挖掘生物科学史教育价值浅见

◎ 李明华

生物科学史是一部关于生物科学的发生、演变和进步的历史,它里面包含生物科学家的科学思想、科学方法、科学世界观、科学精神等方面的内容。新课程标准明确指出:“生物学科教学目标就是要注重培养学生的科学思考、科学方法、科学精神等为代表的科学素养”[1]。因此,在日常教学中就需要我们生物教师进一步转变固有的教育理念,充分挖掘有限的生物科学史料中的教育价值,不断拓宽和提升自己对于生物科学历史的知识理解和驾驭广度和深度,合理运用现代教学技术手段和授课技巧,以探索科学发现的过程为基础,在教学中充分发挥学生的学习主体性作用的同时,提升科学素养课堂教育水平。

一、激发学习兴趣、有效助力学生构建知识体系

课堂教学中引入生物科学家进行科学发现探索过程中所发生的有趣故事,足以引起广大学生深入探究的强烈欲望和学习兴趣。

比如:讲解“光合作用”时,合理引用以下几个史例:

史例一:1648 年海尔蒙特柳树实验。

结论:柳树的营养和生长产出的物质来自水,而非来源于土壤。

史例二:1771 年英国的普里斯特利巧妙设计“绿色植物、燃烧的蜡烛和小鼠”实验。

结论:植物光合作用可以更新空气。

史例三:1779 年荷兰的英格豪斯认真重复普里斯特利的实验。

结论:是植物净化空气需要光照。

史例四:1782 年瑞士的谢尼伯“植物、氧气、二氧化碳”实验。

结论:二氧化碳是植物生长的一种原料。

史例五:梅耶依据“能量转换和守恒定律”得出关于光合作用历史性总结

结论:绿色植物在进行光合作用时,把光能转换为化学性的能量贮藏起来。

史例六:1864 年德国的萨克斯设计“植物叶片+碘蒸汽”实验。

结论:光合作用可能产生淀粉,并需要光。

史例七:1880 年德国的恩吉尔曼“水绵和好氧性细菌”实验。

结论:叶绿体是绿色植株发生光合作用的地方。

史例八:20 世纪30 年代美国的鲁宾和卡门利用氧18 同位素标记法实验。

结论:光合作用产生的氧气全部来自水。

史例九:20 世纪40 年代美国的卡尔文利用碳14 同位素标记二氧化碳实验。

结论:绿色植物光合作用把吸收的二氧化碳转化在有机产物中。

以上9 个典型的有关光合作用各阶段探索实验案例,是学习光合作用系列知识点的有效载体,教师可以引领学生亲历这段伟大的科学探究过程,让他们从实验过程中总结出光合作用的反应底物、产生物、实验必须条件和实验场所等知识要点,再由此引导学生尝试完成光合作用反应过程表达式的书写(注:不同学段表达式有不同表现形式),帮助学生主动构建绿色植物进行光合作用的概念。同时,教师还可以有选择性地引导学生进行分析:科学家们在研究探索过程中在实验材料的选取、实验过程的设计、实验结果的分析等技术方面的精妙之处,体会科学的思考方式,有利于培养学生的归纳总结、产生科学概念的能力。另一方面,其他学科的进步对光合作用探究历程起到了极大的促进作用,比如直到1785 年,拉瓦锡发现了空气的组成成分,人们才能明确光合作用产生的气体是氧气,吸收的是二氧化碳;放射性同位素研究理论的确立,然后才有了鲁宾和卡门利用同位素示踪法证明光合作用产生的氧气来源于水,以及后来的卡尔文循环的伟大发现。如此引导学生去探究一系列问题的解决过程,有利于助力学生主动建构同一学科及不同学科间的知识体系。

二、激发学生的个人潜能,学习科学方法,养成科学思维习惯[2]

生物科学史给我们提供了丰富多彩的培养学生科学思维和学习科学方法的好素材。比如在讲授“孟德尔遗传规律”时我们要让学生完成四个层次知识认知和能力训练。其中“基因分离规律”和“自由组合规律”概念的认知,遗传规律的证明和解释,运用遗传规律解释遗传现象为前三层,还有一层也是难点层,就是在引导学生完成遗传规律学习的过程中,学习和掌握一定的科学探究方法,训练和养成科学思维习惯。这里就需要老师巧妙引导学生分析研读孟德尔发现遗传规律的史料,亲历孟德尔的持久的科学探索过程,了解“假说演绎法”的工作流程:①观察现象提出问题(解释现象的新见解),②建立“猜想”或“假说”,③设计实施计划和实验方式,④实施实验和检验过程和收集现象数据(证据),⑤分析数据(证据) 和演绎推理论证得出结论。感受正确运用“假设演绎推理”获得探索成功的乐趣。其实在遗传学发现史上诸如:“基因与染色体的关系”、“DNA 半保留复制模式”等重要发现都是依照孟德尔的科学实验法得到检验论证的。

三、提升学生的科学思想水平,养成正确的科学态度和价值观[3]

科学探索的过程中离不开高屋建瓴的科学思想的引领,以及正确的科学态度和价值观的坚持。每个划时代的生物学理论的确立,一般都是某个突破时代思想观念的科学观点,在长期的争论中得到可重复的实验验证。科学探索发现的过程其实就是个科学观点的发现、继承、修正、突破和发展的过程。这一过程中展示了同一个研究领域科学家之间不同观点之间的辩论与实验验证持续斗争的情景。生物科学史本身其实就是一部反映生物科学家们的思想进步史。正确引领学生学习生物科学史可以有效提升学生科学思想水平,形成正确的科学态度和价值观。比如:在“酶”的发现史上曾经发生过著名的学术争论:“生命说”与“化学说”。其中“生命说”领军人物巴斯德认为酒精发酵主要是由于酵母菌活细胞的参与,糖类才最终被发酵成酒精,而且提出一个新的假说:认为发酵主要可能是由一种“生命酵素”来帮助实现的,是“生命说”的一个重要代表;但“化学说”的一个重要代表人物——生物化学家李比希,却一直非常坚持地认为糖的酒精发酵应该是由酵母菌细胞产生的某种化学物质促进的化学反应。1897 年,德国化学家毕希纳在实验中成功制作了无活细胞的酵母菌细胞提取液,再把提取液加入葡萄糖溶液中,观察到酒精发酵现象,从而得到结论:“酒精发酵主要是由酵母细胞中产生的‘酵素’引起的化学反应”。学术在争论中进一步提升,科学不迷信权威。

因此,在日常教学中,我们应该多角度分析、研究那些具有代表意义的经典的生物科学史资料,集思广益,挖掘这些史料中潜在的教育价值,引导学生发挥他们在学习上的主观能动性,以提升科学素养教育水平为目的,主动构建有效的生物课堂教学。