高中《生物》教学中的科学史教育

李文波

[摘 要]:科学素质教育是全面发展教育的核心。学生应具有的科学素质,既包括掌握一定的科学基础知识,也包括掌握一定的科学方法、科学态度和科学精神。《生物》教学中可以通过科学史,对学生进行科学方法教育和科学精神教育。

[关键词]:生物教学 科学史 科学方法 科学精神

当前,我国基础教育改革正全面实施。生物学科所特有的学科特点,决定了它在对学生实施全面发展的教育中有着不可替代的作用,而科学素质教育是全面发展教育的核心。学生应具有的科学素质,既包括掌握一定的科学基础知识,也包括掌握一定的科学方法,具有学习科学、研究问题的态度并用科学的观点对待、探索事物以及实事求是的科学态度和精神,具有关心自然、关心社会的情感。生物学史中蕴含着真实生动、丰富多彩的创设问题情境的素材,闪烁着前辈学者智慧的光芒,体现着求索真理的艰辛。如果在教学中细心体会、用心挖掘,对培养学生的科学素质很有帮助。本文将就这一问题谈一谈自己的做法。

一、通过科学史,进行科学方法教育

生物科学是一门以实验为基础的自然科学,其概念、模型、原理、定律、公式,都来自于客观的大量实践,来自于众多学者的科学研究。

1.教育学生重视现代科学技术在生物学上的应用。《细胞》一章的引言中指出,近几十年来,由于电子显微技术以及近代物理学和化学的新技术在细胞研究上的广泛应用,特别是近年来分子生物学概念与方法的引入,促使对细胞的研究进入更加深入的阶段,并且取得了迅速发展。又如讲到细胞分裂间期时,提到近年来利用放射性同位素标记自显影技术,证明了间期细胞的最大特点是完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成。再如讲光合作用过程时,介绍美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法,用氧的同位素18O分别标记H₂O和CO₂进行光合作用实验,科学地证明光合作用释放的氧全部来自水。通过以上诸多事例,教育学生注重自身全面发展,努力学习各学科的知识技能,在以后的学习和工作中重视不同学科知识的融合、渗透。

2.教育学生重视理解科学研究的过程和方法。研究生物学最基本的方法有观察法、实验法和调查法,其中实验法更是基础。教学中有意向学生渗透这种方法的基本环节:观察现象→提出问题→做出假设→设计实验→完成实验→检验假设→得出结论。通过向学生介绍前人的研究、实验过程,启发学生根据实验过程中的现象如何提出问题,得出结论,以训练、培养学生科学的思维方法和研究方法。如讲述“微生物的类群”一节的引言时,介绍17世纪荷兰学者列文虎克用自制的显微镜观察肉眼看不到的微生物,发现刚收集来的雨水里并没有微生物,而收集几天后的雨水里就有很多,因此他得出结论,风能将空气灰尘中的微生物带入水中,微生物和动物一样有完整的繁殖过程。讲“生物的进化”时,介绍微生物学的奠基人——法国巴斯德于1857年所做的著名的曲颈瓶试验。该实验彻底推翻了生命的自然发生说并建立了胚种学说,诱导学生体会前人独具匠心的实验设计和实验过程中体现的那种追求科学的严谨务实的精神。此外还有“酶的发现”、“光合作用的发现”、“生长素的发现”、“肺炎双球菌的转化实验”、“植物的组织培养”,等等。通过这些内容的学习,一方面,使学生掌握一定的科学基础知识,另一方面,也使他们掌握一定层次的科学方法。

二、通过科学史,培养学生的科学精神

科学精神是指在研究和学习中表现出来的那种自觉执著、团结协作、顽强勤奋、实事求是甚至冒险的情感、态度与价值观。让学生重温科学家当年的研究历程,“遭遇”前辈们曾经经历过的困境,体验类似的心理冲突。这样能使学生在主动探究中培养自己科学的思维方法,同时认识到,探究并不神秘,而探究的过程是曲折艰辛的。在未知中求索,不可能一帆风顺,更可能“千呼万唤不出来”,生物学发展史上,许多创新成果是在逆境中诞生的,经受了无数次失败和打击,更有甚者奋斗一生却终不得志。

1.教育学生勤奋顽强、敬业奉献、甘于寂寞、矢志不渝的科学精神。讲杂交育种时,向学生介绍“杂交水稻之父”袁隆平教授在文革期间顶住政治压力,与他的助手常年在野外奔波,水稻扬花的中午,顶着烈日,仔细寻找着几万分之一的雄性不育水稻。为了克服栽培稻种亲缘关系近,杂交优势不显著的缺点,多次南下海南,寻找远缘的野生雄性不育稻。1970年秋,他的助手李必湖终于在一块沼泽地里发现了一株花粉败育的野生稻!为加快研究进程,袁隆平把研究思路和成果无私的公布给了全国的同行,经过103个单位的300多名专家的协同攻关,1975年,世界第一批雄性不育杂交稻种终于在中国诞生!消息传出,全世界的炎黄子孙都感到扬眉吐气。再如,加拿大的年轻医生班廷发现胰岛素的过程中,同样克服了极大困难:实验室潮湿、闷热;多数实验狗由于伤口感染而死亡;经费枯竭,为了继续研究不得不搭上自己的生活费;两位助手之一中途辞别;女友承受不了压力也离他而去。就是在这样的逆境中班廷坚持实验,终于因发现了胰岛素而获得1923年的诺贝尔医学或生理学奖。通过这些事例教育学生成功的取得要靠勤奋顽强的意志和持之以恒的求索。相比之下,学习中的一些困难就显得微不足道,从而增强了学生战胜困难的决心和勇气。也使他们懂得,科学并不神秘,只要善于发现,勇于探索,就能取得成功。

2.教育培养学生科学严谨、善于合作的团队精神。生物学家本身就是善于发现问题、研究问题和解决问题的典范。生物学史中很多学者在科学探索的艰辛过程中表现出来的治学态度、合作精神是留给人们的宝贵财富。例如讲DNA的双螺旋结构时,向学生介绍美国生物学家沃森和英国物理学家克里克的事迹。20世纪50年代初,世界上有三个研究小组围绕DNA结构的研究展开了一场激烈的竞争。他们分别是美国加州理工学院的鲍林小组,英国伦敦皇家学院的维尔金斯小组和英国剑桥大学卡文迪什实验室的沃森、克里克小组。ト个小组中沃森和克里克不仅资金、设备是最差的,而且在DNA方面所具备的知识也是最差的,起步也最晚,却最终获得了成功。在创立模型的过程中,他们博采众长,注意及时吸收和借鉴别人,如鲍林、维尔金斯、富兰克林、查哥夫的最新研究成果,同时也得到了正是同一研究领域的竞争对手的无私帮助,加之逻辑推理与实验的有机结合,自主创新的学术氛围,这一切使得两位年轻的科学家从1951年秋到1953年2月,仅用了18个月就创立了双螺旋结构模型。他们的默契配合,作为跨国界、跨学科的科学家合作的典范,在科学界传为佳话,也为科学无国界的精神做出了最完美的注解。这一伟大发现标志着生物科学从此进入了分子生物学时代,它和量子力学、相对论被视为20世纪最富创新力的三大科学发现。再如单克隆抗体的制备同样体现了团结协作精神的重要。通过这些教育学生加强彼此间的互助合作,取长补短,共同进步。

总之,在实际教学中一定要注意挖掘教材资源,把握教材特点,脚踏实地落实科学素质教育。