例說科學史在高中生物教學中的運用

黃玉陽

【摘 要】闡述在課堂上適當運用與教材有關的科學史來詮釋知識點的方法和好處，合理運用科學史來輔助教學能激發學生的學習興趣，提高學生的科學素質，培養學生嚴謹的科學思維和社會責任感，從而提高課堂的教學質量。

【關鍵詞】科學史 生物教學 學習興趣 科學素質 責任感

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）03B-0147-02

人教版高中生物教材中很多知識點都有一段曲折的科學發現史及其背后相關的社會故事，每個科學發現史的故事都能幫助學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學研究的方法，認識科學發現對人類的影響，進而學會利用科學的力量造福人類社會。因此合理利用這些資料可以提高生物學課堂的教學質量。筆者在教學過程中，注意收集整理與教材內容知識點相關的生物科學史，閱讀相關的專著，不斷完善自己的知識體系，做到對教材涉及的科學史全面了解，爛熟于心，信手拈來。在教學中，筆者根據教材教學的需要對科學史的內容進行二次改造，通過增、減、改、換等方法，使得這些資料能在課堂上合適應用。筆者在實踐過程中取得比較良好的效果，提高了教學質量，受到學生的歡迎。

一、利用生命科學史導入新課，激發學生學習的興趣

在《DNA是主要的遺傳物質》這節課中，課文首先提出“遺傳物質可能有什么特點”這個討論問題。在此引入科學史，告訴學生首先提出并回答這個問題的人是一位偉大的物理學家——薛定諤。他在1926年提出了波動力學——量子力學的標準形式之一，因此而獲得諾貝爾物理學獎。后來他的興趣轉向生命科學，他用物理學家的思維，在1943年寫了《生命是什么》這本書。書中他根據自然界生物的現象和生命普遍的規律推理出能作為遺傳物質應該具有的特點，這本書為分子生物學的誕生作了概念上的準備。

在課堂上簡單介紹薛定諤和他的書《生命是什么》，然后要求學生結合初中學習的生物學知識，根據生物前后代的現象特點，引導學生歸納總結出遺傳物質應該具備的特點：（1）遺傳物質在前后代應該是穩定的；（2）遺傳物質應該能復制；（3）遺傳物質應該能在前后代傳遞；（4）遺傳物質應該可以變化。

這樣的新課導入，開闊了學生的視野，開拓了學生科學的思維，教會學生理解科學研究中觀察自然現象、總結自然規律的重要性，同時激發了學生的學習興趣。興趣是學習的內在動力，激發興趣是教學成功的關鍵所在。

二、利用科學史讓學生了解科學研究的過程和應具備的素質

利用科學史使學生認識科學研究需要嚴密邏輯思維，需要經過艱苦的探索過程才有所成就。獻身于科學探索是艱苦的，同時也是充滿內心的喜悅。生長素的發現史充分體現了這個特點。在這一節，筆者拓展講解了生長素發現史的關鍵人物達爾文。講述他對自然常見現象細致的觀察，嚴謹的實驗論證和推理，從而使人類發現了生長素。達爾文觀察到植物向光生長現象后，利用金絲雀草做了無數個系列實驗。在這個過程中，經過無數不眠之夜的思考和推理，最終才得出科學結論。第一系列實驗他用單側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；第二系列實驗他用切除法證明幼苗生長原因的部位是幼苗胚芽鞘的尖端；第三系列實驗他用劃等距離線的方法觀察單側光引起幼苗向光彎曲現象，發現幼苗生長的部位是在幼苗胚芽鞘的下方。在當時，這三個結論是互相矛盾的，是無法理解的。達爾文經過分析推斷提出合理的預言：幼苗胚芽鞘的尖端可以產生一類物質，這類物質對單側光有反應，使幼苗向光彎曲生長，并且這一物質是作用于幼苗胚芽鞘尖端的下方。此后經過幾代科學家的不斷努力，證實了達爾文的預言，找到并提純到了這種物質，并命名為生長素。這段科學史告訴學生達爾文不僅是我們所熟知的大博物學家、思想家，而且更是一個觀察細致、嚴謹的實驗科學家。

這樣對科學史進行拓展能使學生輕松地理解有關生長素的產生部位，生理功能，運輸方向等相關知識點，同時，使學生了解到對自然現象進行細致觀察，嚴謹推理，充分論證這些科學研究的基本素質，培養學生科學研究的意識。事實證明這樣的拓展可以幫助學生比較深刻地理解教材的基本理論，提高教學質量，也更受到學生的歡迎。

