巧用科學史，創(chuàng)造理性而生動的課堂

楊旭

摘 要 從科學史教學的必要性、科學史在教材中的體現(xiàn)、科學史在課堂教學中的應用三個方面總結(jié)了生物史教學。

關鍵詞 科學史 科學素養(yǎng) 人文精神

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

課堂是教學的主陣地，如何創(chuàng)造一個高效的生物課堂，是每一位一線生物教師都在不斷思考與探索的。新課程要求教師們在傳授知識的同時，必須考慮到要培養(yǎng)學生的認知能力，教會學生如何思維，提高他們的創(chuàng)造力，全面培養(yǎng)學生的各方面素養(yǎng)。教師在生物教學中適當穿插科學史的內(nèi)容，能有效培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，讓學生了解科學思想和方法，學習科學家的探索創(chuàng)造精神，樹立正確的科學成敗觀，有助于學生綜合素質(zhì)的提高。

1 用作導入材料，激發(fā)學生學習興趣

教育學家杜威指曾出：“最重要的態(tài)度是能養(yǎng)成繼續(xù)學習的欲望。”“導入”是課堂教學的重要環(huán)節(jié)，是整個課堂教學的第一步，一個優(yōu)秀的導入環(huán)節(jié)，不但能夠起到畫龍點睛、啟迪思維的作用，而且能夠激發(fā)學生強烈的學習興趣和求知欲望，充分發(fā)揮他們的主觀能動性，從而促使學生全身心地投入到探索新知識的過程中去，形成良好的學習氛圍。

1.1 故事型導入

教學案例——“皇室病”的故事。

故事介紹：19世紀英國的維多利亞女王和她的丈夫都未患血友病，他們育有2子4女，其中大兒子因血友病夭折，其余正常。女王的一個外孫女與沙皇尼古拉二世婚配生下了一個患血友病的兒子，另一個外孫女嫁到西班牙王室，也生下一個患血友病的兒子。從此俄國的皇室和西班牙的王室都因娶了維多利亞女王的外孫女而造成了血友病的遺傳。

激發(fā)興趣：人們驚奇地發(fā)現(xiàn)，患血友病的男性遠遠多于女性；男性血友病患者的子女一般都是正常的，但其外孫常常有血友病。

案例分析：在“伴性遺傳”一節(jié)教學時，如果教師一開始就講色盲，離學生生活太遠，很難引起學生的興趣。但用了“皇室病”這一個故事，利用對學生對“皇室”這一名詞的好奇，提高學生的關注度。而且通過思考“這種疾病的男性患者多于女性患者”的原因，可以更加激起學生的學習興趣，比教師直接講解伴X隱性遺傳的遺傳特點更加有效。

這一案例在“基因突變”一節(jié)內(nèi)容時仍然可以使用：“經(jīng)調(diào)查維多利亞女王的家系中并沒有這種疾病的致病原因，那么這種基因可能來源于哪里呢？”這樣的問題引入在激發(fā)學生進一步思考的同時，也使得教學變得更具有整體性，讓學生體會到科學研究的連貫性、知識之間的聯(lián)系性。

1.2 思辨型導入

教學案例——“缺刻翅”的果蠅。

科學研究：1917年，布里奇斯發(fā)現(xiàn)了一種翅膀后端邊緣缺刻（缺刻翅）的紅眼雌果蠅，并完成了如圖1所示的雜交實驗。

思維沖突：讓學生嘗試利用已有的基因突變的原理去分析實驗結(jié)果：（1）如果是常染色體突變，不管是顯性還是隱性突變，則子代的雌雄個數(shù)比應該接近1∶1，而與實驗結(jié)果不符；（2）如果是X染色體上的隱性突變，則后代不會出現(xiàn)正常翅的雄果蠅和缺刻翅的雌果蠅，與實驗結(jié)果不符；（3）如果是X染色體上的顯性突變，后代應該會出現(xiàn)缺刻翅的雄果蠅，與實驗結(jié)果不符。

激發(fā)興趣：用已有的知識無法解釋該實驗結(jié)果，這大大激發(fā)了學生的求知欲，然后給學生介紹布里奇的新的“染色體變異”理論（圖2），從而引入新課教學。

案例分析：“染色體變異”是必修二的難點，理論內(nèi)容太多，如果學生不感興趣的話，學習起來將會有一定難度。教師在新課教學時引入該案例，在進行可能性分析時，學生積極討論甚至是爭論，課堂氣氛活躍，大大激發(fā)了學生的興趣。雖然這一分析過程要花費一點時間，但相對后續(xù)教學中學生課堂注意力的提高，這點時間還是值得的。同時也讓學生體會到科學的發(fā)展并不是一帆風順的，科學家在一步步揭示科學本質(zhì)的同時，常常會遇到各種用已有的知識無法解決的問題，而這些問題常常促進了新的知識的誕生。

