信息技術與生物科學史有效整合的教學探究

魏霞 魏云

摘 要：本文以人教版必修二中“DNA是主要的遺傳物質”一課為例，分析在新課程背景下將信息技術與生物科學史探究教學有效整合的一些方法，具有一定的參考價值。

關鍵詞：信息技術；生物科學史；遺傳物質；DNA

作者簡介：魏霞，福建省福州市金山中學教師，研究方向為高中生物教學（福建 福州 350000）；魏云，福建省福清市華僑中學教師，研究方向為高中生物教學。（福建 福清 350300）

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2018）10-0061-02

21世紀信息技術飛速發展，為課堂教學方式的改革和學生學習方式的改變提供了必要的物質條件。在生物新課標中，生物科學史教學已作為提高學生生物科學素養的重要途徑之一。但是傳統的生物科學史教學過于強調科學知識的內容而忽略了對科學知識建構過程的探究以及學生創造性思維的培養，以致學生只會機械地獲取科學內容和科學結論，缺乏興趣和探索的熱情。

如何將信息技術有機地整合到生物科學史探究教學中，筆者對人教版必修二“DNA是主要的遺傳物質”這一課進行了初步嘗試，獲得了良好的教學效果。

“DNA是主要的遺傳物質”這一節課程內容看似簡單，通過前人的實驗得出一個學生早已從媒體上熟知的結論：DNA是遺傳物質。但是這幾個實驗的設計思路是什么？設計的科學性在哪里？實驗結論是如何一步步得到的？學生并不容易掌握。盡量還原當時的時代背景，讓學生走進那個時代，像科學家一樣去探究并體驗其中思維碰撞的快樂，這就需要教師去深度挖掘。

一、短片導入——震撼人心，仿佛時光穿梭，帶領學生回到20世紀50年代

筆者在課前制作震撼人心的、配有諾貝爾獎頒獎禮奏樂曲的自動播放短片，短片內容是與本節課最密切相關的遺傳學上獲得諾貝爾獎的科學家及他們的主要成就。頒獎音樂振奮人心，一張張諾貝爾獎科學家的照片在屏幕上閃現，教室里沒有任何雜聲，同學們都注視著屏幕，聚精會神，仿佛回到了20世紀50年代。

這樣的導入比傳統教學有更大的優越性，主要體現在以下三個方面：第一，通過視聽盛宴，配上內容設計，引發學生的認知沖突，啟動了學生內部的思維矛盾，促使學生形成學習期待。“為什么當時人們懷疑艾弗里的結論？”“為什么人們不接受DNA是遺傳物質？”心理學研究表明，只有一個人有強烈的明確的學習動機時，才能積極主動地投入學習過程，而強烈的學習動機來自認知沖突。第二，通過理解艾弗里的遺憾，學生體會到“DNA是遺傳物質”的艱難探索歷程。學生認識到本節課不僅要理解“DNA是遺傳物質”，更要清楚證明“DNA是遺傳物質”的科學方法和科學技術。學生渴望了解科學家探索的過程和遵循的科學方法以及應用的技術手段。第三，導入引起的思維摩擦，讓學生們不由自主地提出問題：“怎么證明遺傳物質是DNA還是蛋白質？”這個問題一直貫穿于本節課的始終，并作為本節課科學史探究的主線。

二、模擬實驗——交互式的動畫，生動逼真，激活課堂

布魯納的發現性學習強調學習是學生主動形成認知結構的過程，學生應該像科學家那樣去主動思考、探索求知，通過主動地發現形成認知結構，最終達到對知識的理解和掌握的目的。

在“肺炎雙球菌體內轉化試驗”中，教師簡要介紹當時的時代背景，那是一個細菌橫行、大流感經常爆發的時代，并引出肺炎雙球菌和格里菲斯。格里菲斯是如何開展實驗的？受實驗條件的限制，這在中學實驗室里無法完成。筆者應用信息技術手段制作了生動逼真的可操作的模擬實驗。在這樣的交互式動畫中，學生親自動手操作，親身體驗和感受科學家的探索過程和基本思路，不僅可以再現格里菲斯的實驗設計和操作過程，而且可以滿足每位學生親自參與的內在需求。學生通過模擬操作實驗，非常驚訝地發現第四組小鼠死亡了。“為什么第四組小鼠會死亡？活的S型細菌從哪里來？”至此，學生思維活躍，各種猜測紛紛出現，師生討論，激活課堂，教師不必具體講授格里菲斯的實驗過程，只需適時點撥，這充分體現了以學生為主體，教師為主導的課堂文化。

