生物科學史在探究性教學中的應用

鄭曉璇

《普通高中生物課程標準（實驗）》強調(diào)重視科學史的學習。學習科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質(zhì)和科學研究的方法，領(lǐng)會科學家獻身科學的精神，對培養(yǎng)學生的生物科學素養(yǎng)、科學態(tài)度具有非常重要的意義。蘇聯(lián)教育家蘇霍姆林斯基在《給教師的建議》中說：“讓學生體驗到一種自己在親身參與掌握知識的情感，乃是喚起學生特有的對知識的興趣的重要條件。”生物學的學習不是單純讓學生掌握生物概念和知識點，在教學的過程中教師應該引導學生理解科學發(fā)現(xiàn)的過程，做到論從史出。實際上，生命科學的每一個知識點的產(chǎn)生過程都是一個探究過程，將生物科學史的學習與探究性學習結(jié)合起來，可讓學生體會科學家“觀察現(xiàn)象→提出問題→作出假設→設計實驗→完成實驗→分析結(jié)果→得出結(jié)論”的探究過程，從中學習科學探究的方法。

下面以人教版高中生物教材《必修2·遺傳與進化》第二章第一節(jié)“減數(shù)分裂”為例，通過科學史的探究活動促進學生學習核心概念。

教學過程中以科學史背景為基礎(chǔ)，從學生的生活經(jīng)驗開始，可以較好地激發(fā)學生的思維，使其順利進入探究學習狀態(tài)。

1 探究配子的形成方式

1.1 探究精子和卵細胞是否是通過有絲分裂形成的

教師展示資料1：每個人的發(fā)育起點都是受精卵（含46條染色體）。精子和卵細胞融合成受精卵，通過有絲分裂和分化形成新個體（體細胞中含有46條染色體）。

教師設置問題：受精卵通過有絲分裂和分化形成各種體細胞，那么精子和卵細胞也是通過有絲分裂而來的嗎？如果是，那么親子代之間的染色體數(shù)目會怎么改變？

學生大膽推測，并出示模式圖（圖1）。

學生分析：通過有絲分裂，親代和子代細胞染色體數(shù)目相同，如果精子和卵細胞是通過有絲分裂產(chǎn)生，那么通過受精作用親代和子代的染色體數(shù)目不同，一個物種的染色體數(shù)目是相對穩(wěn)定的，因此精子和卵細胞的形成不是通過有絲分裂得到的。

教師根據(jù)學生的分析，進一步提出疑問：精子和卵細胞的形成是通過什么方式呢？

學生大膽推測：如果精子和卵細胞各是原來的一半，那么受精作用后染色體數(shù)目將保持穩(wěn)定（圖2）。

1.2 探究配子的形成方式為減數(shù)分裂

教師展示資料2：魏斯曼從理論上預測：在卵細胞和精子成熟的過程中，必然有一個特殊的過程使染色體數(shù)目減少一半；受精時，精子與卵細胞融合，恢復正常的染色體數(shù)目。

資料3：1883年，比利時胚胎學家貝內(nèi)登通過研究馬蛔蟲卵的成熟分裂，證明配子只含有體細胞的半數(shù)染色體，通過受精作用，染色體數(shù)目又恢復正常。

資料4：課本問題探討（圖3）。

這三個資料證實了學生的推測，學生的思維和分析能力得到肯定，學習興趣驟漲。

教師進一步設置問題：科學家證實了精卵細胞的形成染色體數(shù)目會減半，觀察雌雄果蠅的體細胞和配子圖，看看果蠅體細胞和配子的染色體數(shù)目各是多少？其形態(tài)有何特點？

學生討論、分析：雌雄果蠅體細胞的染色體數(shù)目都是8條，雌雄配子的染色體數(shù)目都是4條，配子染色體數(shù)目為體細胞的一半。配子中的染色體并不是由體細胞染色體隨機分配而形成的，體細胞染色體很明顯是成對存在的，配子的染色體是在成對染色體中各取一條組成的。