2 作為實驗教學素材，培養(yǎng)學生科學思維方法

生物學是一門以實驗為基礎的學科，科學實驗在生物學理論的形成和發(fā)展中，始終起著主導和決定性的作用。在教學過程中，教師可以引入一些實驗內(nèi)容的分析，讓學生去感受歷史上一些經(jīng)典問題的實驗研究過程，例如科學家是怎樣借鑒前人經(jīng)驗教訓，發(fā)現(xiàn)新規(guī)律；他們是怎樣設計實驗，得到新的科學突破等。課堂上由于時間等因素的限制，教師很難展示完整的研究過程，但教學中可以更多地滲透科學思維方法的介紹。

教學案例——促胰液素的發(fā)現(xiàn)。

科學研究：沃泰默的實驗（圖3）

問題引導：（1） 該實驗的自變量、因變量分別是什么？第2組實驗的目的是什么？

（2） 如果你是沃泰默，第1和第3組對照，你會如何解釋這一現(xiàn)象？而沃泰默是如何解釋的？

科學研究：斯他林和貝利斯的實驗。

問題引導：（1） 這個實驗有沒有涉及神經(jīng)調(diào)節(jié)？

（2） 你能預測一下實驗結(jié)果嗎？

（3） 如果胰腺分泌胰液，你覺得促進其分泌的原理可能是什么？

案例分析：在平時教學過程中，這一實驗往往被許多教師忽略，但這其實是一個非常好的實驗教學素材，體現(xiàn)了高中實驗教學中特別強調(diào)的自變量、因變量、無關變量的控制等問題，對學生的科學的實驗思維能力起到了很好的鍛煉作用。同時，斯他林和貝利斯兩位科學家敢于挑戰(zhàn)權(quán)威，用于創(chuàng)新的精神也值得學生們體會和學習。

3 重視知識溯源，幫助學生理解核心概念

科學知識是隨著人類認識的深入而不斷發(fā)展變化的，因此教師也應該讓學生對知識的建立過程有一定的了解。在進行教學時，教師在基礎知識的內(nèi)容里，適當穿插一些有教育意義的科學史知識，運用歷史的方法從發(fā)展的觀點去追蹤一個科學概念或理論的演化過程，便于學生全面領會和掌握科學的基礎知識，讓學生能夠在生物學史的背景下，對科學的知識進行“重演”，完成知識的自主構(gòu)建，同時也提高了學生的學習興趣，這樣的教學效果要遠勝于照本宣科式的直接講解。

教學案例——生物膜的結(jié)構(gòu)。

（1） 膜的化學構(gòu)成。

膜可能由脂質(zhì)組成→1859年E.Overton研究植物細胞的物質(zhì)通透性實驗。

1897年Crijns等研究動物細胞的物質(zhì)通透性實驗。

（2） 磷脂分子的排布。

磷脂雙分子層→1917年Irving Langmuir研究磷脂分子在水面上的展層行為。

1925年Gorter、Grendel從紅細胞膜中抽提出磷脂，其排列成的單分子層的面積，約為細胞表面積的2倍。

（3） 蛋白質(zhì)分子的排布。

蛋白質(zhì)均勻分布→1959年Robertsen通過電子顯微鏡觀察提出靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)模型。

蛋白質(zhì)不均勻分布→20C.60Y Heuser等運用冷凍蝕刻技術發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)分布的不均一性。

（4） 膜分子的運動。

膜具有流動性→1970年Frye、Edidin等運用熒光標記、細胞融合等技術發(fā)現(xiàn)膜上蛋白質(zhì)分子是可以運動的

案例分析：膜的結(jié)構(gòu)是必修一的一個重要知識點，筆者在教學設計，將科學發(fā)現(xiàn)分為四個階段：膜的化學構(gòu)成→磷脂分子的排布→蛋白質(zhì)分子的排布→膜分子的運動，每一個科學結(jié)論的得出都經(jīng)過實驗研究→提出假說→實驗研究→結(jié)論等步驟，讓學生體會科學研究的一般程序，同時讓學生重走科學家們的探索之路。另外在教學過程中，教師還充分利用自制的磷脂物理模型，讓學生自主構(gòu)建膜的結(jié)構(gòu)，提高學生的參與度，讓教學更加直觀化、形象化，這樣會使生物教學顯得更加生動，更加有效。