三、實物投影——展示實驗方案，師生討論

學生動手模擬操作格里菲斯的實驗后，S型細菌內哪一種物質是“轉化因子”，成為他們又一個要解決的問題，推動他們繼續探究。這時，教師只要巧妙地提問，學生思維的火花就很容易被激活。教師提問：“轉化因子是DNA還是蛋白質？或是其他的有機物？應該怎樣繼續實驗得出結論？”大部分學生很快就說出把DNA和蛋白質分開研究，看看是DNA還是蛋白質起作用。“怎么分開研究？”教師引導學生用化學提純法。“提純之后的DNA或蛋白質接下來要怎么操作？”學生答：“看是DNA還是蛋白質能夠讓活的R型細菌轉化為活的S型細菌。”“如果不用小鼠作為細菌繁殖的供體，那要怎么在體外操作？”學生答：“培養細菌。”“怎么培養細菌？養哪一種細菌？”學生答：“養活的R型細菌。”學生能回答到這里，接下來的實驗設計就容易多了。

學生分組討論，設計實驗方案。各小組學生上臺在實物投影儀上投影，并向全班同學說出設計的理由和思路，教師組織同學一起討論是否需要改進。由于注重發揮學生的主體性，實驗設計不是由教師直接向學生傳遞，而是學生自己探究、自己建構的。教師還可以直接在學生的方案上引導全班同學共建出最佳方案，效果顯著。全班同學共同得出最佳設計方案之后，學生們體驗到成功的滿足感和愉悅感。利用實物投影儀，能發揮學生的主體性，學生主動地參與整個學習過程，實驗設計不是由教師向學生直接傳遞，而是學生自動、生生互動、師生互動后得出的，這樣的學習是有效有活力的！

四、動畫演示——將靜止的文字和圖片轉化為動態的過程，變抽象為直觀、形象

感性認識和理性認識在生物學的學習過程中都十分重要。感性認識是在理性認識的參與下進行，理性認識是在感性認識的支持下完成的。如“噬菌體侵染細菌”的過程，無法用肉眼觀察，學生的感性認識在教師的語言傳授里和課本的文字描述里很難實現。充分應用動畫和圖片，不僅能全面調動學生各種感官，還可以有效地實現精講，突出重點、突破難點。

筆者用動畫展示噬菌體立體結構模型，補充介紹噬菌體的結構和化學元素組成特點，為后面的同位素示蹤法打下基礎。另外，筆者還補充噬菌體侵染細菌的動畫。噬菌體侵染細菌的實驗有很多難點，比如課本中有這樣一段文字：“赫爾希和蔡斯首先在分別含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培養基中培養細菌，然后分別用上述細菌培養T2噬菌體，從而制備出DNA中含有32P或蛋白質中含有35S的噬菌體。”這段文字如何理解？筆者制作兩組富有兩種鮮明色彩（紅色表示有同位素標記，藍色表示沒有同位素標記）的動態圖片，分別展示用35S和32P標記兩組噬菌體的過程，學生理解這兩組對照實驗的目的，是把DNA與蛋白質間接地分開研究。這不僅提高教與學的效率，而且引發了學生對接下來的實驗繼續開展探究的欲望。

五、信息技術輔助創造更加和諧、活躍、高效的課堂，提升學生情感態度與價值觀

信息技術與傳統教學手段的有效配合，在快與慢有變換，動與靜有交替，張與弛有錯落，疏與密有間隔，起與伏有波瀾的課堂節奏中，在環環相扣的學習活動中，促進學生高效地學習。運用信息技術能夠減輕教師在課堂上的勞動量，教師有更多的時間對當時的歷史背景和科學家生平進行補充。有了多媒體的輔助，教師無需用太多的言語，學生很自然地被科學家的科學思維和科學魅力吸引，情感態度與價值觀悄然得到了升華。

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責任編輯 程 華