基于科學(xué)本質(zhì)的“DNA分子結(jié)構(gòu)模型建立過(guò)程”的教學(xué)探討

蘇育才 （福建省安溪縣俊民中學(xué) 福建泉州 362411）

陳曉清 （閩南師范大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 福建漳州 363000）

在生物學(xué)教學(xué)中融入科學(xué)史教育，對(duì)于引導(dǎo)學(xué)生從歷史的維度認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)，體驗(yàn)科學(xué)家的思維方式和工作方法，領(lǐng)悟自然科學(xué)的人文內(nèi)涵，培養(yǎng)科學(xué)探究能力和社會(huì)責(zé)任感，促進(jìn)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成是極其有利的。生物科學(xué)史教育在由理論走向?qū)嵺`的過(guò)程中，取得了一系列研究成果，但科學(xué)史教學(xué)過(guò)于形式化、工具化、簡(jiǎn)單化、英雄化等深層次的弊端也逐漸暴露出來(lái)，阻礙了科學(xué)史教育價(jià)值的實(shí)現(xiàn)。因此，在生物科學(xué)史教學(xué)中，教師不僅要指導(dǎo)學(xué)生獲得生物科學(xué)知識(shí)和科學(xué)方法，更要引領(lǐng)學(xué)生從更為廣闊的學(xué)科視野理解科學(xué)工作受到科學(xué)家主觀因素、社會(huì)和文化的影響，學(xué)會(huì)理性評(píng)價(jià)科學(xué)事件，從而建構(gòu)對(duì)科學(xué)本質(zhì)及科學(xué)發(fā)展的整體認(rèn)識(shí)。

下面以人教版高中生物《必修2·遺傳與進(jìn)化》的“DNA分子的結(jié)構(gòu)”一課中的“DNA分子結(jié)構(gòu)模型建立過(guò)程”環(huán)節(jié)教學(xué)為例，探討如何向?qū)W生呈現(xiàn)科學(xué)發(fā)展的真實(shí)歷程，使學(xué)生學(xué)會(huì)區(qū)分科學(xué)史故事的傳奇性和科學(xué)性，避免簡(jiǎn)單化或英雄化科學(xué)家，從而把握科學(xué)的本質(zhì)。

1 教學(xué)思路

本環(huán)節(jié)以故事敘述的形式介紹了沃森和克里克構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的過(guò)程。教師從該教學(xué)內(nèi)容入手，拋磚引玉，以DNA分子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)史為載體，創(chuàng)設(shè)歷史事件的問(wèn)題情境，鼓勵(lì)學(xué)生交流討論、故事復(fù)述和角色扮演，激起學(xué)生探索生命現(xiàn)象的興趣，挖掘其中所蘊(yùn)涵著的豐富的科學(xué)方法和科學(xué)思想，領(lǐng)悟科學(xué)家的工作會(huì)受到個(gè)體主觀因素、社會(huì)及文化背景的影響，從而真正理解科學(xué)的本質(zhì)。

2 教學(xué)過(guò)程

2.1 步驟一：課前準(zhǔn)備，形成觀點(diǎn)

教師要求學(xué)生在課前查閱相關(guān)資料，使學(xué)生明確資料搜集的方向，引導(dǎo)學(xué)生確立幾個(gè)相關(guān)的子課題，如探析DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型成功建立的原因、DNA分子模型建立所產(chǎn)生的影響、科學(xué)家的合作與競(jìng)爭(zhēng)、DNA研究所引發(fā)的倫理學(xué)爭(zhēng)議等。學(xué)生按照研究課題的興趣分成若干小組，小組成員分工合作，著手搜集資料并從中選出對(duì)本課題有用的信息，加工整理，形成自己的見(jiàn)解和思路。

2.2 步驟二：回顧歷史，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

教師在課堂上以多媒體播放“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)”這一科學(xué)史資料片，主要講述DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的發(fā)現(xiàn)過(guò)程及其所具有的劃時(shí)代意義。這一過(guò)程以沃森和克里克合作的故事為主線展開(kāi)，重點(diǎn)介紹當(dāng)時(shí)科學(xué)界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的4個(gè)重要證據(jù)。并由此，引出4個(gè)做出重大貢獻(xiàn)的科學(xué)家之間的競(jìng)爭(zhēng)與合作、學(xué)術(shù)思想的融合以及人際關(guān)系的沖突等社會(huì)學(xué)領(lǐng)域的問(wèn)題。

2.3 步驟三：故事敘述，交流評(píng)價(jià)

各小組成員將課前已歸納整理的資料在組內(nèi)展示、交流和討論，表達(dá)觀點(diǎn)，明確DNA分子結(jié)構(gòu)的提出是學(xué)科交叉、相互融合、相互借鑒的結(jié)果。各小組代表總結(jié)該小組圍繞某一課題所搜集的資料及組內(nèi)討論的結(jié)果。教師要啟發(fā)學(xué)生基于自己的理解，各抒己見(jiàn)，從不同角度、不同思路大膽評(píng)價(jià)該科學(xué)史事件，尤其是思考以下2個(gè)問(wèn)題：

①沃森和克里克在構(gòu)建DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型中拋棄了哪些錯(cuò)誤的設(shè)想？

②他們的科學(xué)精神和科學(xué)方法有哪些可貴之處值得借鑒？

2.4 步驟四：事件探究，互動(dòng)交流

為了引導(dǎo)學(xué)生從更深層次、多視角、多維度解讀該科學(xué)史事件，教師可以在學(xué)生對(duì)“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)過(guò)程”已有初步認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，向?qū)W生例舉出預(yù)先設(shè)計(jì)的幾個(gè)頗具代表性和爭(zhēng)議性的問(wèn)題：

