生物科學史整合探究學習

鄭蓮英

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2018）04-0107

一、案例背景

《普通高中生物課程標準》指出：“科學史一個發展的過程。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”。學生對生物科學史感興趣，主要偏向于科學家的故事和科學知識，但對于科學方法的學習及運用還比較薄弱。而科學方法是科學素養的重要組成部分，長此下去，將不利于學生的終身發展。教師在教學中應充分發揮生物科學史的教育價值，使學生通過科學史的學習提高科學精神和探究能力。因此，以“問題探究科學發現的過程來學習科學研究方法”為設計理念，整合科學史的教育方法，切實落實主體性教學，提高學生的探究能力，訓練學生科學的思維方法。

教師應充分利用生物科學史組織探究性學習，抓住生物科學史和探究教學的結合點，引導學生沿著科學家探索生物世界的道路，親歷思考和探究的過程，領悟科學方法、獲取科學知識、培養科學精神，提高生物學素養。

以下，就是筆者用此教學理念在一節《核酸是遺傳物質的證據》中的實踐。

二、案例描述

1. 以史導史，認同科學史是一個過程

首先筆者展示自己與兒子的照片，說明遺傳的現象。并提出問題：什么物質在遺傳中起決定作用？140年前，孟德爾在修道院的菜園里揮灑了8年的汗水，提出了生物每個性狀都是通過遺傳因子來傳遞的。1903年，薩頓發現雜交試驗中遺傳因子的行為與減數分裂受精作用中的行為非常吻合，他們得出了遺傳因子位于染色體上的假說。1909年，約翰遜創造“基因”一詞來代替孟德爾假定的“遺傳因子”，并沿用至今，不過此時的基因仍然是一個未經證實的僅靠邏輯推理得出的概念。1926年，摩爾根用果蠅試驗證明了基因在染色體上，染色體的化學組成是蛋白質和核酸，那么究竟是蛋白質還是核酸呢？從那時起，遺傳學家踏上了尋找遺傳物質本質的艱難歷程。

設計意圖：把科學史背景介紹作為探究教學的一個環節，可以使學生設身處地感受科學家面臨的問題情境，激發學生探究的愿望。歷史上科學家們的探索歷程和不同觀點，也給學生進一步思考提供了有益啟示。這樣以史導史，使學生認同科學是一個過程。

2. 汲取科學史積淀的前人的智慧，體驗探究

在相當長的一段時間里，學術界認為基因是蛋白質，認為只有像蛋白質這樣復雜的大分子才能決定生物的遺傳。直到1928年，英國科學家格里菲斯發現了一個令人驚異的現象（“死菌復活”之謎）。

案例：1928年肺炎雙球菌的轉化實驗

課件展示實驗過程：

（1）四個步驟及現象：

①注射無毒性的R型活細菌→小鼠正常.

②注射有毒性的S型活細菌→小鼠病死.

③注射加熱殺死了的S型活細菌→小鼠正常.

④注射“R型活細菌+加熱殺死”的S型細菌”→小鼠病死.

結論：被加熱殺死的S型細菌中，存在著使R型活細菌轉變成S型細菌的“轉化因子”。

小組合作設計實驗

PPT展示：

設計意圖：通過宏觀調控和個別指導引領學生“站到巨人的肩膀上”探究，確保學生進行的探究不是漫無目的、毫無章法的，而是充分汲取了科學史積淀的前人的智慧，基本上能夠沿著有價值的思路進行的探究。

3. 對比經典實驗，反思領悟探究方法

PPT展示經典實驗1：1944年艾弗里的實驗

結果：只有加入DNA，R型細菌才能轉化為S型細菌。

結論：DNA是轉化因子，是使R型細菌產生穩定的遺傳變化的物質，即DNA是遺傳物質。總結該實驗過程，并與自己設計的實驗相比較，找出設計實驗的差距。

設計意圖：抓住學生關注科學家的實驗方案并急于將自己的實驗設計方案同經典實驗做一個比較的心理，及時“隆重推出”經典實驗介紹。帶領學生分析經典實驗的思路、原理、步驟和結果，重在領悟其中蘊含的科學精神和方法。引導學生通過對比，反思自己探究的過程，既總結自己設計的嚴謹巧妙之處也找到疏漏之處并進行改進。

科學史：艾弗里等人的實驗和實驗結果是對DNA認識上的一次重大突破，徹底改變了DNA再生物體內無足輕重的傳統觀念。但當時的主流觀點不接受艾弗里DNA是遺傳物質的觀念，盡管艾弗里及同事將DNA中蛋白質的污染降到0.02%，大多數的科學家仍然堅信殘留的那一點點蛋白質才是真正的遺傳物質。艾弗里雖被提名為諾貝爾獎的候選人，但當時評委委員會認為最好等到DNA的轉化機理更多地為人們所了解的時候再說，可是，當爭議平息，諾貝爾獎委員會準備接受時，他已經去世了。

當人們為艾弗里的實驗而激勵爭論時，研究噬菌體的美國微生物學家赫爾希等人在考慮能否將蛋白質和DNA完全分開，并單獨觀察DNA的作用呢？

PPT展示經典實驗2：噬菌體侵染細菌的實驗（動畫演示）

（1）噬菌體的結構；

（2）侵染過程：吸附 注人 合成 組裝 釋放；

（3）實驗結論：DNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質。

設計意圖：科學家巧妙的實驗設計和過人的智慧令學生發出由衷贊嘆，通過該實驗的學習，使學生感受簡潔、合理、巧妙的設計思路。指導學生以歷史唯物主義的觀點客觀評述科學家的功績和歷史局限性，幫助他們正確理解科學史、向科學史汲取營養。

