基于科學本質的“DNA分子結構模型建立過程”的教學探討

蘇育才 （福建省安溪縣俊民中學 福建泉州 362411）

陳曉清 （閩南師范大學生物科學與技術學院 福建漳州 363000）

在生物學教學中融入科學史教育，對于引導學生從歷史的維度認識科學的本質，體驗科學家的思維方式和工作方法，領悟自然科學的人文內涵，培養科學探究能力和社會責任感，促進生物學學科核心素養的達成是極其有利的。生物科學史教育在由理論走向實踐的過程中，取得了一系列研究成果，但科學史教學過于形式化、工具化、簡單化、英雄化等深層次的弊端也逐漸暴露出來，阻礙了科學史教育價值的實現。因此，在生物科學史教學中，教師不僅要指導學生獲得生物科學知識和科學方法，更要引領學生從更為廣闊的學科視野理解科學工作受到科學家主觀因素、社會和文化的影響，學會理性評價科學事件，從而建構對科學本質及科學發展的整體認識。

下面以人教版高中生物《必修2·遺傳與進化》的“DNA分子的結構”一課中的“DNA分子結構模型建立過程”環節教學為例，探討如何向學生呈現科學發展的真實歷程，使學生學會區分科學史故事的傳奇性和科學性，避免簡單化或英雄化科學家，從而把握科學的本質。

1 教學思路

本環節以故事敘述的形式介紹了沃森和克里克構建DNA雙螺旋結構模型的過程。教師從該教學內容入手，拋磚引玉，以DNA分子結構發現史為載體，創設歷史事件的問題情境，鼓勵學生交流討論、故事復述和角色扮演，激起學生探索生命現象的興趣，挖掘其中所蘊涵著的豐富的科學方法和科學思想，領悟科學家的工作會受到個體主觀因素、社會及文化背景的影響，從而真正理解科學的本質。

2 教學過程

2.1 步驟一：課前準備，形成觀點

教師要求學生在課前查閱相關資料，使學生明確資料搜集的方向，引導學生確立幾個相關的子課題，如探析DNA雙螺旋結構模型成功建立的原因、DNA分子模型建立所產生的影響、科學家的合作與競爭、DNA研究所引發的倫理學爭議等。學生按照研究課題的興趣分成若干小組，小組成員分工合作，著手搜集資料并從中選出對本課題有用的信息，加工整理，形成自己的見解和思路。

2.2 步驟二：回顧歷史，發現問題

教師在課堂上以多媒體播放“DNA雙螺旋結構的發現”這一科學史資料片，主要講述DNA雙螺旋結構模型的發現過程及其所具有的劃時代意義。這一過程以沃森和克里克合作的故事為主線展開，重點介紹當時科學界已經發現的4個重要證據。并由此，引出4個做出重大貢獻的科學家之間的競爭與合作、學術思想的融合以及人際關系的沖突等社會學領域的問題。

2.3 步驟三：故事敘述，交流評價

各小組成員將課前已歸納整理的資料在組內展示、交流和討論，表達觀點，明確DNA分子結構的提出是學科交叉、相互融合、相互借鑒的結果。各小組代表總結該小組圍繞某一課題所搜集的資料及組內討論的結果。教師要啟發學生基于自己的理解，各抒己見，從不同角度、不同思路大膽評價該科學史事件，尤其是思考以下2個問題：

①沃森和克里克在構建DNA分子雙螺旋結構模型中拋棄了哪些錯誤的設想？

②他們的科學精神和科學方法有哪些可貴之處值得借鑒？

2.4 步驟四：事件探究，互動交流

為了引導學生從更深層次、多視角、多維度解讀該科學史事件，教師可以在學生對“DNA雙螺旋結構發現過程”已有初步認識的基礎上，向學生例舉出預先設計的幾個頗具代表性和爭議性的問題：

①像兒童搭積木那樣能否揭示DNA雙螺旋結構，打開現代生命科學的大門？

②如何從自然科學本身的規律、人文和社會的角度來探討沃森和克里克取得成功的原因？社會和學術群體的評價，如何在DNA雙螺旋結構發現的過程中起作用的？

③生命科學如何影響我們的生活如何看待與DNA相關的倫理學爭議？

④富蘭克林如果活著，她會得獎嗎？性別差異是否會成為公平競爭的障礙？

⑤DNA雙螺旋結構的發現過程具有一定的戲劇性，科學家的個性和復雜的人際關系如何影響研究進展？科學家都是品德高尚、完美無缺的英雄嗎？

教師引導學生討論，征集學生對這些問題的解答。學生面對問題，提出假說，然后尋找證據進行驗證。師生共同分析該事件的現象及原因，理清DNA雙螺旋結構模型建立的背景、過程、影響力及幾個重要的歷史人物，尤其要重點討論對沃森和克里克、富蘭克林和威爾金斯的性格特征以及他們之間的合作、競爭關系。

2.5 步驟五：角色扮演，加強體驗

根據對科學史事件及人物的理解，各小組自主選擇并分配角色，提供素材，嘗試模擬問題情境，構思情節，設計動作和語言，描述角色的情感與觀點。角色包括沃森、克里克、鮑林、富蘭克林、威爾金斯，在角色設計時又加入了新的虛構角色——諾貝爾獎評委和普通公眾，于是就組成了有7個角色的“小劇組”。根據角色策劃，各小組選出代表參與角色扮演，如辯論、獨白、演講等。學生通過在角色扮演中對困難情境及沖突事件的處理，獲得新的體驗，提高解決問題的能力，加深對角色及整個事件的感悟。角色中涉及到的問題有：沃森與克里克的選題及探索思路；鮑林的遺憾；富蘭克林與威爾金斯人際關系的矛盾；諾貝爾獎的遺珠之憾；DNA研究引發的倫理學爭議；社會環境對科學發展的影響等。

2.6 步驟六：理解事件，深化認識

學生對不同角色的觀點及影響DNA模型建立的重要要素展開討論，歸納出對本事件的理性認識，形成自己的判斷和理解。如對于“DNA雙螺旋結構模型成功建立的原因”，學生就從多學科知識與技術的交叉運用、善于合作與敢于競爭、寬松的學術環境、選擇性繼承與原始性創新、有戰略性的選題和狂熱的激情等方面進行探討；分析了鮑林錯失歷史機遇的原因，領悟保持理論和實驗密切合作的重要性；對于富蘭克林與威爾金斯之間的復雜的人際關系以及當時學術界的性別歧視的分析，認識到社會因素對科學家的影響，體會到公平、民主、自由學術環境及良好的交流溝通對科學研究的重要性等。

3 教學反思

本環節教學的主要特點：

①充分挖掘出教材所蘊涵的科學史素材，將基本概念及理論與科學研究方法、科學工作特點有機地聯系起來，建立一個自然流暢、邏輯清晰的科學史教學過程，從而深化學生對科學本質的理解。

②通過故事敘述與重要歷史事件關鍵性因素的分析，訓練學生確立事實、分析問題和邏輯推理的能力。

③從不同層面引導學生全面、客觀地認識科學家真實面貌，使學生意識到科學家既有成就斐然的一面，也難免有性格的弱點和失誤?？茖W是理性的，但同時也有感性的一面，會受科學家主觀因素的影響，從而消除對權威的過度崇拜。

④注重對歷史事件本身的思考，通過角色扮演再現歷史人物觀點及性格的沖突，引導學生從社會環境、道德與倫理層面探討科學研究問題，培養正確的世界觀和價值觀。