①像兒童搭積木那樣能否揭示DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，打開(kāi)現(xiàn)代生命科學(xué)的大門(mén)？

②如何從自然科學(xué)本身的規(guī)律、人文和社會(huì)的角度來(lái)探討沃森和克里克取得成功的原因？社會(huì)和學(xué)術(shù)群體的評(píng)價(jià)，如何在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程中起作用的？

③生命科學(xué)如何影響我們的生活如何看待與DNA相關(guān)的倫理學(xué)爭(zhēng)議？

④富蘭克林如果活著，她會(huì)得獎(jiǎng)嗎？性別差異是否會(huì)成為公平競(jìng)爭(zhēng)的障礙？

⑤DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程具有一定的戲劇性，科學(xué)家的個(gè)性和復(fù)雜的人際關(guān)系如何影響研究進(jìn)展？科學(xué)家都是品德高尚、完美無(wú)缺的英雄嗎？

教師引導(dǎo)學(xué)生討論，征集學(xué)生對(duì)這些問(wèn)題的解答。學(xué)生面對(duì)問(wèn)題，提出假說(shuō)，然后尋找證據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。師生共同分析該事件的現(xiàn)象及原因，理清DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型建立的背景、過(guò)程、影響力及幾個(gè)重要的歷史人物，尤其要重點(diǎn)討論對(duì)沃森和克里克、富蘭克林和威爾金斯的性格特征以及他們之間的合作、競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。

2.5 步驟五：角色扮演，加強(qiáng)體驗(yàn)

根據(jù)對(duì)科學(xué)史事件及人物的理解，各小組自主選擇并分配角色，提供素材，嘗試模擬問(wèn)題情境，構(gòu)思情節(jié)，設(shè)計(jì)動(dòng)作和語(yǔ)言，描述角色的情感與觀點(diǎn)。角色包括沃森、克里克、鮑林、富蘭克林、威爾金斯，在角色設(shè)計(jì)時(shí)又加入了新的虛構(gòu)角色——諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)委和普通公眾，于是就組成了有7個(gè)角色的“小劇組”。根據(jù)角色策劃，各小組選出代表參與角色扮演，如辯論、獨(dú)白、演講等。學(xué)生通過(guò)在角色扮演中對(duì)困難情境及沖突事件的處理，獲得新的體驗(yàn)，提高解決問(wèn)題的能力，加深對(duì)角色及整個(gè)事件的感悟。角色中涉及到的問(wèn)題有：沃森與克里克的選題及探索思路；鮑林的遺憾；富蘭克林與威爾金斯人際關(guān)系的矛盾；諾貝爾獎(jiǎng)的遺珠之憾；DNA研究引發(fā)的倫理學(xué)爭(zhēng)議；社會(huì)環(huán)境對(duì)科學(xué)發(fā)展的影響等。

2.6 步驟六：理解事件，深化認(rèn)識(shí)

學(xué)生對(duì)不同角色的觀點(diǎn)及影響DNA模型建立的重要要素展開(kāi)討論，歸納出對(duì)本事件的理性認(rèn)識(shí)，形成自己的判斷和理解。如對(duì)于“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型成功建立的原因”，學(xué)生就從多學(xué)科知識(shí)與技術(shù)的交叉運(yùn)用、善于合作與敢于競(jìng)爭(zhēng)、寬松的學(xué)術(shù)環(huán)境、選擇性繼承與原始性創(chuàng)新、有戰(zhàn)略性的選題和狂熱的激情等方面進(jìn)行探討；分析了鮑林錯(cuò)失歷史機(jī)遇的原因，領(lǐng)悟保持理論和實(shí)驗(yàn)密切合作的重要性；對(duì)于富蘭克林與威爾金斯之間的復(fù)雜的人際關(guān)系以及當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)界的性別歧視的分析，認(rèn)識(shí)到社會(huì)因素對(duì)科學(xué)家的影響，體會(huì)到公平、民主、自由學(xué)術(shù)環(huán)境及良好的交流溝通對(duì)科學(xué)研究的重要性等。

3 教學(xué)反思

本環(huán)節(jié)教學(xué)的主要特點(diǎn)：

①充分挖掘出教材所蘊(yùn)涵的科學(xué)史素材，將基本概念及理論與科學(xué)研究方法、科學(xué)工作特點(diǎn)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，建立一個(gè)自然流暢、邏輯清晰的科學(xué)史教學(xué)過(guò)程，從而深化學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。

②通過(guò)故事敘述與重要?dú)v史事件關(guān)鍵性因素的分析，訓(xùn)練學(xué)生確立事實(shí)、分析問(wèn)題和邏輯推理的能力。

③從不同層面引導(dǎo)學(xué)生全面、客觀地認(rèn)識(shí)科學(xué)家真實(shí)面貌，使學(xué)生意識(shí)到科學(xué)家既有成就斐然的一面，也難免有性格的弱點(diǎn)和失誤。科學(xué)是理性的，但同時(shí)也有感性的一面，會(huì)受科學(xué)家主觀因素的影響，從而消除對(duì)權(quán)威的過(guò)度崇拜。

④注重對(duì)歷史事件本身的思考，通過(guò)角色扮演再現(xiàn)歷史人物觀點(diǎn)及性格的沖突，引導(dǎo)學(xué)生從社會(huì)環(huán)境、道德與倫理層面探討科學(xué)研究問(wèn)題，培養(yǎng)正確的世界觀和價(jià)值觀。