做激發學生探究熱情的“生命教科書”

東月

生物遺傳學的研究歷史，如同一個九連環，環環相扣，起伏跌宕，呈現了生命科學的群星閃耀，凝結了人類智慧。為了讓科學史教學更生動，陳月艷老師通讀了這些科學家的原著、自傳等并用于教學，使科學史見人、見思想，煥發出人文的光彩。本節關于DNA結構發現史的教學課例，陳老師有機整合了豐富的教學素材，設置了既具有一定的開放性又邏輯縝密的科學問題，在深刻認識、理解DNA結構的同時，充分體現了科學史教學培養學生的科學研究和科學思維方法、科學精神、科學審美的教育意義和價值。本節課從以下幾方面突出對學生人文和科學素養的培養。

一、引導學生參與構建DNA雙螺旋結構的科學思維過程

學科觀念是通過對學科事實、概念、原理等進行概括、提煉、升華而形成的哲學層面的學科思想，是集世界觀、價值觀和方法論為一體的對學科的整體認識。正確的學科觀念有助于學生掌握正確的思想方法，整體地、聯系地、本質地看問題，因此，學科觀念是學科的靈魂，而學科觀念的教學是學科教學的靈魂。生物學科的結構與功能相適應的生命觀念，是指導科學家們揭示DNA結構的信念，也是學生認識DNA結構的思維線索。

本節課滲透結構與功能相適應生命觀念的教學理念主要體現于如下教學環節：①教學課題的提出。DNA分子具有怎樣的結構能使其具有儲存、復制、表達、改變遺傳信息的作用，從而擔當遺傳功能。②從遺傳物質具有能攜帶多樣化遺傳信息的功能的角度，分析萊文四核苷酸假說的不合理性，體會薛定諤有關“莫爾斯密碼”的大膽、驚人的預測，進而推測脫氧核苷酸可能的連接方式。③威爾金斯的DNA衍射圖片帶給沃森的思考和解決問題的途徑。由DNA的X射線衍射圖所顯示高度規則的結晶體推論DNA必定具有規則的結構，這個有規則的結構是可以認識的，而只要能解開此結構，就可以揭示基因的本質，這成為沃森立志要研究DNA結構的動力。④請學生嘗試根據DNA雙螺旋結構，推測能保證親子代DNA分子遺傳信息穩定的DNA復制機制。

上述教學環節為學生后續學習遺傳信息的復制、表達和改變等提供了思維途徑，奠定了學習基礎。

二、注重培養學生的科學思維

“結構與功能相適應”不僅是指導學生認識DNA結構與功能的重要的生命觀念，也是引導學生認識DNA結構的科學思維線索。此外，本節課在以下教學環節設置上注重培養學生的歸納與概括、模型與建模、批判性思維、創造性思維等科學思維能力：由DNA的化學組成總結、歸納DNA的結構層次;批判性質疑萊文的四核苷酸假說;從遺傳信息的多樣化角度推理DNA的一級結構;分析模型法構建DNA分子結構的合理性和可行性;由查伽夫的A和T、G和C相等的堿基測定結果，推理DNA兩條核苷酸鏈的連接方式等。

三、注重培養學生的科學審美能力

能夠感受到一個結構、一個方程、一個規律的科學之美是審美的最高境界。當有人質疑：學習科學有什么用呢？不學習科學我一樣可以感受到花的芬芳和美麗。偉大的物理學家理查德·費曼這樣回答：學習科學后，你除了會感受到花的芬芳和美麗，還有更令人激動的神秘的東西。

在“DNA分子結構科學史”教學中，陳老師詢問萊文的四核苷酸假說是否合理，一個同學評論道：這個模型不美，因而不合理。那么真正的DNA雙螺旋結構的美體現在哪里呢？因此，DNA結構之美、科學思維過程之美、科學家競爭與合作過程中的人性之美成為本節課教學的另一條主線。

教學過程中，陳老師也和學生分享科學家們對DNA分子的欣賞和贊美。沃森說，這樣一種絕妙的結構，一定是存在的。沃森曾在醉酒后忘記了他的演說詞時，站在DNA雙螺旋結構模型前，向他的聽眾重復一句話：“太美了，你們看，它真是太美了！”應該是酒后吐真言。克里克曾滿懷深情地這樣講起他心愛的DNA：“有一種內在美存在于DNA分子中，DNA是一個有模有樣的分子。”

可以說，正是對于生命分子所體現的生命邏輯的一種內在美的直覺，使沃森和克里克捷足先登，摘取桂冠。DNA分子雙螺旋結構揭示了隱藏在紛繁復雜的生物多樣性背后的自然秩序和規律的統一性與和諧性，它不僅可以解釋遺傳信息的代代相傳和在個體中遺傳性狀的表達，更在分子水平給生物學帶來了統一的理論，生命的秘密或生命的本質的確蘊含在這個美妙的螺旋結構之中。

盧里亞在自傳《老虎機與破試管》中形容DNA是從A、T、G、C為四個音符組成的樂譜。陳老師被盧里亞的比喻所感染，同時又為一段時間以來一直和學生分享DNA的故事而興奮，“由四個音符組成的樂譜！”這真是一個奇妙的比喻，于是，陳老師在深夜寫下有關這首“樂譜”的一段文字，該段文字表面看起來更多的是文學上的修飾及感慨，卻蘊含闡釋生命的產生、生命的密碼的內在寓意。完成遺傳與進化模塊教學后，陳老師在課堂上讓學生表達自己對這首樂譜的感受，并與他們交流自己寫下的這一段文字，交流內心的感動，不僅向學生滲透生命之美，也引發學生對“生命是什么”的深刻思考。

四、讓科學史教學煥發出人文光彩

除了知識與方法的教授，在本節課中，陳老師提出許多開放性的問題。例如，沃森與克里克成功的原因是什么？他們是不勞而獲嗎？DNA雙螺旋結構的揭示是數十位生物學家以及一群自稱為分子生物學家的研究人員無意間合作的結果嗎？同時，除了科學研究工作，陳老師也介紹了沃森、克里克、富蘭克林、威爾金斯、布拉格等人富有激情的生活片段或趣事，使科學家們的科學故事生動豐滿。

例如，薛定諤對沃森的影響：“薛定諤觸動了我的心弦……一想到生命可能借由一本密碼寫成的指令書而延續長存，就令我神往不已，什么樣的分子密碼能夠復雜到足以傳遞眾多的生命奇跡？又有什么樣的分子秘密，讓染色體在復制時都能復制出一模一樣的信息？”陳老師的上述教學行為旨在引導學生體會科學不是一個個概念串聯起來的，也不是一個個成果堆積起來的，而是從活生生的實踐歷史中走出來的一個有機整體。科學不是獨白，而是人與自然的對話。科學是一種人類的活動，也深深地打上了人的烙印，幫助我們成為更好的人，讓我們更聰明、更充實、更謙恭、更愉快。

（作者單位：北京市第四中學）

責任編輯：李莎

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