4. 回歸史實，學以致用

科學史：隨著對病毒研究的深入，科學家發現許多病毒中含有RNA，卻沒有DNA……

設計實驗：證明煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA。

設計意圖：科學史揭示了科學家思考和解決生物學問題的思想歷程，反應了科學家探究活動與探究方法。學生模仿科學家的實驗方法來設計自己的實驗，回歸史實，學以致用。

5. 拓展升華，總結歸納

（1）科學實驗設計的基本思路？

（2）科學探究的重要方法？

（3）科學研究的一般步驟？

小結時，可以讓學生自己概括以上的幾個問題。

設計意圖：通過總結科學史中前人設計實驗的過程中得到科學的研究方法，知其然，更知其所以然，加深學生對科學方法的領悟。再次激發學習生物的濃厚興趣和對生命科學的熱愛之情，使他們憧憬未來，并立志獻身生命科學。

三、案例反思

1. 通過本節課的教學，筆者對生物科學史整合探究教學有了更深刻的認識：

（1）生物科學史整合探究教學增加了生物學的趣味性。生物科學史中一幕幕關系著人類生存和發展的鮮活的材料是學生非常感興趣的，教師在教學中挖掘生物學的有關史料，將其與傳授的內容有機地結合起來，從而達到知識性和趣味性的高度統一。

（2）生物科學史整合探究教學能明顯提高學生對相關知識掌握的牢固程度。生物學中引入科學史的優勢不僅在于介紹科學知識，而且能提供科學知識的來龍去脈，為學生知識的構建提供了天然的支架，讓學生在歷史背景或支架中學習生物學知識，可以使學生更準確地理解科學概念和理論的發現、演變過程，能使學生更好地領會和掌握生物學知識，提高分析問題和解決問題的能力。

（3）生物科學史探究教學模式能有效促進學生探究能力的發展，顯著提高學生設計實驗的能力。科學史揭示了科學家思考和解決生物學問題的思想歷程，展示了科學家所處的時代背景，反映了科學家探究活動與探究方法。科學史也是科學方法的歷史，科學家的成功往往與他們運用科學的研究方法密不可分。一切的生物學知識都是科學先驅在探索中采用了正確的方法取得的成就。在課堂教學中，以科學史的經典實驗作為問題探究情境，有利于激發學生的興趣，了解科學家是如何發現問題、分析問題和解決問題，既科學探究的過程和方法，也有利于培養學生科學精神和團隊合作意識。

（4）科學精神的熏陶。從人文角度分析，科學史中同時蘊涵著豐富的精神養料。埃弗里提純轉化因子花了十年左右的時間，而當他最終將結果發表時，卻不被接受。八年之后，其科學價值才被承認。事實上，科學史已不止一次地表明，超越時代的科學發現注定難以為那個時代所接受。而正是在這樣的逆境中，科學大師的精神、氣質才得以凸現，給人以心靈的震撼與沖擊；也正是在這樣的曲折中，科學不迷信權威，科學追求真理的特性才得以徹底地體現。

通過生物科學史整合探究教學的實踐，不僅能使學生了解探究生物學知識的艱辛歷程，掌握科學知識，領略科學家的科學態度、科學精神，更重要的是能培養學生的生物學素養以及科學素養，為學生在探究學習中提供更為開闊的視野和扎實的理論基礎。在生物教學中重視生命科學史整合探究教學的教育價值是時代的呼喚。

2. 在進行生物科學史整合探究教學的實踐中還存在著一些需要改進的問題：

（1）要提高自身的科學史素養

平時應注意多閱讀科學史書籍，準確把握科學史的發展脈絡。努力提高哲學素養，形成科學的唯物史觀，力求客觀地評價科學家的成就和歷史局限性，科學地總結科學家成功的原因，深入地領略生物科學史中蘊含的人文精神和科學態度。由此，教師才能自如地對教科書所涉及的科學史內容加以運用和拓展。只有教師心中的科學史變得生動豐滿了，才有可能把學生帶入神奇的科學史世界，這是教師成功利用科學史開展探究教學的前提。

（2）要去粗取精，尊重歷史

對科學史的內容去粗取精，要做到：①符合學生的認識水平和接受能力；②選取的內容應該具有較高的教育價值，能給學生以多方面的啟迪，避免為寫史而寫史；③削枝強干，使教材中的科學史線索單一、脈絡清晰。教材就不能滿足于僅僅介紹正面的成功事例。在科學的征途上，激動人心的時刻相比漫長的發展史畢竟是短暫的一瞬。失敗的研究在科學發展史上自有其意義，這與“成則王、敗則寇”的價值觀大相徑庭。還科學發展以本來面目，克服世風浮躁對教育的負面影響，將有助于學生腳踏實地的學習。

以上主要論述了科學史教育的重大意義以及高中生物學探究教學整合生物科學史的價值。雖然探究教學與科學史的整合不易，但更應看到不易之后所具有的深遠意義。“問渠哪得清如許，為有源頭活水來。”只有充分挖掘科學史蘊藏的寶藏，才能追尋到科學教育的源頭活水。

（作者單位：浙江省蒼南縣蒼南中學 325800）