巧用科学史，创造理性而生动的课堂

　　

　　杨旭

　　无锡市第一中学生物老师，无锡市教学新秀。辅导学生多次获得生物奥赛省级奖项，在学校课题研究中，撰写教科研论文并有多篇在省、市论文评比中获奖。

　　用作导入材料，激发学生学习兴趣

　　教育学家杜威指曾出：“最重要的态度是能养成继续学习的欲望。”

　　“导入”是课堂教学的重要环节，是整个课堂教学的第一步，一个优秀的导入环节，能够激发学生强烈的学习兴趣和求知欲望，充分发挥他们的主观能动性，形成良好的学习氛围。

　　故事型导入

　　“皇室病”的故事

　　教学案例

　　故事介绍

　　19 世纪英国的维多利亚女王和她的丈夫都未患血友病，他们育有2子4女，其中大儿子因血友病夭折，其余正常。女王的一个外孙女与沙皇尼古拉二世婚配生下了一个患血友病的儿子，另一个外孙女嫁到西班牙王室，也生下一个患血友病的儿子。从此俄国的皇室和西班牙的王室都因娶了维多利亚女王的外孙女而造成了血友病的遗传。

　　激发兴趣

　　人们惊奇地发现，患血友病的男性远远多于女性；男性血友病患者的子女一般都是正常的，但其外孙常常有血友病。

　　案例分析

　　在“伴性遗传”一节教学时，如果教师一开始就讲色盲，离学生生活太远，很难引起学生的兴趣。但用了“皇室病”这一个故事，利用对学生对“皇室”这一名词的好奇，提高学生的关注度。

　　通过思考“这种疾病的男性患者多于女性患者”的原因，可以更加激起学生的学习兴趣，比教师直接讲解伴 X 隐性遗传的遗传特点更加有效。

　　这一案例在“基因突变”一节内容时仍然可以使用：“经调查维多利亚女王的家系中并没有这种疾病的致病原因，那么这种基因可能来源于哪里呢？”

　　这样的问题引入在激发学生进一步思考的同时，也使得教学变得更具有整体性，让学生体会到科学研究的连贯性、知识之间的联系性。

　　思辨型导入

　　“缺刻翅”的果蝇

　　教学案例

　　科学研究

　　1917 年，布里奇斯发现了一种翅膀后端边缘缺刻（缺刻翅）的红眼雌果蝇，并完成了图示的杂交实验。

　　思维冲突

　　让学生尝试利用已有的基因突变的原理去分析实验结果：

　　（1）如果是常染色体突变，不管是显性还是隐性突变，则子代的雌雄个数比应该接近 1∶1，而与实验结果不符；

　　（2）如果是 X 染色体上的隐性突变，则后代不会出现正常翅的雄果蝇和缺刻翅的雌果蝇，与实验结果不符；

　　（3）如果是 X 染色体上的显性突变，后代应该会出现缺刻翅的雄果蝇，与实验结果不符。

　　激发兴趣

　　用已有的知识无法解释该实验结果，这大大激发了学生的求知欲，然后给学生介绍布里奇的新的“染色体变异”理论，从而引入新课教学。

　　“染色体变异”理论内容太多，如果学生不感兴趣的话，学习起来将会有一定难度。在教学时，老师引入该案例，在进行可能性分析时，学生积极讨论甚至是争论，课堂气氛活跃，大大激发了学生的兴趣。

　　虽然这一分析过程要花费一点时间，但相对后续教学中学生课堂注意力的提高，这点时间还是值得的。同时也让学生体会到科学的发展并不是一帆风顺的，科学家在一步步揭示科学本质的同时，常常会遇到各种用已有知识无法解决的问题，而这些问题常常促进了新的知识的诞生。

　　作为实验教学素材，培养学生科学思维方法

　　生物学是一门以实验为基础的学科，科学实验在生物学理论的形成和发展中，始终起着主导和决定性的作用。在教学过程中，引入一些实验内容的分析，让学生去感受历史上一些经典问题的实验研究过程。例如科学家是怎样借鉴前人经验教训，发现新规律；他们是怎样设计实验，得到新的科学突破等。

　　课堂上由于时间等因素的限制，教师很难展示完整的研究过程，但教学中可以更多地渗透科学思维方法的介绍。

　　促胰液素的发现

　　教学案例

　　沃泰默的实验

　　问题引导：

　　（1） 该实验的自变量、因变量分别是什么？第 2 组实验的目的是什么？

　　（2） 如果你是沃泰默，第 1 和第 3 组对照，你会如何解释这一现象？而沃泰默是如何解释的？

　　斯他林和贝利斯的实验

　　问题引导

　　（1） 这个实验有没有涉及神经调节？

　　（2） 你能预测一下实验结果吗？

　　（3） 如果胰腺分泌胰液，你觉得促进其分泌的原理可能是什么？

　　在平时教学过程中，这一实验往往被许多教师忽略。但这其实是一个非常好的实验教学素材，体现了高中实验教学中特别强调的自变量、因变量、无关变量的控制等问题，对学生的科学的实验思维能力起到了很好的锻炼作用。同时，斯他林和贝利斯两位科学家敢于挑战权威，勇于创新的精神也值得学生们体会和学习。

　　重视知识溯源，帮助学生理解核心概念

　　科学知识是随着人类认识的深入而不断发展变化的，因此教师也应该让学生对知识的建立过程有一定的了解。

　　在基础知识的内容里，适当穿插一些有教育意义的科学史知识，从发展的观点去追踪一个科学概念或理论的演化过程，便于学生全面领会和掌握科学的基础知识，让学生能够在生物学史的背景下，对科学的知识进行“重演”，完成知识的自主构建。同时也提高了学生的学习兴趣，这样的教学效果要远胜于照本宣科式的直接讲解。

