利用生命科学史，培养学生的科学探索精神

王旭涛

摘要阐述了在高中生物教学中进行生命科学史教育，从中挖掘出科学家敢于质疑探索生命真理的科学精神和解决生物问题的科学思想，让学生体验科学家探索生命的历程，学习善于思考、敢于质疑的科学精神和实事求是的科学态度，进而培养学生团队合作精神和生命科学的探究方法和思维创新的探索精神。

关键词 生物学教学 生命科学史 探索精神

中图分类号G633.91 文献标志码B

生命科学史展示了生命科学产生、形成、发展、演变的历程，包含着生物实验探索、理论形成的科学规律与探究方法，每个科研成果的背后也蕴涵着科学家伟大的科学精神与科学思想。《普通高中生物课程标准（2017年版）》提出：“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，这对提高学生的科学素养是很有意义的。”在高中生物教学过程中，教师应该重视生命科学史的教学，利用科学史来激发学生探索科学的兴趣，进而培养学生敢于质疑和团队合作的科学精神，领悟科学家的探究思维和探索精神。

1利用生命科学史，培养学生探索生命科学的兴趣

“兴趣是最好的老师”。教师在历史背景下展现科学探究活动的产生和发展过程，能使生物学知识更加生动鲜活，富有生命力。将科学史料引入課堂，将科学家们的传奇故事展示给学生，会引发学生强烈的探索欲望和浓厚的学习兴趣，使他们的智力潜能处于最活跃的状态。

例如，在进行“伴性遗传”教学时，教师可引入道尔顿发现色盲症的故事情境：在1792年的圣诞节前夕，英国学者约翰·道尔顿特意买了一双棕灰色袜子作为圣诞礼物送给母亲，谁知母亲接过礼物，打开一看，发现是一双鲜艳的樱桃红色袜子，笑着对道尔顿说：“你怎么买了一双鲜艳的樱桃红色袜子给我，让我怎么穿呢？”道尔顿争辩说：“这袜子明明是棕灰色的呀！怎么说是樱桃红色的袜子呢？”这双袜子让道尔顿疑惑不解。后来，他拿了这双袜子让别人帮忙识别，除了自己和弟弟外，其中绝大多数人都说这袜子是樱桃红色的。道尔顿心想：为什么自己看上去是棕灰色的袜子，而别人看上去是樱桃红色的呢？最后，他认为是自己的眼睛有问题，就开始琢磨这一奇特的现象。通过两年的实例搜集，对许多人的辨色能力进行了细致地鉴别比较，他最终确定自己和弟弟的眼睛患有先天性色觉障碍疾病——色盲症，从而成为第一位发现色盲症的人。之后，他于1794年发表了《论色盲》的论文，为医学诊断作出了突出的贡献。道尔顿是位化学家兼物理学家而不是医学家，但他却能发现千百年来医学家没有发现的疾病，这是为什么呢？因为道尔顿具有善于思考、敢于质疑、探求疑问的科学精神。此外，有著名英国“皇家病”事件的血友病故事，研究血友病家族系谱图，就会惊奇地发现：患血友病的女性远远少于男性;女性血友病患者的父亲和儿子一定患血友病，而男性血友病患者的子女一般都是正常的，但其外孙子常常患血友病。

典型的血友病和红绿色盲症都是引出伴性遗传内容的很好史料，能够激发起学生探索生命现象的兴趣，促使学生积极主动参与到课堂学习中去寻求答案，总结人类遗传病的基本规律，归纳伴x隐性遗传病的遗传特点。这种寓史于教、史教结合的教学方式增加了课堂教学的趣味性，让学生在学习过程中感悟科学，拉近与科学家的距离，激发其学习生命科学的浓厚兴趣。

2利用生命科学史，培养学生敢于质疑的探索精神

任何科学上的重大发现都是科学家在“勇于存疑、敢于探索、实事求是”的科学精神指导下取得的。善于观察，敢于质疑，具有强烈的问题意识，是生物学家进行科学研究，取得创造发明的前提。

