生物科学史整合探究学习

郑莲英

中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2018）04-0107

一、案例背景

《普通高中生物课程标准》指出：“科学史一个发展的过程。学习生物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，学习科学家献身科学的精神”。学生对生物科学史感兴趣，主要偏向于科学家的故事和科学知识，但对于科学方法的学习及运用还比较薄弱。而科学方法是科学素养的重要组成部分，长此下去，将不利于学生的终身发展。教师在教学中应充分发挥生物科学史的教育价值，使学生通过科学史的学习提高科学精神和探究能力。因此，以“问题探究科学发现的过程来学习科学研究方法”为设计理念，整合科学史的教育方法，切实落实主体性教学，提高学生的探究能力，训练学生科学的思维方法。

教师应充分利用生物科学史组织探究性学习，抓住生物科学史和探究教学的结合点，引导学生沿着科学家探索生物世界的道路，亲历思考和探究的过程，领悟科学方法、获取科学知识、培养科学精神，提高生物学素养。

以下，就是笔者用此教学理念在一节《核酸是遗传物质的证据》中的实践。

二、案例描述

1. 以史导史，认同科学史是一个过程

首先笔者展示自己与儿子的照片，说明遗传的现象。并提出问题：什么物质在遗传中起决定作用？140年前，孟德尔在修道院的菜园里挥洒了8年的汗水，提出了生物每个性状都是通过遗传因子来传递的。1903年，萨顿发现杂交试验中遗传因子的行为与减数分裂受精作用中的行为非常吻合，他们得出了遗传因子位于染色体上的假说。1909年，约翰逊创造“基因”一词来代替孟德尔假定的“遗传因子”，并沿用至今，不过此时的基因仍然是一个未经证实的仅靠逻辑推理得出的概念。1926年，摩尔根用果蝇试验证明了基因在染色体上，染色体的化学组成是蛋白质和核酸，那么究竟是蛋白质还是核酸呢？从那时起，遗传学家踏上了寻找遗传物质本质的艰难历程。

设计意图：把科学史背景介绍作为探究教学的一个环节，可以使学生设身处地感受科学家面临的问题情境，激发学生探究的愿望。历史上科学家们的探索历程和不同观点，也给学生进一步思考提供了有益启示。这样以史导史，使学生认同科学是一个过程。

2. 汲取科学史积淀的前人的智慧，体验探究

在相当长的一段时间里，学术界认为基因是蛋白质，认为只有像蛋白质这样复杂的大分子才能决定生物的遗传。直到1928年，英国科学家格里菲斯发现了一个令人惊异的现象（“死菌复活”之谜）。

案例：1928年肺炎双球菌的转化实验

课件展示实验过程：

（1）四个步骤及现象：

①注射无毒性的R型活细菌→小鼠正常.

②注射有毒性的S型活细菌→小鼠病死.

③注射加热杀死了的S型活细菌→小鼠正常.

④注射“R型活细菌+加热杀死”的S型细菌”→小鼠病死.

结论：被加热杀死的S型细菌中，存在着使R型活细菌转变成S型细菌的“转化因子”。

小组合作设计实验

PPT展示：

设计意图：通过宏观调控和个别指导引领学生“站到巨人的肩膀上”探究，确保学生进行的探究不是漫无目的、毫无章法的，而是充分汲取了科学史积淀的前人的智慧，基本上能够沿着有价值的思路进行的探究。

3. 对比经典实验，反思领悟探究方法

PPT展示经典实验1：1944年艾弗里的实验

结果：只有加入DNA，R型细菌才能转化为S型细菌。

结论：DNA是转化因子，是使R型细菌产生稳定的遗传变化的物质，即DNA是遗传物质。总结该实验过程，并与自己设计的实验相比较，找出设计实验的差距。

设计意图：抓住学生关注科学家的实验方案并急于将自己的实验设计方案同经典实验做一个比较的心理，及时“隆重推出”经典实验介绍。带领学生分析经典实验的思路、原理、步骤和结果，重在领悟其中蕴含的科学精神和方法。引导学生通过对比，反思自己探究的过程，既总结自己设计的严谨巧妙之处也找到疏漏之处并进行改进。

科学史：艾弗里等人的实验和实验结果是对DNA认识上的一次重大突破，彻底改变了DNA再生物体内无足轻重的传统观念。但当时的主流观点不接受艾弗里DNA是遗传物质的观念，尽管艾弗里及同事将DNA中蛋白质的污染降到0.02%，大多数的科学家仍然坚信残留的那一点点蛋白质才是真正的遗传物质。艾弗里虽被提名为诺贝尔奖的候选人，但当时评委委员会认为最好等到DNA的转化机理更多地为人们所了解的时候再说，可是，当争议平息，诺贝尔奖委员会準备接受时，他已经去世了。

当人们为艾弗里的实验而激励争论时，研究噬菌体的美国微生物学家赫尔希等人在考虑能否将蛋白质和DNA完全分开，并单独观察DNA的作用呢？

PPT展示经典实验2：噬菌体侵染细菌的实验（动画演示）

（1）噬菌体的结构；

（2）侵染过程：吸附 注人 合成 组装 释放；

（3）实验结论：DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。

设计意图：科学家巧妙的实验设计和过人的智慧令学生发出由衷赞叹，通过该实验的学习，使学生感受简洁、合理、巧妙的设计思路。指导学生以历史唯物主义的观点客观评述科学家的功绩和历史局限性，帮助他们正确理解科学史、向科学史汲取营养。