　　生物膜的结构

　　教学案例

　　在设计膜的结构教学时，将科学发现分为四个阶段：膜的化学构成→磷脂分子的排布→蛋白质分子的排布→膜分子的运动。

　　1

　　膜的化学构成

　　膜可能由脂质组成：

　　1859 年 E.Overton 研究植物细胞的物质通透性实验。1897 年 Crijns 等研究动物细胞的物质通透性实验。

　　2

　　磷脂分子的排布

　　磷脂双分子层：

　　1917 年 Irving Langmuir 研究磷脂分子在水面上的展层行为。1925 年 Gorter、Grendel 从红细胞膜中抽提出磷脂，其排列成的单分子层的面积，约为细胞表面积的2 倍。

　　3

　　蛋白质分子的排布

　　蛋白质均匀分布：

　　1959 年 Robertsen 通过电子显微镜观察提出静态统一结构模型。蛋白质不均匀分布→20C.60Y Heuser 等运用冷冻蚀刻技术发现蛋白质分布的不均一性。

　　4

　　膜分子的运动

　　膜具有流动性：

　　1970 年 Frye、Edidin 等运用荧光标记、细胞融合等技术发现膜上蛋白质分子是可以运动的。

　　每一个科学结论的得出都经过实验研究→提出假说→实验研究→结论等步骤，让学生体会科学研究的一般程序，同时让学生重走科学家们的探索之路。

　　另外在教学过程中，还可以充分利用自制的磷脂物理模型，让学生自主构建膜的结构，提高学生的参与度，让教学更加直观化、形象化，这样会使生物教学显得更加生动，更加有效。

　　利用科学故事，加强对学生的人文教育

　　人文教育的核心是人文精神，人文精神主要包括人的信念、理想、人格和道德等，人文教育是人文精神在教育中的渗透和体现。

　　生命科学史揭示了人们思考和解决生物学问题的思想历程，展示了在探究知识的过程中科学家之间的协作配合、不同观点间碰撞融合，体现了科学家的科学态度、科学精神和科学世界观，是对学生进行人文教育的良好素材。

　　协同合作、坚持不懈

　　DNA 分子的结构

　　教学案例

　　生物学家沃森是噬菌体侵染细菌实验小组成员，他坚信 DNA 是遗传物质，并与物理学家克里克完美合作，发现了 DNA 的空间结构，登上了科学的巅峰。

　　在研究过程中，他们从物理学家威尔金斯和富兰克林的 DNA X 射线图像得到启示，学习了化学家鲍林的模型构建的研究方法，从化学家查哥夫那里得到了DNA 碱基中的数量关系，格里菲斯又帮助他们解决了碱基间的作用力问题。

　　在这一些过程中虽然历经多次失败，但他们始终相信彼此，坚持不懈，最终构建出人类历史上第一个 DNA 双螺旋结构模型，标志着分子生物学时代的来临。

　　实事求是、求真务实

　　孟德尔理论的再发现

　　教学案例

　　1865 年孟德尔发表《植物杂交试验》论文，提出了遗传学的两大基石——分离定律和自由组合定律，但是由于其科学研究思想、统计学等研究方法的超前性，这一理论被埋没了 35 年。

　　直至 1900 年，德佛里斯、科伦斯、切尔马克 3 位科学家几乎同时完成相同的实验，得到了相同的结论，这几乎使孟德尔理论又面临被扼杀的危险。

　　在科学界争论不休之际，贝特森成为孟德尔学说的坚定捍卫者，从 1900～1904 年他利用各种机会宣传孟德尔理论，利用一系列试验数据证明孟德尔理论的普遍意义，1909 年贝特森出版《孟德尔遗传原理》一书，完成了他对孟德尔著作的重新诠释，使得孟德尔对遗传学的贡献终被科学界所接受。

　　敢于质疑、开拓创新

　　DNA 是遗传物质的确立

　　教学案例

　　1869 年瑞士化学家米歇尔首次分离出 DNA，美国科学家列文从 1900 年开始研究核酸，并成为这一领域的权威，但他的研究认为 DNA 是简单、单一的，否认了其作为遗传物质的可能性，因而科学界认为蛋白质是遗传物质的理论占据了上风，这使得人们对遗传物质的确定被大大推迟。

　　但是科学的发现往往要打破已有的壁垒，1928 年、1944 年格里菲斯和艾弗里分别完成了肺炎双球菌的体内和体外转化实验，证明了DNA 在遗传中的重要作用。

　　当科学界还在为艾弗里实验中那个 0.1%的蛋白质杂质争论时，1952 年赫尔希和蔡斯完成了噬菌体侵染细菌的实验，使科学界最终摒弃了蛋白质是遗传物质的思想，肯定了 DNA 作为遗传物质的地位。

　　教师在课堂教学过程中不仅仅要关注知识点的传授，还要考虑到学生的情感体验。在上述案例中，每个小故事内容并不很长，但是教师在课堂教学中适时引入，可以让学生体会求实、创新、坚持、合作、质疑等人文精神和科学素养。

　　这些内容也许不会体现在学生的学业成绩上，但这是利用科学家的精神帮助学生完善人格，是对学生心灵的涤荡，这也体现出科学史教学的更高价值。

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　　责任编辑|杨元飞