在角色扮演中“回眸歷史”

趙瑞芬

《高中生物新課程標準（實驗）》強調重視科學史的學習。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，對培養學生的生物科學素養、科學態度具有非常重要的意義。

“DNA雙螺旋結構的發現”被譽為20世紀最偉大的發現之一，具有劃時代的意義。教師如何利用這一素材，發揮生命科學史的教育價值？筆者進行了有益的嘗試，采用角色扮演法讓學生回眸歷史，身臨其境去感悟科學家的探索過程，受到極好的效果。

1 前期準備

1.1 故事準備

搜集沃森撰寫的《雙螺旋——發現DNA結構的故事》，節選主要內容印發給學生閱讀。

1.2 劇本改編

各小組根據《雙螺旋——發現DNA結構的故事》改編壓縮劇本約2 500字，選出最佳劇本在班級表演。

1.3 道具準備

五張圖片（DNA單鏈結構、DNA三鏈結構模型、DNA雙鏈堿基同配模型、DNA雙鏈堿基互補配對模型、DNA雙螺旋結構模型）、四種堿基模型。

1.4 確定演員

由全班民主推薦五位學生A、B、C、D、E分別扮演威爾金斯、羅莎琳德·富蘭克林、鮑林、克里克、詹姆斯·沃森、這五位學生提前熟悉劇本、臺詞，課前進行一次配合排練。

2 教學過程

課上，由五名“演員”帶著道具登臺，按改編的劇本表演DNA雙螺旋結構的發現過程，內容包括：螺旋結構思想的誕生;如何否定單鏈結構和三鏈結構改為雙鏈結構;“磷酸與脫氧核糖”為什么從內部移到外側;如何由堿基同配模型改為堿基互補配對模型……該舞臺劇思路清晰，情節起伏，生動直觀。教師在角色扮演基礎上，總結歸納，加深學生的理解。

3 教后反思

3.1 在身臨其境中感悟歷史

以角色扮演的形式呈現科學史，形象生動、通俗易懂，有助于學生對科學史實的了解與記憶。教師通過情景再現，充分發揮科學史的科學、人文與哲學價值，使學生身臨其境去感悟科學家的思路、方法以及結論的誕生過程。例如“螺旋結構”思想的由來，如何否定單鏈和三鏈結構？如何將“磷酸與脫氧核糖”從內部移到外側？怎么排除堿基同配模型才得到堿基互補配對模型？其中多位科學家的參與，從不同角度為雙螺旋結構的發現做出了貢獻，學生從中體會到科學家的合作與獻身精神，對科學家嚴謹踏實的科學態度心生敬佩，同時在此過程中也形成了相應的情感、態度與價值觀。

3.2 在科學教育中提升素養

平時經常聽到教師說：“應試的壓力大，沒有時間搞素質教育”“我們也知道科學史有非常重要的教育價值，但沒有那么多課時處理科學史的教學”……因此很多教師對于科學史內容往往采用講授知識的方式來進行教學。而科學素養有三個層次——對科學知識的理解、科學探究的理解和情境化的理解，傳統講授法處理科學史只是關注了學生對科學知識的理解，缺少情境化的理解，更未涉及對科學探究的理解。

本節課用角色扮演法來教學的確比平時簡單地講授科學史花費時間多，但是這種處理方式比單純講授科學史對學生科學素養的提升有著截然差異。角色扮演法再現了科學家的真實生活、科學思維過程和嚴謹求實的科學態度。在此過程中無論作為編劇、扮演者，還是觀眾，都受到科學思維方式的啟迪和科學方法的訓練，扮演者的語言表達能力與表現力都得到有效鍛煉，通過角色扮演，DNA發現史的教育價值得到充分體現。

其實，只要實施真正意義上的科學教育，提升學生的科學素養，并不會降低考試成績。例如在2014年江蘇生物高考卷的第四題就考查了“富蘭克林和威爾金斯對DNA雙螺旋結構模型的建立也做出了巨大的貢獻”。有些學校對DNA發現史教學未予重視，導致一些學生對富蘭克林和威爾金斯的貢獻不熟悉，結果錯答。如果教師對DNA雙螺旋結構發現史的教學采用上述的角色扮演法處理，則學生的學習印象會非常深刻。