4. 回归史实，学以致用

科学史：随着对病毒研究的深入，科学家发现许多病毒中含有RNA，却没有DNA……

设计实验：证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。

设计意图：科学史揭示了科学家思考和解决生物学问题的思想历程，反应了科学家探究活动与探究方法。学生模仿科学家的实验方法来设计自己的实验，回归史实，学以致用。

5. 拓展升华，总结归纳

（1）科学实验设计的基本思路？

（2）科学探究的重要方法？

（3）科学研究的一般步骤？

小结时，可以让学生自己概括以上的几个问题。

设计意图：通过总结科学史中前人设计实验的过程中得到科学的研究方法，知其然，更知其所以然，加深学生对科学方法的领悟。再次激发学习生物的浓厚兴趣和对生命科学的热爱之情，使他们憧憬未来，并立志献身生命科学。

三、案例反思

1. 通过本节课的教学，笔者对生物科学史整合探究教学有了更深刻的认识：

（1）生物科學史整合探究教学增加了生物学的趣味性。生物科学史中一幕幕关系着人类生存和发展的鲜活的材料是学生非常感兴趣的，教师在教学中挖掘生物学的有关史料，将其与传授的内容有机地结合起来，从而达到知识性和趣味性的高度统一。

（2）生物科学史整合探究教学能明显提高学生对相关知识掌握的牢固程度。生物学中引入科学史的优势不仅在于介绍科学知识，而且能提供科学知识的来龙去脉，为学生知识的构建提供了天然的支架，让学生在历史背景或支架中学习生物学知识，可以使学生更准确地理解科学概念和理论的发现、演变过程，能使学生更好地领会和掌握生物学知识，提高分析问题和解决问题的能力。

（3）生物科学史探究教学模式能有效促进学生探究能力的发展，显著提高学生设计实验的能力。科学史揭示了科学家思考和解决生物学问题的思想历程，展示了科学家所处的时代背景，反映了科学家探究活动与探究方法。科学史也是科学方法的历史，科学家的成功往往与他们运用科学的研究方法密不可分。一切的生物学知识都是科学先驱在探索中采用了正确的方法取得的成就。在课堂教学中，以科学史的经典实验作为问题探究情境，有利于激发学生的兴趣，了解科学家是如何发现问题、分析问题和解决问题，既科学探究的过程和方法，也有利于培养学生科学精神和团队合作意识。

（4）科学精神的熏陶。从人文角度分析，科学史中同时蕴涵着丰富的精神养料。埃弗里提纯转化因子花了十年左右的时间，而当他最终将结果发表时，却不被接受。八年之后，其科学价值才被承认。事实上，科学史已不止一次地表明，超越时代的科学发现注定难以为那个时代所接受。而正是在这样的逆境中，科学大师的精神、气质才得以凸现，给人以心灵的震撼与冲击；也正是在这样的曲折中，科学不迷信权威，科学追求真理的特性才得以彻底地体现。

通过生物科学史整合探究教学的实践，不仅能使学生了解探究生物学知识的艰辛历程，掌握科学知识，领略科学家的科学态度、科学精神，更重要的是能培养学生的生物学素养以及科学素养，为学生在探究学习中提供更为开阔的视野和扎实的理论基础。在生物教学中重视生命科学史整合探究教学的教育价值是时代的呼唤。

2. 在进行生物科学史整合探究教学的实践中还存在着一些需要改进的问题：

（1）要提高自身的科学史素养

平时应注意多阅读科学史书籍，准确把握科学史的发展脉络。努力提高哲学素养，形成科学的唯物史观，力求客观地评价科学家的成就和历史局限性，科学地总结科学家成功的原因，深入地领略生物科学史中蕴含的人文精神和科学态度。由此，教师才能自如地对教科书所涉及的科学史内容加以运用和拓展。只有教师心中的科学史变得生动丰满了，才有可能把学生带入神奇的科学史世界，这是教师成功利用科学史开展探究教学的前提。

（2）要去粗取精，尊重历史

对科学史的内容去粗取精，要做到：①符合学生的认识水平和接受能力；②选取的内容应该具有较高的教育价值，能给学生以多方面的启迪，避免为写史而写史；③削枝强干，使教材中的科学史线索单一、脉络清晰。教材就不能满足于仅仅介绍正面的成功事例。在科学的征途上，激动人心的时刻相比漫长的发展史毕竟是短暂的一瞬。失败的研究在科学发展史上自有其意义，这与“成则王、败则寇”的价值观大相径庭。还科学发展以本来面目，克服世风浮躁对教育的负面影响，将有助于学生脚踏实地的学习。

以上主要论述了科学史教育的重大意义以及高中生物学探究教学整合生物科学史的价值。虽然探究教学与科学史的整合不易，但更应看到不易之后所具有的深远意义。“问渠哪得清如许，为有源头活水来。”只有充分挖掘科学史蕴藏的宝藏，才能追寻到科学教育的源头活水。

（作者单位：浙江省苍南县苍南中学 325800）