺，使學生得以從科學家的視角親歷探究過程。利用科學史進行課堂探究的過程，是充滿了理性情趣的探究過程，在生物科學史中，蘊藏著生物探究教學的素材寶藏，需要我們去充分地挖掘，精心地設計，有效地利用。
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