生命科學史有效教學的思考與對策

《高中生物課程標準》中對科學史的定位是：“學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學研究的方法，學習科學家獻身科學的精神。這對提高學生的科學素養是很有意義的。……對于《標準》中沒有列出的其他生物科學史實也應注意引用。”從國內外的文獻來看，科學史在課程中的地位還有待提高和完善，需要教師在施教過程中充分挖掘，藝術再現，合理利用，有效教學。

但目前在科學史教學中存在忽視科學史、見事不見人、虛化科學史、曲解科學史等問題，針對存在的問題，提出以下有效教學策略。

1 系統整理、全面備課

教師在初備課時，應系統整理全冊書中的科學史實，可以說每個生物學知識的背后都有-一段曲折的生命科學發展史和科學家的奮斗史。由于教學時間的限制，教師不可能面面俱到，但作為自己的本體知識，應對整個科學史有系統了解。教師可通過閱讀生物科學史專著，補充完善自己的知識結構，做到對教材涉及的科學史爛熟于心，信手拈來。在此基礎上，根據課程標準，對教材進行二次改造，通過增、刪、改、換等方法，對教材涉及的科學史進行藝術加工，使之更好地發揮效應。例如光合作用的教學，筆者從1648，荷蘭內科醫生赫爾蒙特的實驗人手，介紹他只用雨水澆灌柳樹，5年后柳樹增重不少，土壤僅減輕2英兩。他據此認為柳樹重量的增加，主要來自水。1772年普里斯特利利用小鼠、綠色植物、蠟燭和密閉容器證明了植物能釋放氧氣。1778年英格豪斯進一步證明，上述情況只有植物的綠色部分在光照下才有可能。1782年瑞士的一位牧師塞尼比爾發現植物的碳來自大氣中CO₂，于是他武斷地推測CO₂吸收后被分解，碳進入植物的有機物中，而氧被釋放。美國微生物學家范尼爾通過研究紫硫細菌的光合作用，發現紫硫細菌利用H2S和CO₂不生成氧，而是硫，他間接推導出光合作用釋放的氧來自于水而非CO₂。1941年，美國科學家魯賓、卡門用含0.85％¹⁸O₂的水作原料，發現釋放出的氧氣中¹⁸O₂比例也為0.85％而非普遍水中的0.20％，這就直接證明了光合作用釋放的氧氣來自于水，而非CO₂。這段科學史有助于學生了解光合作用知識的來龍去脈，經歷人類探索光合作用的漫長過程。結果證明補充這些知識非但不增加學生負擔，反而使學生興趣陡增，理解深刻，相關知識點掌握非常牢固。

2 有血有肉、突出人文

生物學科作為自然科學，在其發展過程中充滿了理性的思辨，但科學家們的生活又充滿了人文的氣息，使得科學發展史也充滿了文化的氣息。例如達爾文在創立自然選擇學說過程中，就富有戲劇性，不說他如何從一個虔誠的教徒成為神創論的反對者，單說他在發表《物種起源》過程中的遭遇就頗為曲折。當年達爾文正要發表自然選擇學說論文時，收到了青年學者華萊士從馬來群島寄給他的一篇論文，華萊±在文中的觀點與達爾文的一模一樣，達爾文說：我還沒有見過世上竟有這么驚人巧合的事情。在這種情況下，達爾文曾經表示寧愿放棄自己的成果，單獨發表華萊I的文章。只是在朋友建議下，他才把華萊士的論文和他自己的論文于1858年7月同時在英國林耐學會上宣讀，此后，在朋友催促下，經過一年多努力最終完成了舉世聞名的《物種起源》一書，并于1859年正式出版。在此事件中，達爾文的高風亮節體現了這位偉大科學家的人格風范，是生動的人文道德教育素材。而在達爾文一生中，由于他和表妹近親結婚，子女都不怎么健康，受到了自然規律的懲罰。這同樣是生物教學生活化的良好素材。而達爾文自然選擇學說中“物競天擇，適者生存”的觀點通過嚴復、梁啟超等人的介紹作為喚起我國同胞救國圖強的警鐘，對當時積貧積弱的中國起到了喚醒民眾的作用，這使得枯燥的進化論閃爍著人文的色彩，難怪恩格斯將它譽為十九世紀自然科學三大發現之一。

