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淺談生物科學(xué)史與課堂教學(xué)
淺談生物科學(xué)史與課堂教學(xué)
劉松領(lǐng)
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摘 要：現(xiàn)行人教版高中《生物》必修教材中增加了生物科學(xué)史的內(nèi)容，具體描述了有關(guān)研究的事例和方法。生物科學(xué)史不僅有利于學(xué)生更好地理解科學(xué)知識(shí)，還有助于學(xué)生形成科學(xué)觀念。在教學(xué)過程中，教師可以根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平，恰當(dāng)?shù)剡x取生物學(xué)史例，將其融入課堂教學(xué)中，從而啟發(fā)教育學(xué)生。那么，生物科學(xué)史在課堂教學(xué)中的具體價(jià)值是什么？如何更好地在課堂教學(xué)中利用生物科學(xué)史？結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)談了這個(gè)問題。
關(guān)鍵詞：生物科學(xué)史；課堂教學(xué)；科學(xué)探究；科學(xué)精神；教育教學(xué)功能
一、生物科學(xué)史在課堂教學(xué)中的作用
教材中安排的生物科學(xué)史料，蘊(yùn)含著多種教育功能。科學(xué)家探究知識(shí)的過程揭示了人們解決生物學(xué)問題的思想歷程，體現(xiàn)了科學(xué)家堅(jiān)忍不拔的科學(xué)精神，教師要深刻理解生物學(xué)史料的這種豐富內(nèi)涵，了解生物學(xué)史料教育功能的側(cè)重面，根據(jù)教學(xué)的實(shí)際情況，正確引導(dǎo)學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物知識(shí)的歷程理解科學(xué)的本質(zhì)和科研方法，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家鍥而不舍的科學(xué)精神，進(jìn)而發(fā)揮生物科學(xué)史的教育教學(xué)功能。
1.培養(yǎng)學(xué)生對(duì)生物科學(xué)的興趣
培養(yǎng)學(xué)生對(duì)生物科學(xué)的興趣是生物科學(xué)史最主要的作用。和傳統(tǒng)課堂教學(xué)相比較，融入了科學(xué)發(fā)現(xiàn)史的課堂教學(xué)，學(xué)生不再是被動(dòng)的接受知識(shí)，而是通過對(duì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)史的了解和分析，自主的生成科學(xué)結(jié)論，往往印象更深刻；因此，學(xué)生對(duì)探索生物學(xué)新知識(shí)的欲望和興趣會(huì)大大增強(qiáng)。教師不再是傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)，而是通過展示科學(xué)史例，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)；教師不再是權(quán)威，而是學(xué)生探索新知識(shí)的引路人。因此，可以最大限度地降低學(xué)生的厭學(xué)情緒。
2.培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力
科學(xué)探究的課程理念是《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》中所倡導(dǎo)的基本課程理念之一�？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)史的利用有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。教材中科學(xué)家的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)具有代表性，如果能將其轉(zhuǎn)變成在課堂上能夠完成的探究課題，讓學(xué)生身臨其境地去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，并且再發(fā)現(xiàn)和再生成已有的結(jié)論和知識(shí)。由此可見，在教育目標(biāo)和教育價(jià)值上，生物學(xué)史的教學(xué)和科學(xué)探究不但不矛盾，而且有很多相似之處。所以，在課堂教學(xué)過程中，融入生物科學(xué)史，可以讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)生物科學(xué)研究的一般方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。
例如，光合作用的科學(xué)發(fā)現(xiàn)史主要有以下幾個(gè)史例：
史例一：1648年海爾蒙特柳樹實(shí)驗(yàn)。
結(jié)論：柳樹營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)物質(zhì)不是來源于土壤，而是空氣和雨水相關(guān)。
史例二：1771年普里斯特利“綠色植物—燭—小鼠”實(shí)驗(yàn)。
結(jié)論：植物光合作用可以更新空氣。
史例三：1864年薩克斯“葉片半遮光—碘蒸汽”實(shí)驗(yàn)。
結(jié)論：光合作用可能產(chǎn)生淀粉，并需要光。
史例四：1880恩吉爾曼“水綿—好氧性細(xì)菌”實(shí)驗(yàn)。
結(jié)論：光合作用可產(chǎn)生氧氣，葉綠體是綠色植物光合作用的場(chǎng)所。
史例五：20世紀(jì)30年代魯賓和卡門同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)。
結(jié)論：光合作用產(chǎn)生的氧氣全部來自水。
在光合作用科學(xué)發(fā)現(xiàn)史的教學(xué)過程中，用光合作用反應(yīng)總式的規(guī)范書寫來貫穿于上述5個(gè)史例，不僅可以讓學(xué)生知道如何正確書寫光合作用總反應(yīng)式，還有助于學(xué)生記住史例，并且從史例中得出結(jié)論，使得學(xué)生的歸納總結(jié)能力和科學(xué)探究能力得到很大提高。
3.培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神
任何科學(xué)結(jié)論的發(fā)現(xiàn)都離不開科學(xué)家堅(jiān)韌的科學(xué)探索精神。孟德爾在維也納大學(xué)進(jìn)修自然科學(xué)和數(shù)學(xué)，回到修道院潛心研究了八年，通過分析豌豆雜交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了生物遺傳的規(guī)律；達(dá)爾文歷盡千辛萬苦，進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)五年的環(huán)球考察活動(dòng)，最終出版《物種起源》一書。逾越重重障礙，最后獲得巨大成就，這是所有科學(xué)家的共同經(jīng)歷。更有甚者，需要幾十年乃至幾代人的艱辛努力才產(chǎn)生了一項(xiàng)科學(xué)發(fā)明。