4 利用科學故事，加強對學生的人文教育

人文教育的核心是人文精神，人文精神主要包括人的信念、理想、人格和道德等，人文教育是人文精神在教育中的滲透和體現(xiàn)。《普通高中生物課程標準（實驗）》在課程目標中除了要求學生“知道生物科學和技術的主要發(fā)展方向和成就，知道生物科學發(fā)展史上的重要事件”外，還指出“對于《標準》中沒有列出的其他生物科學史實也應注意引用”。生命科學史揭示了人們思考和解決生物學問題的思想歷程，展示了在探究知識的過程中科學家之間的協(xié)作配合、不同觀點間碰撞融合，體現(xiàn)了科學家的科學態(tài)度、科學精神和科學世界觀，是對學生進行人文教育的良好素材。

4.1 協(xié)同合作、堅持不懈的精神

教學案例——DNA分子的結(jié)構(gòu)。

生物學家沃森是噬菌體侵染細菌實驗小組成員，他堅信DNA是遺傳物質(zhì)，并與物理學家克里克完美合作，發(fā)現(xiàn)了DNA的空間結(jié)構(gòu)，登上了科學的巔峰。在研究過程中，他們從物理學家威爾金斯和富蘭克林的DNA X射線圖像得到啟示，學習了化學家鮑林的模型構(gòu)建的研究方法，從化學家查哥夫那里得到了DNA堿基中的數(shù)量關系，格里菲斯又幫助他們解決了堿基間的作用力問題。在這一些過程中雖然歷經(jīng)多次失敗，但他們始終相信彼此，堅持不懈，最夠構(gòu)建出人類歷史上第一個DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，標志著分子生物學時代的來臨。

4.2 實事求是、求真務實的精神

教學案例——孟德爾理論的再發(fā)現(xiàn)。

1865年孟德爾發(fā)表《植物雜交試驗》論文，提出了遺傳學的兩大基石——分離定律和自由組合定律，但是由于其科學研究思想、統(tǒng)計學等研究方法的超前性，這一理論被埋沒了35年。直至1900年，德佛里斯、科倫斯、切爾馬克3位科學家?guī)缀跬瑫r完成相同的實驗，得到了相同的結(jié)論，這幾乎使孟德爾理論又面臨被扼殺的危險。在科學界爭論不休之際，貝特森成為孟德爾學說的堅定捍衛(wèi)者，從1900～1904年他利用各種機會宣傳孟德爾理論，利用一系列試驗數(shù)據(jù)證明孟德爾理論的普遍意義，1909年貝特森出版《孟德爾遺傳原理》一書，完成了他對孟德爾著作的重新詮釋，使得孟德爾對遺傳學的貢獻終被科學界所接受。

4.3 敢于質(zhì)疑、開拓創(chuàng)新的精神

教學案例——DNA是遺傳物質(zhì)的確立。

1869年瑞士化學家米歇爾首次分離出DNA，美國科學家列文從1900年開始研究核酸，并成為這一領域的權(quán)威，但他的研究認為DNA是簡單、單一的，否認了其作為遺傳物質(zhì)的可能性，因而科學界認為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的理論占據(jù)了上風，這使得人們對遺傳物質(zhì)的確定被大大推遲。但是科學的發(fā)現(xiàn)往往要打破已有的壁壘，1928年、1944年格里菲斯和艾弗里分別完成了肺炎雙球菌的體內(nèi)和體外轉(zhuǎn)化實驗，證明了DNA在遺傳中的重要作用。當科學界還在為艾弗里實驗中那個0.1%的蛋白質(zhì)雜質(zhì)爭論時，1952年赫爾希和蔡斯完成了噬菌體侵染細菌的實驗，使科學界最終摒棄了蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的思想，肯定了DNA作為遺傳物質(zhì)的地位。

案例分析：教師在課堂教學過程中不僅僅要關注知識點的傳授，還要考慮到學生的情感體驗。在上述案例中，每個小故事內(nèi)容并不很長，但是教師在課堂教學中適時引入，可以讓學生體會求實、創(chuàng)新、堅持、合作、質(zhì)疑等人文精神和科學素養(yǎng)。這些內(nèi)容也許不會體現(xiàn)在學生的學業(yè)成績上，但這是利用科學家的精神幫助學生完善人格，是對學生心靈的滌蕩，這也體現(xiàn)出科學史教學的更高價值。

科學史在生物課堂上的滲透，已經(jīng)越來越被教師們重視，作為一線教育工作者，在如何以生物史為載體，挖掘知識的內(nèi)涵，體現(xiàn)生物學知識價值的多元性，如何將科學價值與人文價值相整合等方面，應該不斷實踐探索，為提高學生的科學素養(yǎng)服務，為學生的終身發(fā)展服務。

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