生物科學史在探究性教學中的應用

鄭曉璇

《普通高中生物課程標準（實驗）》強調重視科學史的學習。學習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，領會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。蘇聯教育家蘇霍姆林斯基在《給教師的建議》中說：“讓學生體驗到一種自己在親身參與掌握知識的情感，乃是喚起學生特有的對知識的興趣的重要條件。”生物學的學習不是單純讓學生掌握生物概念和知識點，在教學的過程中教師應該引導學生理解科學發現的過程，做到論從史出。實際上，生命科學的每一個知識點的產生過程都是一個探究過程，將生物科學史的學習與探究性學習結合起來，可讓學生體會科學家“觀察現象→提出問題→作出假設→設計實驗→完成實驗→分析結果→得出結論”的探究過程，從中學習科學探究的方法。

下面以人教版高中生物教材《必修2·遺傳與進化》第二章第一節“減數分裂”為例，通過科學史的探究活動促進學生學習核心概念。

教學過程中以科學史背景為基礎，從學生的生活經驗開始，可以較好地激發學生的思維，使其順利進入探究學習狀態。

1 探究配子的形成方式

1.1 探究精子和卵細胞是否是通過有絲分裂形成的

教師展示資料1：每個人的發育起點都是受精卵（含46條染色體）。精子和卵細胞融合成受精卵，通過有絲分裂和分化形成新個體（體細胞中含有46條染色體）。

教師設置問題：受精卵通過有絲分裂和分化形成各種體細胞，那么精子和卵細胞也是通過有絲分裂而來的嗎？如果是，那么親子代之間的染色體數目會怎么改變？

學生大膽推測，并出示模式圖（圖1）。

學生分析：通過有絲分裂，親代和子代細胞染色體數目相同，如果精子和卵細胞是通過有絲分裂產生，那么通過受精作用親代和子代的染色體數目不同，一個物種的染色體數目是相對穩定的，因此精子和卵細胞的形成不是通過有絲分裂得到的。

教師根據學生的分析，進一步提出疑問：精子和卵細胞的形成是通過什么方式呢？

學生大膽推測：如果精子和卵細胞各是原來的一半，那么受精作用后染色體數目將保持穩定（圖2）。

1.2 探究配子的形成方式為減數分裂

教師展示資料2：魏斯曼從理論上預測：在卵細胞和精子成熟的過程中，必然有一個特殊的過程使染色體數目減少一半；受精時，精子與卵細胞融合，恢復正常的染色體數目。

資料3：1883年，比利時胚胎學家貝內登通過研究馬蛔蟲卵的成熟分裂，證明配子只含有體細胞的半數染色體，通過受精作用，染色體數目又恢復正常。

資料4：課本問題探討（圖3）。

這三個資料證實了學生的推測，學生的思維和分析能力得到肯定，學習興趣驟漲。

教師進一步設置問題：科學家證實了精卵細胞的形成染色體數目會減半，觀察雌雄果蠅的體細胞和配子圖，看看果蠅體細胞和配子的染色體數目各是多少？其形態有何特點？

學生討論、分析：雌雄果蠅體細胞的染色體數目都是8條，雌雄配子的染色體數目都是4條，配子染色體數目為體細胞的一半。配子中的染色體并不是由體細胞染色體隨機分配而形成的，體細胞染色體很明顯是成對存在的，配子的染色體是在成對染色體中各取一條組成的。

師生討論，得出結論：配子的形成是由體細胞中成對的染色體分離，不成對的染色體組合，染色體數目減半。

教師肯定學生的分析和結論，并總結：配子的形成方式稱為減數分裂。

2 探究減數分裂的過程

2.1 激發學生自主理解減數分裂的過程

教師展示資料5：1890年，奧斯卡·赫特維奇在馬蛔蟲的卵細胞和精子發生過程的觀察中，發現減數分裂過程的全部細節，并做了精確的描述：染色體與有絲分裂一樣需要復制一次，但是細胞分裂了兩次。

教師設置問題：減數分裂染色體復制一次，細胞分裂兩次，如何將成對的染色體分離？染色體的行為是如何變化的？

學生討論、分析，出現不同想法：（1） 復制后，著絲點先分裂，第一次分裂的結果和有絲分裂一樣，第二次分裂再把成對的染色體進一步分離。（2） 復制后，成對的染色體先分離，第二次分裂再是著絲點的分裂。

教師進一步點撥：現在出現了不同的假設，那么如何來驗證我們的假設呢？

學生很快想到了實驗驗證法，但由于課堂無法馬上進行實驗，故此教師繼續展示資料。

2.2 揭示減數分裂的正確過程

教師展示資料6：1903年，美國遺傳學家薩頓通過對蝗蟲精子的形成過程中染色體變化的研究，深刻闡述了“遺傳的染色體理論”，他得出了“同源染色體在減數分裂時，以配對形式聯合，再彼此分離”的結論。

資料7：見圖4、圖5。

教師設置問題：根據剛才的探究，你們可否總結出減數分裂的概念，并且畫出減數分裂過程的染色體變化圖。

學生繼續討論、分析，得出了減數分裂的概念。

教師巡視并且觀察，指導學生畫圖。

3 總結歸納，促使概念的形成

教師等待學生畫圖完畢，先播放精子的形成過程視頻，讓學生體驗減數分裂的過程。最后，教師呈現哺乳動物精子的形成過程圖解。

教師總結并進一步點撥分析講解，促使學生明確減數第一次分裂同源染色體聯會配對，形成四分體及出現交叉互換等染色體變化，促進學生理解同源染色體等重要概念的含義，讓學生獨立分析減數第二次分裂染色體的行為變化，進一步引導學生回顧有絲分裂過程中染色體的行為變化，分析有絲分裂和減數分裂的異同點。

4 教學反思

雖然科學史是前人的總結歸納，但對于學生而言是新的知識，教師需要讓學生站在問題的起點，面對問題，追溯起源。當然科學史的使用必須要結合教學目標進行篩選，既要考慮學生已有的知識和能力水平，又要考慮其對學生智力和興趣發展的促進作用。科學史原材料的轉化需要教師深入思考，讓其適合于課堂的探究活動，設置的問題必須留有探究余地，為學生思考和討論分析搭建平臺。此外，教師還必須要注意問題的開放性，能夠引導學生深入分析探究，提升學生的能力。總之，在生物課堂上恰當利用生物科學史，能夠對學生知識、情感、技能的全面培養起到良好的促進作用。

參考文獻：

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