師生討論，得出結(jié)論：配子的形成是由體細胞中成對的染色體分離，不成對的染色體組合，染色體數(shù)目減半。

教師肯定學生的分析和結(jié)論，并總結(jié)：配子的形成方式稱為減數(shù)分裂。

2 探究減數(shù)分裂的過程

2.1 激發(fā)學生自主理解減數(shù)分裂的過程

教師展示資料5：1890年，奧斯卡·赫特維奇在馬蛔蟲的卵細胞和精子發(fā)生過程的觀察中，發(fā)現(xiàn)減數(shù)分裂過程的全部細節(jié)，并做了精確的描述：染色體與有絲分裂一樣需要復制一次，但是細胞分裂了兩次。

教師設置問題：減數(shù)分裂染色體復制一次，細胞分裂兩次，如何將成對的染色體分離？染色體的行為是如何變化的？

學生討論、分析，出現(xiàn)不同想法：（1） 復制后，著絲點先分裂，第一次分裂的結(jié)果和有絲分裂一樣，第二次分裂再把成對的染色體進一步分離。（2） 復制后，成對的染色體先分離，第二次分裂再是著絲點的分裂。

教師進一步點撥：現(xiàn)在出現(xiàn)了不同的假設，那么如何來驗證我們的假設呢？

學生很快想到了實驗驗證法，但由于課堂無法馬上進行實驗，故此教師繼續(xù)展示資料。

2.2 揭示減數(shù)分裂的正確過程

教師展示資料6：1903年，美國遺傳學家薩頓通過對蝗蟲精子的形成過程中染色體變化的研究，深刻闡述了“遺傳的染色體理論”，他得出了“同源染色體在減數(shù)分裂時，以配對形式聯(lián)合，再彼此分離”的結(jié)論。

資料7：見圖4、圖5。

教師設置問題：根據(jù)剛才的探究，你們可否總結(jié)出減數(shù)分裂的概念，并且畫出減數(shù)分裂過程的染色體變化圖。

學生繼續(xù)討論、分析，得出了減數(shù)分裂的概念。

教師巡視并且觀察，指導學生畫圖。

3 總結(jié)歸納，促使概念的形成

教師等待學生畫圖完畢，先播放精子的形成過程視頻，讓學生體驗減數(shù)分裂的過程。最后，教師呈現(xiàn)哺乳動物精子的形成過程圖解。

教師總結(jié)并進一步點撥分析講解，促使學生明確減數(shù)第一次分裂同源染色體聯(lián)會配對，形成四分體及出現(xiàn)交叉互換等染色體變化，促進學生理解同源染色體等重要概念的含義，讓學生獨立分析減數(shù)第二次分裂染色體的行為變化，進一步引導學生回顧有絲分裂過程中染色體的行為變化，分析有絲分裂和減數(shù)分裂的異同點。

4 教學反思

雖然科學史是前人的總結(jié)歸納，但對于學生而言是新的知識，教師需要讓學生站在問題的起點，面對問題，追溯起源。當然科學史的使用必須要結(jié)合教學目標進行篩選，既要考慮學生已有的知識和能力水平，又要考慮其對學生智力和興趣發(fā)展的促進作用。科學史原材料的轉(zhuǎn)化需要教師深入思考，讓其適合于課堂的探究活動，設置的問題必須留有探究余地，為學生思考和討論分析搭建平臺。此外，教師還必須要注意問題的開放性，能夠引導學生深入分析探究，提升學生的能力。總之，在生物課堂上恰當利用生物科學史，能夠?qū)W生知識、情感、技能的全面培養(yǎng)起到良好的促進作用。

參考文獻：

[1] 蘇霍姆林斯基.給教師的建議[M].北京：教育科學出版社，1984：64.

[2] 姚秀林.生物科學史的教育教學價值——以人教版高中《分子與細胞》模塊為例[J].生物學教學，2014（4）：17-19.

[3] 朱平，陳靜，祁國華.指導學生構(gòu)建“減數(shù)分裂染色體數(shù)目和行為變化模型”的教學實踐[J].生物學通報，2012，47（8）：47-49.

[4] 馮永康.遺傳學的早期發(fā)展之回顧（二）：從孟德爾實驗到孟德爾定律的真正確立[J].中學生物教學，1998（4）：40-41.

[5] 朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書：生物：必修2遺傳與進化教師教學用書[M].北京：人民教育出版社，2007：46-56.

[6] 劉木舉.“DNA復制”科學史的分析與教學建議[J].生物學通報，2014（3）：30-33.