事件策略中的生物科學史教學

陳鋒鋒

編者按：這一組五篇文章是江蘇省“十二五”規劃課題《“事件策略”在中學生物學教學中的應用研究》（批準號：C-b/2013/02/003）的研究成果。“事件策略”在中學生物學教學中的應用是指在中學生物學教學實踐中把學生“放”到具體的“生物科學事件”當中去，讓學生以主體的地位參與生物學習，激發學生探索的熱情，促進學生在生物學知識、科學探究的技能和思維品質，情感、態度與價值觀的養成，以及對科學、技術和社會（STS）的認識等領域的全面發展。作為課程資源，“生物科學事件”中蘊含著極為豐富和重要的內容；作為教學策略，是把學生“放”到具體的“生物科學事件”當中去，讓學生以主體的地位參與生物學習。

這五篇論文正是從“課程資源”（第一、二篇）和“教學策略”（第三、四、五篇）兩個方面探討了“事件策略”在中學生物學教學中的應用。

摘 要：以學生為主體，應用事件策略的思想，進行生物科學史的教學可激發學生探索的熱情，更好地促進學生在生物學知識，科學探究的技能和思維品質，情感、態度與價值觀，以及對科學、技術和社會的認識等領域的全面發展。

關鍵詞：事件策略；生物科學史教學；遺傳物質的發現過程

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2016）13-023-2

生命科學是一個實驗科學，生物科學史上許多偉大的發現就是建立在一個個經典實驗的基礎之上。在人教版高中生物教材中，很多章節都滲透了對科學史內容的介紹。對于生物教學來說，雖然近幾年高考中逐漸提高對科學史相關內容的考查，但是就目前來說，除了幾個重要實驗，高考中對大部分科學史內容要求都比較低。這就導致一些教師在平時教學中對科學史內容不夠重視，甚至對一些所謂的不重要的科學史內容直接跳過不講。那么教材中這些科學史內容對生物教學和學生具有什么意義呢？筆者認為在高中生物學教學中把學生“放”到具體的“生物科學事件”當中去，讓學生身臨其境地融入這一個個科學發展的過程中，激發學生的學習和科學研究的興趣和能力，促進學生在生物學知識、科學探究的技能和思維品質，情感、態度與價值觀的養成，以及對科學、技術和社會（STS）的認識等領域的全面發展。我認為學生這些內在的發展遠比成績分數的提高更加具有意義，對學生自身發展的影響也更加深遠和重要。當然如果要充分利用這些材料，首先，我們教師就需要深入了解這些“事件”內容，要了解來龍去脈，這樣在教學過程中才能夠靈活運用“事件”以達到我們的教學目的。下面筆者以“遺傳物質的發現過程”為例來談談我的一些想法。

一、科學史是一個連續的、具有邏輯關系的過程

江蘇生物高考說明中，“人類對遺傳物質的發現過程”是C級要求，在生物教學中，這部分內容一直是重點。很多教師片面地認為該考點就是人教版第三章第一節內容，其實不然，筆者認為人類對遺傳物質的探索歷程，應該是起始于孟德爾的豌豆雜交實驗，該實驗讓人們意識到生物體的性狀是由生物體內的某種物質或結構所控制。這應該就是最樸素的遺傳物質的認識。通過摩爾根的果蠅雜交實驗，將遺傳物質定位于染色體上。再通過艾弗里及其他科學家的實驗，最終證實遺傳物質即是DNA。沃森和克里克的工作使人們認識到DNA的雙螺旋結構，這個為認識DNA的復制、表達等功能的體現奠定了堅實的基礎。所以對遺傳物質的探索歷程是一個連續性的，具有嚴密的邏輯關系的過程，是許多科學家通過大量的實驗和思考，以及豐富的想象力逐漸揭開遺傳物質面上的輕紗。可以這么說，人教版必修2就是人類對遺傳物質的探索歷程。