3 尊重事實、體驗歷程

科學哲學家波普爾認為科學就是在猜想和反駁中不斷修正自己，無限逼近真理的。由于受到科學發展的局限，早年科學家的學說一般都是推測，教師應尊重事實，帶領學生徜徉在歷史長河中，體驗科學家的艱辛探索之旅。例如生長素的發現就是一部不斷吹散迷霧，拔正方向，不斷逼近真相的故事。達爾文通過研究金絲雀草的向光性確認胚芽鞘尖端產生了某種刺激而使幼苗出現向光性彎曲。隨后，詹森、拜爾、溫特等眾多科學家前赴后繼在同一領域進行了深入的研究，最終發現了第一種植物激素(生長素)。經過這樣的學習，學生才會領悟到：人類的許多科學發現，就是像這樣經過一代又一代人的探索才一步一步地接近事實的真相。每一位科學家所取得的進展可能只是一小步，眾多的一小步終將匯合成科學前進的一大步。而實際上，繼生長素被發現后，科學家又發現植物向光生長還與生長抑制物質有關，所以有關植物的向光性的原因還在不斷探究之中。又例如巴甫洛夫曾因研究狗的消化生理而獲諾貝爾獎，同樣以研究條件反射而聞名于世，但他對小腸中鹽酸能導致胰液分泌卻錯誤地、先入為主地認為是神經反射，結果痛失發現促胰液素的機會。教師向學生介紹促胰液素的發現過程，能促使學生思考：哪些因素使斯他林和貝利斯抓住了成功的機會?為什么機遇垂青于他們?為什么他們能做出開創性的工作?

4 突出本質、彰顯方法

近年來，有關科學本質的話題不斷吸引著學者的注意。通過對科學史的學習，無疑是加深對科學本質理解的最好途徑。曾有學者歸納出科學本質的14個特點，其中提到：科學知識在很大程度上依賴于觀察、實驗證據、理性的論據和懷疑，但又不完全依賴于這些東西；通向科學沒有唯一的道路，因而沒有一種普適的一步一步的科學方法；科學是一種解釋自然現象的嘗試，科學家要有創造性，科學是社會和文化傳統的一部分等。對照這些科學本質的標準，教師應充分挖掘教材中素材所包涵的科學本質，引導學生理解科學的本質，提升對科學的理解。以孟德爾的遺傳規律為例，十九世紀時，遺傳物質能相互融合的觀點占據主流，孟德爾獨辟蹊徑，選擇了自花傳粉、閉花受粉的豌豆作為研究材料，創造性地將數學引入生物學，使生物學從傳統的科學一下子進入了現代科學的領域，并從中發現了遺傳規律，理解孟德爾運用數學研究豌豆雜交背后的思想比呈現真實的史實更為重要。他生活的年代，數學與生物學風馬牛不相干，而要使生物學步入現代科學的大門，非得要數學的加入，而數學的加入的確一下子就使孟德爾看出了其中的遺傳規律，并悟出了數字背后的遺傳規律。測交實驗的設計成功，更使得他的實驗假說得到了論證，彰顯了方法的可貴。蔡斯和赫爾希的噬菌體侵染細菌實驗更是遺傳學的經典之作，在此實驗中，放射性元素的選擇、噬菌體標記的方法、細菌標記的方法都可以通過問題串的形式，使學生學習到科學家的科研藝術，體驗理性之美，感悟科研方法的可貴。

5 重視技術、注重實效

“聽過看過不如自己做過。”在探討科學史教學有效性問題時，教師應積極創造條件讓學生親身體驗，“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。像生長素的發現，教師可安排學生設計實驗，學生做過后才體會到小小的胚芽鞘上要放置瓊脂塊是多么困難。學生通過顯微鏡操作，親身感受了顯微鏡的神奇放大功效，他們由衷的發出感嘆：沒有顯微鏡就沒有細胞的發現，更談不上細胞學說的創立。在科學史教學中由于條件限制，很多實驗學生是無法親身體驗的，但這絲毫不削弱教師對技術的介紹。技術教育應成為科學史教育的重要內容。不難想象，離開了x射線衍射技術，人們如何確立DNA結構；沒有同位素示蹤技術，帕拉德及其同事如何發現分泌蛋白形成過程；沒有錢嘉韻從美國黃石公園溫泉中分離得到耐高溫的DNA聚合酶，穆里斯如何發明PCR技術。因此對于新技術在生物學中首次應用的科學家，教師更應給予關注，像克勞德首次用離心的方法探索細胞內組分的結構與功能，恩吉爾曼首次將三棱鏡應用于光合作用研究等，都說明科學研究離不開探索精神、理性思維和技術手段的結合。

教學的有效性是教師面臨的永恒的主題，生命科學史教學的有效性隨著科學史內容的豐富和地位的提升會日益突顯，教師應從科學史本身承擔的課程價值去思考這個問題。在教學時，需要教師利用自己的實踐智慧對課內外科學史材料進行深度加工，給學生提供深入思考和體驗的機會，才會讓學生切實感受到科學史的魅力和方法的可貴，從而使科學史真正發揮育人功能。