例談高中生物科學史教育實踐

柳碧晗

摘 要：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。利用科學史資料教育教學的一些實踐感悟，進行總結反思。

關鍵詞：高中生物；科學史教育；實踐感悟

“科學史”這個詞跟“歷史”一樣有兩個層次的意思，第一層次指的是對過去實際發生的事情的述說，第二層次則是指對這種述說背后起支配作用的觀念進行反思和解釋。生物科學發展史既包括科學家對生命現象的研究過程，又包括科學家研究生命現象時所持有的不同觀點和態度；既包括生物學理論和方法的形成演變，又包括不同學科之間的聯系、科學與社會的相互影響。

隨著科學普及實踐中對科學的文化方面越來越多的注重，科學史教育已經成為更好地理解科學、更好地將科學文化與人文文化相結合、更好地普及科學的最重要的手段之一。《普通高中生物課程標準》亦明確提出，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。

在教學過程中，可以利用生物科學發展史資料，有目的地引入、創設與教學內容相符的生動具體的場景，將間接知識演化為直觀內容，以此激發學生的好奇心，促使他們去探索生命規律。生物科學史是科學方法不斷發展的歷史，學生關注其中，可體味科學家發現與解決問題的思路與方法，培養學生實驗能力和思維能力，提高學生科學素養，從科學家追尋的價值觀和規范中激發學生敢于質疑、敢于創新的精神。

一、利用科學史資料創設情境，引入新課題

1.科學史本身就有其歷史性和科學性，同時，許多生物科學史生動有趣，用它們來創設情境，引入新課題，能激發學生的求知欲望，吸引學生的注意力。

如，在介紹《伴性遺傳》時，可以利用18世紀英國著名的化學家兼物理學家道爾頓的圣誕禮物與紅綠色盲的故事，通過歷史故事創設情境。借以引入對紅綠色盲這一遺傳病的分析，吸引學生的注意，引入對伴性遺傳內容的學習。

2.在介紹科學史時，可以采取多種方式呈現資料，用問題驅動的方式創設情境，像科學家那樣產生疑問，發現問題，把學生從對故事的興趣轉入到對科學探索的興趣。

如，教學《DNA是主要的遺傳物質》時，可利用遺傳物質研究進程的資料展開討論引入新課。“20世紀中葉，科學家用超速離心技術發現染色體主要是由蛋白質和DNA構成。科學家產生一個疑問并對此爭論不休。由此，可以通過問題引導，展開討論：你認為遺傳物質可能有哪些特點？你認為證明某種物質是遺傳物的方法有哪些？”并可進一步引導學生探討：實驗是最有說服力的方法，科學家該用哪類生物作為實驗材料呢？是高等生物，還是低等生物？為什么？

如此層層遞進，引導學生追隨科學家探索的腳步，逐步深入理性思考，同時得到了科學思維的訓練。

二、利用生物科學史的材料組織進行探究性學習

利用生物學史的材料進行探究，是生物學新課程教學中常用的一種方法。根據新課程標準中相關內容的要求，對科學史的材料進行適當的選擇和組織，加以整理、轉化，設計成為有科學性和啟發性的探究課題。在教學中，應著重引導學生沿著科學家的思維和工作歷程，領悟科學家是如何發現問題、大膽假設、尋找證據、小心求證的，體驗科學家不斷深化對問題認識的過程和科學探索的精神。

如，在向學生介紹《DNA分子的結構》時，挖掘探究素材，設計探究過程，創造探究環境，引導學生參與構建DNA分子結構模型的探究活動當中。

1.借鑒前人的研究經驗，獲得靈感，確定構建模型的研究方法

查找沃森在構建DNA雙螺旋結構模型的有關科學史，將他們當時如何開展對DNA分子結構模型的研究工作，以及在探究DNA雙螺旋結構過程當中，如何獲得靈感并得到了哪些方法上的借鑒展示給學生。

沃森在《雙螺旋———發現DNA結構的故事》一書中寫道：

“特別重要的是，我們曾認真討論了鮑林是怎樣發現蛋白質α螺旋的……不久，有人告訴我說鮑林的成功也很平常，并不是復雜的數學推理的結果……鮑林發現α螺旋并不是僅僅靠研究X射線衍射圖譜。主要方法是探討原子之間的相互關系。不用紙和筆，他的主要工具是一組分子模型。這些模型表面上看來與學齡前兒童的玩具非常相似……用同樣的方法解決DNA的問題！我們只要制作一組分子模型，開始擺弄起來就行了。”