例如，善于质疑的摩尔根获得“基因位于染色体上”这一结论的实验证据过程，就是很好的教材史料。教师可先介绍美国遗传学家摩尔根生平事迹，让学生了解摩尔根是一位具有始终坚信依靠事实和利用实验来检验理论是否正确的科学态度、敢于怀疑、勤奋实践的人。他曾经明确表示过不相信孟德尔遗传理论，也怀疑萨顿的假说，认为这是主观的臆测，缺少实验证据。摩尔根在果蝇室研究过程中，偶然在一群红眼果蝇中发现了一只白眼雄果蝇。这一发现为后来实验研究成功拉开成果之门。经过一系列的实验观察、发现问题、大胆猜设假说、演绎推理和验证，他以大量的实验为证据，不仅验证了孟德尔遗传规律的准确性，还揭示出基因与染色体的关系。摩尔根进一步研究，最终发现了遗传学的第三定律——基因的连锁互换定律，成为遗传学史上里程碑式的人物。

教师在课堂适当融入科学家敢于质疑并最终取得科学研究成功的科学史实，以史为鉴，让学生能够从具体的事例中领悟到科学精神的真谛，进而引导学生学会观察，提高其敢于质疑的科学探索精神。

3利用生命科学史，培养学生团队合作的科学精神

新课程的教育理念非常注重学生团队合作意识的培养。教师要充分利用生命科学史进行教学，可以促进学生间的交流和理解，有利于学生建立团结合作的精神，有利于学生全面素养的发展。生命科学史有很多典型的团队合作案例，如DNA双螺旋结构的发现就是克里克和沃森的合作结晶。沃森擅长研究噬菌体遗传学，遗传学基础扎实，训练有素：克里克擅长应用数学和物理研究蛋白质结构，观念新颖独特。他们取长补短，并吸收和借鉴当时也在研究DNA分子结构的富兰克林、威尔金斯和鲍林等人的研究成果，经过不到两年时间的不懈努力，克里克和沃森终于完成了DNA分子双螺旋结构模型。最终，沃森、克里克和威尔金斯三人的共同研究成果荣获1962年诺贝尔生理学或医学奖。这个事实表明，从事不同学科研究的人，虽然他们所掌握的知识和技术不同，但他们的合作却为解决问题提供了不同的思路，在解决问题中互相启发，互相补充，互相促进，才有新的突破、新的发现，最终才有伟大的研究成果问世。

可见，合作是他们取得成功的必要条件，这也让学生更加明白在科学研究过程中团队合作精神的重要性。

4利用生命科学史，培养学生探究实验的科学思维

生命科学史中有许多经典实验史实，蕴含着科学家独特的生物学思维方法和科研成果。通过对科学史中这些经典实验和逻辑分析的再现，学生体验生物学知识的形成过程，从中学习科学家的探究思维方法和理解生物学概念、原理的来龙去脉。这样的教学既传授了知识，又培养了学生的科学思维，变被动的学习科学史知识为主动的探索科学史知识，使学生更好地领悟科学思维研究方法和科学探索历程。

例如，孟德尔的豌豆杂交实验利用“假说一演绎法”，经过严谨的逻辑推理和验证，最终发现豌豆遗传的基因分离定律和自由组合定律。其中“假说一演绎法”就是一种常用的科学研究方法，充分体现了科学思维方法的探究模式。它是按照科学研究的一般过程，即观察现象、提出问题——分析问题、提出假设——演绎推理、验证假设——归纳综合、总结规律。教师先分析孟德尔选择白花传粉的豌豆作为实验材料的原因，再选用豌豆的7对相对性状作为研究对象，从一对相对性状开始到两对相对性状及多对进行逐步科学研究。孟德尔非常聪明地利用数学统计法分析实验现象和统计庞杂实验数据，发现每对相对性状的杂交后的F：代总体现出显性性状与隐性性状的比接近3：1的规律，并大胆猜想、分析性状是如何遗传传递给后代的。天才的孟德尔提出了“遗传因子”假说，通过严密的演绎推理，点明控制相对性状的遗传因子是成对的;成对遗传因子彼此分离进入不同的配子，不同对遗传因子的分离和自由组合是独立进行，且互不干扰形成不同配子，不同雌雄配子随机结合形成后代新的遗传因子组合（即基因型）等解释要点，并巧妙利用隐性遗传因子进行测交实验来验证推论，最终得出遗传规律。从孟德尔的豌豆杂交实验来看，理解孟德尔采用数学统计豌豆杂交实验的思维思想比直接呈现真实史实更为重要。教师要引导学生深入思考科学家的科学探究方法和科学思想，领悟科学家发现问题、寻找证据、合理推理等方法，体验科学家不断深化对问题认知过程和科学探索精神。