所以生物科學史的教學并不能孤立地去介紹一個個科學事件或者一個經典實驗，牛頓說過“我之所以看得遠，是因為站在巨人的肩上”，每一個偉大的發現都是很多科學家共同努力的結果。應該讓學生認同科學史是一個連續的過程，以及相關事件之間的邏輯關系，激發學生的探索欲望，提高學習興趣。

二、適當地補充教材中的科學史內容

在編制教材的時候，由于篇幅內容的限制，編者不可能把所有的科學史內容全部展現在教材中，只能選取一些重要的片斷，有的時候就會使一些事件之間的因果關系變得比較模糊。這就需要我們在教學過程中，進行適當的補充，使學生能夠更加身臨其境地體會科學家的研究思路，有利于提高學生科學研究的思維能力。

在遺傳物質發現的過程中，具有里程碑意義的當然就是艾弗里的肺炎雙球菌轉化實驗，這也是教材中的重點內容。如何讓學生理解這個實驗？我認為有必要介紹該實驗相關的背景。

在艾弗里的肺炎雙球菌實驗之前，科學家普遍認為蛋白質很可能是遺傳物質，很少有人考慮到DNA，那這是為什么呢？科學家知道遺傳物質的結構必須具有多樣性，這樣才能蘊含大量的遺傳信息，而蛋白質很明顯符合這個特點。那么為什么大家都忽視了DNA呢？書本上只是簡單說明，是因為當時對DNA的結構了解較少。我認為這樣描述原因并不是非常準確，學生也不太能夠理解。所以在這個地方可以適當的補充當時的背景材料。“在艾弗里之前，對DNA的結構的認識，被大家普遍接受的是所謂的“四核苷酸假說”。該假說是由20世紀初，德國科學家科賽爾（A.Kssel）及他的兩個學生瓊斯（W.Jones）和列文（P.A.Levene）共同提出的。他們根據當時比較粗糙的分析認為，4種堿基在核酸中的量相等，從而錯誤地推導出核酸的基本結構是由4個含不同堿基的核苷酸連接成四核苷酸，以此為基礎聚合成核酸，這就是較著名的“四核苷酸假說”。”這個假說從20年代后起統治了核酸結構的研究大約20多年的時間，對認識復雜的核酸結構和功能起了相當大的阻礙作用。核酸當時雖然是在細胞核中發現的，但由于它的結構過于簡單，也就很難想象它能在異常復雜多變的遺傳現象中起什么作用。

通過以上介紹，學生不僅能夠知道為什么當時科學家會認為DNA不可能是遺傳物質，而且也能夠理解為什么艾弗里已經通過實驗證明DNA很有可能就是轉化因子，但是當時人們還是難以接受這個結論。主要就是因為該假說太深入人心。

艾弗里通過肺炎雙球菌轉化實驗得出DNA是使R型菌轉化為S型菌的轉化因子，該結論不能為大家普遍接受，原因有很多，除了“四核苷酸假說”的影響外，還有一個非常重要的原因，那就是該實驗本身具有缺陷。艾弗里的實驗中最致命的缺陷就是通過純化獲得的“轉化因子”含有非常少量的蛋白質。所以不能直接確定R型菌的轉化是DNA單獨引起的，雖然后來發現用DNA酶處理轉化因子能夠使其不再具有轉化活性，但是并不能消除人們的疑慮。很多學生甚至是一些教師對此都不能理解，認為這是吹毛求疵。實際上這里面除了實驗本身的問題外，還有一個非常重要的原因。在艾弗里等人做出上述結論的20年之間，著名生物學家、1915年諾貝爾化學獎獲得者威爾斯塔特在實驗中由于采用的酶溶液過于稀釋之故，以至用通常的化學檢驗法顯示不出它的蛋白質含量，但仍存在催化活性，于是便做出了酶不是蛋白質的錯誤結論，宣稱已經制成了不含蛋白質的酶的制備物。由于這種結論出自權威之口，人們信以為真，結果使對酶的研究推遲達10年之久。1944年時，科學界對這種前車之鑒仍記憶猶新。所以，當艾弗里等人公布他們的結論后，害怕再受騙的科學界便不敢再盲然唯這位權威而是從，遲遲不予認可了。