在學生閱讀的基礎上，設置問題：這段描述，帶給你怎樣的啟示？鮑林帶給沃森的靈感是什么？沃森等科學家在揭示DNA結構的過程中，采用的研究方法是什么？引導學生進行思維探究，確定構建物理模型的研究方法。同時，也可以讓學生在潛移默化中感受科學家對科學探究的熱愛及科學態度、科學精神。

2.構建DNA雙螺旋結構物理模型

（1）構建DNA基本單位——脫氧核苷酸的結構模型

查找科學家研究DNA分子結構的有關科學史，將DNA的基本單位——脫氧核苷酸的相關情況整理后，展示給學生。

將脫氧核苷酸的相關情況，整理成探究性問題：組成DNA的基本結構單位是什么？每個基本單位是由哪幾部分構成的？組成DNA的堿基有哪幾種？并組織學生動手實踐，構建DNA的基本單位——脫氧核苷酸的結構模型。

（2）構建DNA分子的雙螺旋結構模型

①整理科學史，將科學家研究的DNA衍射圖譜及推算的DNA分子的結構、直徑的實驗結果，展示給學生。向學生提出問題：獲取上述信息，運用模型法，你將構建怎樣的模型？可能要考慮的問題有哪些？進而展開開放式討論，讓學生像當年科學家一樣，親歷科學探索過程，引發學生思考，激發學生探究激情。

②查找并整理沃森、克里克在構建DNA雙螺旋結構模型過程中的種種嘗試，展示給學生。向學生提出問題進行探討：錯誤的理由可能是什么？有哪些是有價值的？引導學生追尋科學家的思維歷程，領悟科學家是如何發現問題、尋找證據、合理推理的。

③在研究暫時陷入僵局時，看沃森和克里克又得到了誰的啟示，整理并向學生展示查哥夫帶來的信息：腺嘌呤（A）的量總是等于胸腺嘧啶（T）的量；鳥嘌呤（G）的量總是等于胞嘧啶（C）的量。根據科學史資料中的相關信息，向學生提出探究問題：a.堿基配對方式應是怎樣的？b.對原有模型的修訂是什么？保留什么？

④提出探究問題，引導學生深入思考：堿基如何連接？A-T與G-C堿基對組成的DNA分子具有穩定的直徑嗎？整理科學史中的相關研究結構，并向學生展示：四種堿基的分子結構示意圖，比較嘌呤和嘧啶分子結構。解釋堿基的連接方式—-形成氫鍵，A=T，C≡G。

通過問題，引導學生分析科學史的有關資料，重現這一經典的模型構建歷程，讓學生參與教學過程和思考探究，完成思維性的探究式學習，進而組織學生動手實踐，制作并展示DNA分子的雙螺旋結構物理模型，并與沃森和克里克構建的物理模型相比較，不僅可以獲得成功感，更將思維型探究式學習與操作性的模型構建相結合。同時，在模型建構的探究活動中，引導學生不斷地發現問題和解決問題，使學生在學習DNA分子結構的同時，不僅得到科學方法的訓練，并且體驗尊重事實，尊重客觀規律，善于反思，敢于質疑，勇于實踐等的科學態度和科學精神。并通過討論交流，動手實踐，增強合作精神。

科學史其實本身也是科學知識，它豐富了對科學知識的闡述，但作為科學史教育目標來說，科學知識不應僅僅在這一方面，還應在于科學史能提供科學知識的來龍去脈，科學知識的發展變化。同樣目前我們所取得的科技成就也是暫時的，需要不斷地發展與完善。生物科學史中沉淀了眾多科學家對生命世界探索的精彩片段。良好的生物科學史的教學，應該是從中選擇了恰當的材料，運用了恰當的手段，達到了最佳教學效果，讓學生似乎身臨其境，從而獲得眾多啟示的教學。托克維爾曾說：“當過去不再照亮未來時，人心將在黑暗中徘徊。”那么，在中學生物課堂中，生物科學史不但豐富了學生的科學知識，而且照亮了學生的未來。

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（作者單位 廈門大學附屬科技中學）

編輯 王團蘭