生物科学史在探究性教学中的应用

郑晓璇

《普通高中生物课程标准（实验）》强调重视科学史的学习。学习科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路，理解科学的本质和科学研究的方法，领会科学家献身科学的精神，对培养学生的生物科学素养、科学态度具有非常重要的意义。苏联教育家苏霍姆林斯基在《给教师的建议》中说：“让学生体验到一种自己在亲身参与掌握知识的情感，乃是唤起学生特有的对知识的兴趣的重要条件。”生物学的学习不是单纯让学生掌握生物概念和知识点，在教学的过程中教师应该引导学生理解科学发现的过程，做到论从史出。实际上，生命科学的每一个知识点的产生过程都是一个探究过程，将生物科学史的学习与探究性学习结合起来，可让学生体会科学家“观察现象→提出问题→作出假设→设计实验→完成实验→分析结果→得出结论”的探究过程，从中学习科学探究的方法。

下面以人教版高中生物教材《必修2·遗传与进化》第二章第一节“减数分裂”为例，通过科学史的探究活动促进学生学习核心概念。

教学过程中以科学史背景为基础，从学生的生活经验开始，可以较好地激发学生的思维，使其顺利进入探究学习状态。

1 探究配子的形成方式

1.1 探究精子和卵细胞是否是通过有丝分裂形成的

教师展示资料1：每个人的发育起点都是受精卵（含46条染色体）。精子和卵细胞融合成受精卵，通过有丝分裂和分化形成新个体（体细胞中含有46条染色体）。

教师设置问题：受精卵通过有丝分裂和分化形成各种体细胞，那么精子和卵细胞也是通过有丝分裂而来的吗？如果是，那么亲子代之间的染色体数目会怎么改变？

学生大胆推测，并出示模式图（图1）。

学生分析：通过有丝分裂，亲代和子代细胞染色体数目相同，如果精子和卵细胞是通过有丝分裂产生，那么通过受精作用亲代和子代的染色体数目不同，一个物种的染色体数目是相对稳定的，因此精子和卵细胞的形成不是通过有丝分裂得到的。

教师根据学生的分析，进一步提出疑问：精子和卵细胞的形成是通过什么方式呢？

学生大胆推测：如果精子和卵细胞各是原来的一半，那么受精作用后染色体数目将保持稳定（图2）。

1.2 探究配子的形成方式为减数分裂

教师展示资料2：魏斯曼从理论上预测：在卵细胞和精子成熟的过程中，必然有一个特殊的过程使染色体数目减少一半；受精时，精子与卵细胞融合，恢复正常的染色体数目。

资料3：1883年，比利时胚胎学家贝内登通过研究马蛔虫卵的成熟分裂，证明配子只含有体细胞的半数染色体，通过受精作用，染色体数目又恢复正常。

资料4：课本问题探讨（图3）。

这三个资料证实了学生的推测，学生的思维和分析能力得到肯定，学习兴趣骤涨。

教师进一步设置问题：科学家证实了精卵细胞的形成染色体数目会减半，观察雌雄果蝇的体细胞和配子图，看看果蝇体细胞和配子的染色体数目各是多少？其形态有何特点？

学生讨论、分析：雌雄果蝇体细胞的染色体数目都是8条，雌雄配子的染色体数目都是4條，配子染色体数目为体细胞的一半。配子中的染色体并不是由体细胞染色体随机分配而形成的，体细胞染色体很明显是成对存在的，配子的染色体是在成对染色体中各取一条组成的。

师生讨论，得出结论：配子的形成是由体细胞中成对的染色体分离，不成对的染色体组合，染色体数目减半。

教师肯定学生的分析和结论，并总结：配子的形成方式称为减数分裂。

2 探究减数分裂的过程

2.1 激发学生自主理解减数分裂的过程

教师展示资料5：1890年，奥斯卡·赫特维奇在马蛔虫的卵细胞和精子发生过程的观察中，发现减数分裂过程的全部细节，并做了精确的描述：染色体与有丝分裂一样需要复制一次，但是细胞分裂了两次。

教师设置问题：减数分裂染色体复制一次，细胞分裂两次，如何将成对的染色体分离？染色体的行为是如何变化的？

学生讨论、分析，出现不同想法：（1） 复制后，着丝点先分裂，第一次分裂的结果和有丝分裂一样，第二次分裂再把成对的染色体进一步分离。（2） 复制后，成对的染色体先分离，第二次分裂再是着丝点的分裂。

教师进一步点拨：现在出现了不同的假设，那么如何来验证我们的假设呢？

学生很快想到了实验验证法，但由于课堂无法马上进行实验，故此教师继续展示资料。

2.2 揭示减数分裂的正确过程

教师展示资料6：1903年，美国遗传学家萨顿通过对蝗虫精子的形成过程中染色体变化的研究，深刻阐述了“遗传的染色体理论”，他得出了“同源染色体在减数分裂时，以配对形式联合，再彼此分离”的结论。

资料7：见图4、图5。

教师设置问题：根据刚才的探究，你们可否总结出减数分裂的概念，并且画出减数分裂过程的染色体变化图。

学生继续讨论、分析，得出了减数分裂的概念。

教师巡视并且观察，指导学生画图。

3 总结归纳，促使概念的形成

教师等待学生画图完毕，先播放精子的形成过程视频，让学生体验减数分裂的过程。最后，教师呈现哺乳动物精子的形成过程图解。

教师总结并进一步点拨分析讲解，促使学生明确减数第一次分裂同源染色体联会配对，形成四分体及出现交叉互换等染色体变化，促进学生理解同源染色体等重要概念的含义，让学生独立分析减数第二次分裂染色体的行为变化，进一步引导学生回顾有丝分裂过程中染色体的行为变化，分析有丝分裂和减数分裂的异同点。

4 教学反思

虽然科学史是前人的总结归纳，但对于学生而言是新的知识，教师需要让学生站在问题的起点，面对问题，追溯起源。当然科学史的使用必须要结合教学目标进行筛选，既要考虑学生已有的知识和能力水平，又要考虑其对学生智力和兴趣发展的促进作用。科学史原材料的转化需要教师深入思考，让其适合于课堂的探究活动，设置的问题必须留有探究余地，为学生思考和讨论分析搭建平台。此外，教师还必须要注意问题的开放性，能够引导学生深入分析探究，提升学生的能力。总之，在生物课堂上恰当利用生物科学史，能够对学生知识、情感、技能的全面培养起到良好的促进作用。

参考文献：

[1] 苏霍姆林斯基.给教师的建议[M].北京：教育科学出版社，1984：64.

[2] 姚秀林.生物科学史的教育教学价值——以人教版高中《分子与细胞》模块为例[J].生物学教学，2014（4）：17-19.

[3] 朱平，陈静，祁国华.指导学生构建“减数分裂染色体数目和行为变化模型”的教学实践[J].生物学通报，2012，47（8）：47-49.

[4] 冯永康.遗传学的早期发展之回顾（二）：从孟德尔实验到孟德尔定律的真正确立[J].中学生物教学，1998（4）：40-41.

[5] 朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书：生物：必修2遗传与进化教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2007：46-56.

[6] 刘木举.“DNA复制”科学史的分析与教学建议[J].生物学通报，2014（3）：30-33.