3.3 在有效嘗試中收獲模式

長期以來，由于對科學史的教育價值認識不足，對于如何有效地開展科學史教育，還沒有找到一套行之有效的教學模式和方法。本次采用角色扮演法教授科學史是一次有益的嘗試，不僅較為真實地再現了DNA雙螺旋結構的發現過程，同時還受到學生歡迎。參與角色扮演的學生興趣盎然地準備，精心盡力地表演，臺下學生熱切期盼地觀看，課堂上歡聲笑語，氛圍輕松。這節課結束后，不少學生講“收獲很大！我這輩子都不會忘記DNA了！”可見，本節課對他們留下多么深刻的印象！在觀完課之后，同行也對這種嘗試表示了贊嘆。而專家的評價是“今后科學史教育就采用角色扮演法，這可以作為一種模式推廣”。一次有效嘗試卻收獲了一種模式，為今后開展科學史教育提供了有益的借鑒。

在中學生物學教學中，大多數生物科學史可以采用角色扮演法進行教學，模式可概括如圖1所示。

以該模式再現科學史，形象生動，印象深刻，有助于學生對科學史的理解與記憶，同時突出科學發現的過程及特點，有利于學生思維能力的提升和形成正確的情感態度價值觀。

附：改編劇本《DNA雙螺旋結構的發現》

沃森：1951年秋，我到劍橋大學卡文迪許實驗室參加蛋白質結構研究的工作。在那里，我遇到了克里克。那時，克里克35歲，他掌握別人的資料并使之條理化速度之快，非常令人贊嘆。

克里克：我舍棄物理學而對生物學發生興趣的主要原因是，我在1946年讀了著名物理學家薛定諤寫的《生命是什么？》一書，想要探索什么是生命，就必須知道基因是如何發揮作用的。

威爾金斯：我來自英國皇家學院，希望對DNA進行研究，但我是一個做X射線衍射工作的新手，很需要富蘭克林一些業務上的幫助。

富蘭克林：我是威爾金斯的助手，我作為一個受過訓練的結晶學家能夠促進他的研究工作。

鮑林：我毫無疑問對這些項目很感興趣，我了解DNA是所有分子中最重要的王牌。我曾經寫信給威爾金斯索取DNA的X射線照片，結果他并沒有給我。

沃森：對于我來說，到哪兒可以學習分析X射線衍射圖呢？本想去找鮑林，但我缺乏數學修養，我覺得鮑林太偉大了，他在加州理工學院，我不能跑去浪費他的時間。后來我被安排到劍橋實驗室，我發覺和克里克談得很投機。居然能找到一位懂得DNA比蛋白質更重要的人，真是三生有幸。

克里克：是的，在沃森來這兒的幾天之內，我們就知道要干些什么：我們模仿鮑林的研究方法，鮑林在蛋白質方面的成就自然而然提醒我們也可以解決DNA的結構問題。

沃森：我和克里克每天交談至少幾個小時，我們曾認真討論了鮑林是怎樣發現蛋白質α螺旋的。后來有人告訴我，鮑林的成功也很平常，關鍵在于他運用了結構化學的簡單定律。

鮑林：我發現α螺旋并不是僅僅靠研究X射線衍射圖譜，也不用紙和筆，我的主要工具是一組分子模型，其實就與學齡前兒童的“積木”玩具非常相似。（說完退下）

克里克：我們為什么不能用同樣的方法解決DNA的問題！我們只要制作一組分子模型擺弄擺弄。我們幸運的話，DNA結構也許跟蛋白質結構一樣，也是一種螺旋型的，因為任何別的構型都太復雜了。

沃森：我們先假定DNA分子含有許多有規律地直線排列的核苷酸，會不會是由一條鏈構成的呢（出示“一條鏈”道具），好像與自我的數據不符耶。

威爾金斯：我曾對克里克說過，DNA分子的直徑比單獨一條多核苷鏈的直徑大一些。因此，我認為DNA是一個復雜的螺旋，可能包含有幾條鏈。

沃森：如果真是如此，由于DNA有四種不同的脫氧核苷酸，使問題更加復雜化了。每種核苷酸的含氮堿基要么是嘌呤，要么是嘧啶。

克里克：我們假定糖和磷酸骨架是很有規律的，要是能得到威爾金斯漂亮圖片的話，我們可能會節省一年的時間。但圖片是威爾金斯的，這實在使人傷透了腦筋。我要讓威爾金斯來劍橋，讓他接受DNA結構是螺旋型的觀點。