進(jìn)行科學(xué)研究不僅需要堅(jiān)強(qiáng)的信念，更需要修正自我，推翻原有理論的勇氣。任何科學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)都是科學(xué)家在“勇于存疑，敢于探索，實(shí)事求是”的科學(xué)精神指導(dǎo)下取得的。達(dá)爾文在環(huán)球考察之前是忠實(shí)于“神創(chuàng)論”的，但在經(jīng)過了環(huán)球航考察，并認(rèn)真比較和分析了世界各地的物種之后，打破了固有思想的禁錮，以堅(jiān)強(qiáng)的意志確立了“自然選擇學(xué)說”。
科學(xué)史的介紹可以潛移默化地使學(xué)生受到感染，有效地培養(yǎng)學(xué)生不畏權(quán)威、勇于挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的科學(xué)精神。在教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生感受科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程的艱辛，進(jìn)而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神的目的。
巴甫洛夫說過：“自然，人家是對(duì)的，很明顯，我們失去了一個(gè)發(fā)現(xiàn)真理的機(jī)會(huì)！”這就是一個(gè)科學(xué)家的坦誠(chéng)。
二、將生物科學(xué)史融入課堂教學(xué)時(shí)應(yīng)遵循的原則
盡管生物科學(xué)史在教育教學(xué)過程中具有非常重要的功能，由于受到多種因素的限制，生物科學(xué)史不可能成為教材的主線。因此，教師要在教學(xué)中根據(jù)實(shí)際情況，針對(duì)具體的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)，綜合考慮學(xué)生的認(rèn)知水平，適當(dāng)?shù)剡x取相關(guān)生物學(xué)史料，將其融入課堂教學(xué)之中，從而達(dá)到教育啟發(fā)學(xué)生的目的。
1.符合教學(xué)目標(biāo)的要求，突出教學(xué)重、難點(diǎn)
根據(jù)不同的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重、難點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)目茖W(xué)史例�？茖W(xué)史有助于學(xué)生理解科學(xué)知識(shí)，所以對(duì)相關(guān)史料進(jìn)行適當(dāng)整理才能符合教學(xué)目標(biāo)的要求，教學(xué)過程中突出其主題和關(guān)鍵事件，才能使學(xué)生更好地理解教學(xué)重、難點(diǎn)。
例如，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建史例：
1951年春天，英國(guó)著名生物物理學(xué)家威爾金斯在意大利舉行的生物大分子結(jié)構(gòu)會(huì)議上展示了一張DNA的X射線衍射圖譜。當(dāng)時(shí)，科學(xué)界對(duì)DNA的認(rèn)識(shí)是：DNA分子是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的長(zhǎng)鏈，這4種脫氧核苷酸分別含有A、T、C、G四種堿基。
沃森和克里克以該DNA的X射線衍射圖譜的有關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，推算出DNA分子成螺旋結(jié)構(gòu)，沃森和克里克嘗試了很多種不同的雙螺旋和三螺旋結(jié)構(gòu)，但是由于種種原因都被否定了。在失敗面前，他們并沒有氣餒，又重新構(gòu)建了一個(gè)將磷酸——脫氧核糖骨架安排在螺旋外部，堿基安排在螺旋內(nèi)部的雙螺旋。其中相同的堿基進(jìn)行配對(duì)，即A與A、T與T配對(duì)。但是當(dāng)時(shí)的化學(xué)家提出這種方式違反了化學(xué)規(guī)律。
1952年春天，奧地利的著名生物化學(xué)家查哥夫提供了一個(gè)重要信息：A的量總是等于T的量，G的量總是等于C的量，于是沃森和克里克改變了堿基配對(duì)的方式，A與T配對(duì)，G與C配對(duì)，構(gòu)建出新的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。
1953年，沃森和克里克撰寫的《核酸的分子結(jié)構(gòu)——脫氧核糖核酸的一個(gè)結(jié)構(gòu)模型》論文在英國(guó)《自然》雜志上刊載。
1962年，沃森、克里克和威爾金斯三人為此共同獲得諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)。
在“DNA的分子結(jié)構(gòu)”這一節(jié)的教學(xué)過程中，融入DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建史例。教師可以讓學(xué)生談?wù)勯喿x之后的感想，并從中找出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)，進(jìn)而完成教學(xué)任務(wù)。在教學(xué)中融入該史例，既突出了教學(xué)重點(diǎn)，又突出了教學(xué)難點(diǎn)，同時(shí)也符合教學(xué)目標(biāo)。
2.尊重科學(xué)發(fā)展的事實(shí)
如，達(dá)爾文進(jìn)化論中的自然選擇學(xué)說，對(duì)生物進(jìn)化的原因提出了合理的解釋，但是由于受當(dāng)時(shí)科學(xué)發(fā)展水平的限制，對(duì)于遺傳和變異的本質(zhì)，達(dá)爾文不能做出科學(xué)的解釋。所以凡科學(xué)理論都會(huì)受到當(dāng)時(shí)各種條件的制約，而可能存在一定的局限性。引導(dǎo)學(xué)生客觀地評(píng)價(jià)犯過科學(xué)錯(cuò)誤的學(xué)者和他們的過失曾經(jīng)成為科學(xué)研究阻力的科學(xué)家，從而培養(yǎng)學(xué)生對(duì)相關(guān)史料進(jìn)行科學(xué)而客觀評(píng)價(jià)的能力。
總之，只要科學(xué)史例選擇恰當(dāng)，將生物科學(xué)史適當(dāng)?shù)厝谌肷镎n堂教學(xué)中，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力以及科學(xué)精神，使得生物課堂教學(xué)達(dá)到事半功倍的效果。
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