另外，还有“DNA是主要的遗传物质”值得学习的经典实验史例，其中蕴涵着独特的生物学思维和实验研究方法。1928年，英国科学家格里菲思用肺炎双球菌进行体内转化实验，具体探究实验步骤见表1。

实验1中，加热杀死的S型细菌与无毒性的R型活细菌混合后，在小鼠體内转化出有毒性的s型活细菌，这就表明了加热杀死的S型细菌存在“转化因子”促使R型细菌转化为有毒性的S型细菌，并能传递给后代，即这种性状的转化是可遗传的。虽没有指出转化因子是什么，却给人们对遗传物质的研究提出了实验的方法和思路。直到1944年，美国科学家艾弗里等人为弄清“转化因子”的化学本质，通过化学分馏法把提取物分离提纯，进行鉴定，证明了DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。具体实验操作如图1所示。

实验2过程中⑤⑥⑦步说明了从s型活细菌提取的DNA与R型活细菌混合培养才能转化出有毒性的s型活细菌。当时艾弗里等人觉得实验①～⑦不够严密，仍不足能完全说明DNA是转化因子。为此巧妙设置必要性实验⑧来验证，用DNA水解物来处理DNA，使其水解，结果在R型活细菌混合培养基中没有发现S型细菌。这验证了是DNA本身，而不是DNA的碎片物或单位化合物促使R型细菌发生转化的。

因此，艾弗里成为世界上第一位用实验方法证明DNA是遗传物质的科学家，但当时更多的人认为蛋白质是遗传物质，艾弗里的发现引起了科学界的强烈争论。虽然转化实验结果发现了只有加入DNA，R型细菌才能转化为S型细菌，并且DNA纯度越高，转化就越有效。如果用DNA酶处理从S型活细菌中提取的DNA，使DNA分解，就不能使R型细菌发生转化。但是，人们仍怀疑DNA和蛋白质是否完全分开。所以艾弗里实验说服力不够强。如何进一步用实验证明在蛋白质和核酸中谁是真正的遗传物质呢？终于有人选用噬菌体和大肠杆菌来研究这个问题。1952年，赫尔希和蔡斯采用同位素标记法追踪噬菌体侵染细菌的实验过程。最终确定了“转化因子”是DNA，具体实验方法见表2。

实验3通过同位素标记法追踪噬菌体侵染细菌的过程，用35S标记一部分噬菌体的蛋白质，用32P标记另一部分噬菌体的DNA，让它们分别去侵染细菌，噬菌体在细菌体内大量繁殖。结果发现，噬菌体的蛋白质并没有进入细菌内部，而是留在细菌外，只有噬菌体的DNA进入细菌体内。结果表明，在噬菌体中，亲代与子代之间具有连续性的物质是DNA。也就是说，子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传给后代的。因此，DNA才是真正的遗传物质。实验材料的选取和同位素示踪法技术的运用，解决了转化实验中的各种疑惑，使实验结果更具有说服力。针对这些层层相扣的难题，科学家巧妙设置实验的思维过程：理论推断一实验验证一转化实验一侵染细菌实验一得出结论。经过从发现“转化因子”到寻觅“转化因子”，再到确定“转化因子”是DNA的精辟实验设计过程，可以顺其自然地得出DNA是遗传物质的结论。这样可以使学生更容易接受，并且能使学生感悟到科学方法。

通过探究DNA是遗传物质的发现历程，学生体验科学家严谨细致的工作作风和科学态度以及对科学真理不懈追求的科学精神，懂得人类对自然事物的认知是不断深化和完善的，领会科学家实验设计的科学思路、遵循的实验设计原则和科学方法，发展科学的思维能力和实验设计能力，理解、掌握科学研究的方法和过程。

总之，生物科学史中蕴涵着科学家对生命世界探索经历。在生物课堂教学中，教师要选择适合的史料，运用恰当的教学手段，让学生感受和领悟科学探索的过程。利用生命科学发展历程的探究史，引导学生沿着科学家探索生物奥秘的道路去发现问题、解决问题，真正理解生命科学的本质，感受生命科学所蕴涵的精神实质，进而培养学生的科学思维方法和科学探究能力，促进学生科学而全面的发展。