威爾金斯：事實上，我在劍橋一次夏季討論會上已經使用了“螺旋”這個名詞，DNA的X光衍射圖譜與螺旋結構相符合的。

沃森：我們只要保證搭出來的模型呈螺旋狀就可以了，現在的問題在于富蘭克林的新X光圖片能否支持我們的模型。

克里克：多核苷酸鏈究竟應該是一條呢，還是兩條，三條甚至是四條？不會是只有一條螺旋（拿出一條鏈道具），因為這與我們手頭的資料不相符合。

沃森：我們把三條多核苷酸鏈以一定方式彼此纏繞在一起，做出了一個螺旋模型（出示“三條鏈模型”道具），這似乎與威爾金斯和富蘭克林的X光衍射圖譜相符合。

克里克（欣喜、細心地看著模型，）：有那么幾個原子似乎擺得擠了點，看上去不太舒服，當然才剛剛開始嘛！再花幾個小時，一個像樣的模型就可以拿出來了！（打電話）“威爾金斯，我們剛剛獲得一項成果，這很可能就是我們所期待的答案，希望您最好能親自來看看”。

威爾金斯（接電話，沉思）：好的，我明天上午過來，富蘭克林和她的學生也一同前來。

富蘭克林（咄咄逼人）：（看到模型）我對糖和磷酸基團放在中間有質疑，它不可能是一個緊湊結構的主要成分。有證據說明糖和磷酸骨架是在分子的外部。

克里克：把糖和磷酸骨架放在模型中央未免使原子堆集得太擠了，確實不符合化學規律！

沃森：現在要在雙鏈和三鏈模型之間做出選擇。還是應該認真考慮一下DNA的奇妙的化學特征。這是生物化學家查戈夫在哥倫比亞大學首次發現的：在測定的所有DNA樣品中，（拿出A=T，G=C道具）腺嘌呤（A）分子的數目和胸腺嘧啶（T）分子的數目非常相似，而鳥嘌呤（G）分子數和胞嘧啶（C）分子數又極其接近，查戈夫的發現具有重大意義的。

克里克：一些粗略的計算結果顯示，腺嘌呤和胸腺嘧啶的平面應該是粘在一起的。同樣的說法也適用于解釋鳥嘌呤和胞嘧啶之間的吸引力。（恍然大悟地）如果我沒有記錯的話，這也就是查戈夫以前指出過的堿基對規律。

沃森：那我們要搞雙鏈模型。（擺弄模型，）一個腺嘌呤和另一個嘌呤之間這么遠怎么形成氫鍵呢？（突然茅塞頓開），啊，有啦！一個腺嘌呤轉一百八十度就能與腺嘌呤之間形成氫鍵。而這兩條鏈的方向反過來就可以通過相同堿基對之間的氫鍵聯在一起了（示意“同配模型”道具）。麻煩的是，這樣的結構不可能有一個規則的骨架，因為嘌呤和嘧啶形狀不同，這個結構顯示有凸有凹的形狀。

克里克：有長進，再試試。

沃森（急急忙忙地擺弄堿基模型）：跟我配合一下，我發現腺嘌呤-胸腺嘧啶對竟然和鳥嘌呤-胞嘧啶對有著相同的形狀。（興奮不已）如果一個嘌呤總是通過氫鍵同一個嘧啶相聯，那么堿基順序就可能被規則地安置在螺旋的中心。而且，要形成氫鍵，這就意味著腺嘌呤總是和胸腺嘧啶配對，而鳥嘌呤只能和胞嘧啶配對（拿出“互補配對模型”道具）。這樣一來，查戈夫規律也就一下子成了DNA雙螺旋結構的必然結果。更令人興奮的是，這種雙螺旋結構還提出了DNA復制機制，腺嘌呤總是與胸腺嘧啶配對，鳥嘌呤總是與胞嘧啶配對，這說明兩條鏈上堿基順序是彼此互補的。只要確定其中一條鏈的堿基順序，另一條鏈的堿基順序也就自然確定了。因此，一條鏈怎樣作為模板合成另一條具有互補堿基序列的鏈，也就不難設想了。

克里克（看著互補配對模型）：如果將這些堿基按其他方式配對，沒有一種方法能夠符合查戈夫規律，有力地說明兩條鏈的骨架一定是方向相反的。啊，我們已經掌握了全部答案！

威爾金斯：我一看到他們的模型就非常高興。富蘭克林和我兩人發現的X射線數據為雙螺旋結構提供了強有力的佐證。

旁白：克里克幾乎每天都要向別人把這一結構模型及其意義詳詳細細說上幾次。這些天來，他的熱情依然有增無減。沃森給實驗室主任布喇格爵土看了論文的最后定稿，布喇格爵土很熱情地表示要寫一封推薦信，連同這篇文章一起寄給《自然》雜志，后來，這篇文章順利在《自然》雜志發表。1962年沃森、克里克、威爾金斯共同獲得諾貝爾獎！非常遺憾的是富蘭克林英年早逝，但她為科學獻身的精神值得我們學習。