科學研究是一個非常艱辛曲折的過程，成功總是建立在不斷的失敗和錯誤之后，但是我們不能因噎廢食，而失去發現真理的機會。

三、教材中的科學史內容有待推敲

人教版教材中對艾弗里的實驗過程的描述并不準確，艾弗里的原始實驗并沒有逐一分析S型細菌中的各種成分，原論文沒有提及蛋白質和多糖的分離、提純工作，而且在論文的預處理方法部分采取了“去除蛋白質和莢膜多糖”步驟，后續實驗是在去除了S型細菌的蛋白質和多糖的基礎上進行的。

筆者通過查閱大量資料，艾弗里實驗的思路大致是這樣的：從細胞粗提取液中分離、純化有活性的轉化因子；然后鑒定轉化因子的性質，或者至少獲得足夠的描述性信息將轉化因子歸于某類已知化學物質之列”艾弗里等采用如下方式分離、純化有活性的轉化因子：用化學或酶方法去除S型細菌提取液（該提取液具有轉化能力）中的某種成分，然后檢測去除該成分的S型細菌提取液是否仍具有轉化能力。如果去除某成分后仍保持轉化能力，則去除的成分不是轉化因子；如果去除某成分后喪失了轉化能力，則去除的成分是轉化的必須成分。通過不斷地去除各種成分，從而得到相對純凈的“轉化因子”。得到純化的“轉化因子”后，艾弗里對其進行了鑒定，確認轉化因子就是DNA。艾弗里等1946年發表了另一篇論文表明：將純化的轉化因子用DNA酶處理，然后再進行轉化實驗，結果DNA酶處理后的轉化因子不再具有轉化活性。

編者進行了這樣的修改肯定有自己的想法和目的。但筆者認為對科學史，特別是一些經典實驗的描述最重要的一點就是要真實、準確。當然，經典實驗的具體操作過程對于中學生而言可能不好理解，教科書在編寫過程中對經典實驗進行“科普化”處理是必要的，但不應該背離經典實驗的設計思路。

當然我們教學中可以適當提及，讓學生切身體會科學研究的復雜性。但不能過度，防止學生對知識點理解混亂。

四、歷史的相似性

十九世紀，科學家普遍認為胰液的分泌是神經調節的過程，法國學者沃泰默通過實驗發現即使去除了通向小腸的神經，胰液也能夠正常分泌，但是很可惜，他還是囿于定論，認為自己沒有將神經完全剔除干凈，沒有作出正確的判斷。沃泰默和艾弗里的實驗現象所表明的結果與當時普遍認同的觀點都是相反的，而且兩者的實驗在一定程度上都存在一定的缺陷。但是艾弗里敢于挑戰傳統觀點，堅持自己的判斷，而沃泰默卻囿于定論。通過這兩個科學發現史的聯系比較，讓我們意識到，在進行科學研究的過程中，應當努力克服思想上的保守性和片面性，做到不為流行觀念所束縛，努力去揭示未曾為大多數人所注目的新領域；做到正確總結經驗教訓。

總的來說，充分利用教材中的科學史“事件”內容，首先需要我們教師深入了解；其次，生物課堂教學中，教師要善于利用這些生物學事件，努力做到激發學生求知欲望，構建愉悅教學情境，提升學生能力，使學生養成科學態度，培養學生思維能力，真正實現有效教學。

（本文是江蘇省教育科學“十二五”規劃課題《“事件策略”在中學生物教學中的應用研究》（批準號：Cb/2013/02/003）的研究成果。）

[參考文獻]

[1]吳慶余編著.基礎生命科學[M].高等教育出版社，2006（05）.

[2]吳相鈺主編.普通生物學[M].高等教育出版社，2005（01）.

[3]朱正威主編.遺傳與進化[M].人民教育出版社，2009（11）.