三、利用科學史使學生懂得跨學科綜合思維的神奇力量

科學史揭開了現代生命科學偉大發現的基本前提：科學家需要有廣闊的視野，跨學科的綜合思維。這種科學史教育可以培養學生初步的跨學科綜合思想，拓寬以后的發展道路。

DNA結構的發現是20世紀最重大的科學發現之一，是分子生物學的新突破。在《DNA分子的結構》一節，筆者講解為什么沃森和克里克能首先發現DNA的結構的原因。20世紀40年代，人類已經確定DNA應該是生物遺傳信息的載體。當時研究DNA結構的實驗室主要有兩個，一個是倫敦國王學院的威爾金斯和富蘭克林的實驗室，他們是頂尖的生物學家，擁有第一手的實驗資料；另一個是美國加州理工學院鮑林的實驗室，他是世界著名的化學家。當時沃森很年輕，名不經傳，他的專業是生物遺傳學，他到英國的劍橋大學和克里克一起做生物學研究，他們原來的研究課題是煙草花葉病毒。沃森說服了克里克和他合作，轉向研究DNA的結構。他們合作幾年后提出了DNA的雙螺旋結構，為人類打開遺傳信息學的這扇大門，創造了科學奇跡。他們成功的關鍵在于沃森是一個生物學家，知道DNA結構對整個生物學的意義；而克里克是一個數學家和物理學家，他熟練掌握X射線晶體衍射技術技能，可以在衍射圖中分析推斷物質的結構。加上他們利用了化學家查可夫的發現，在DNA分子中A=T，G=C。他們經過演算、推理，終于推導出DNA的雙螺旋結構。因此DNA結構實際是由生物學的思想，化學的分析，物理學的實驗技術，通過數學的推導推理出來的。這是多學科綜合運用的結果，這種跨學科的思想碰撞產生了偉大的創造力。

現代科學重大的發現往往源于跨學科的綜合思維，而現代學科專業化的結構劃分和研究機制往往限制了科學家的思維。這種現象也對我們當代教育產生了新的挑戰，我們應該進行夸學科綜合思維教育，培養出杰出優秀的科技人才。

四、利用科學史促使學生具備崇高的社會責任感

科學史告訴了學生科學家擁有什么樣的情懷，什么樣的社會責任。這些例子可以培養學生良好的品質，具備崇高的社會責任感。

在《生態環境的保護》這個內容中，可以插入一些相關生態保護的著名的歷史事件。在20世紀60年代美國女生物學家雷切爾在研究密執根大學校園鳥類死亡原因的過程中，發現其原因是農藥DDT通過食物鏈的傳遞造成的。當農藥DDT在鳥類食物鏈各級食物中的濃度越來越高，并累積到一定的量時就能毒死鳥類。重金屬或像DDT這樣的有機磷農藥在食物中的濃度沿著食物鏈逐級升高的現象叫食物鏈的生物富集作用。因為人總是在各種食物鏈的頂端，所以DDT能通過食物鏈的傳遞在人的細胞內富集，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，根據這個規律，雷切爾以童話的形式寫了一本書，書名叫《寂靜的春天》，書中警告使用DDT的危險性。該書在1962年出版發行，當時立刻引起全美國轟動，美國人由此知道了“環境污染”這個詞。但是雷切爾卻遭到化學公司的種種威脅，要求她收回《寂靜的春天》這本書。后來，化學公司還聯合起來起訴雷切爾。雷切爾出于對人類未來前途的負責，不僅不怕威脅，而且奮起應訴。結果引起美國國會震動，美國國會為此成立一個專門的委員會來調查事情的真偽。最后，雷切爾獲勝了，但她并沒有就此停下來。她站在為了人類福祉的立場，呼吁人類不是簡單地禁止使用農藥，而是應該開發使用高效、低毒、低殘留的農藥，這樣既可以保證農業生產，又不對環境造成危害。由于她的努力，美國國會通過立法規定了生產和使用農藥的新標準，確保了食品的安全。雷切爾幫助美國人了解環境污染危害的嚴重性，改變了美國人民的思想意識，改變了美國的生產方式。

這個歷史事件反應了一個科學家的良知、社會責任和使命。科學發展的同時，不僅僅有利于人類，而且也可能會對人類自身產生各種危害。科學家的使命是幫助人類正確使用科學技術的力量造福于人類，避免危害人類。

在教學中，提高教學質量是教師所追求的永恒的主題。生物科學史在課堂上的適當運用往往能生動地詮釋教材的基本知識點，提高課堂質量，使學生學習到科學家的科研精神，理解和體會科學研究的苦與樂，感悟科學研究的一些共同規律，實現了讓科學史發揮育人的功能。

【參考文獻】

[1]薛定諤.生命是什么[M].湖南科學技術出版社，2005

[2]沃森.雙螺旋[M].科學出版社，2006

[3]沃森.基因的分子生物學（第七版）[M].科學出版社，2015

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

（責編 盧建龍）