[摘 要] 生物科學(xué)史對(duì)學(xué)生的教育功能早就被人們所認(rèn)知，在課堂教學(xué)中進(jìn)行生物科學(xué)史教育，是提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的有效途徑。而傳統(tǒng)的科學(xué)史課堂教學(xué)達(dá)不到預(yù)設(shè)的理想效果。本文結(jié)合自己多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以人類對(duì)遺傳物質(zhì)的探索過程中的“DNA是主要的遺傳物質(zhì)和DNA分子的結(jié)構(gòu)”科學(xué)史為例，剖析課堂教學(xué)中如何有效實(shí)施科學(xué)史教學(xué)。

[關(guān)鍵詞] 科學(xué)史 教育 優(yōu)化 課堂教學(xué)

生物科學(xué)史教育對(duì)于實(shí)現(xiàn)《課標(biāo)》理念具有重要意義，這是由生物科學(xué)史的內(nèi)涵所決定的。生物科學(xué)史既包括科學(xué)家對(duì)生命現(xiàn)象的研究過程，又包括科學(xué)家研究生命現(xiàn)象時(shí)所持有的不同觀點(diǎn)和態(tài)度；既包括生物學(xué)理論和方法的形成演變，又包括不同學(xué)科之間的聯(lián)系、科學(xué)與社會(huì)的相互影響。新課標(biāo)理念之一就是提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，在教學(xué)建議中明確指出注重生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)，因此通過充分發(fā)揮科學(xué)史的教學(xué)價(jià)值也是行之有效的途徑之一。

1、科學(xué)史在新課標(biāo)中的重要性

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出“要注重生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)”。 包含生物科學(xué)史的內(nèi)容反復(fù)出現(xiàn)在課標(biāo)的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中，例如，生物必修1：分子與細(xì)胞模塊中的 “分析細(xì)胞學(xué)說建立的過程”、“細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型的建構(gòu)”、“說明光合作用以及對(duì)它的認(rèn)識(shí)過程”；生物必修2：遺傳與進(jìn)化模塊中的“總結(jié)人類對(duì)遺傳物質(zhì)的探索過程”、“分析孟德爾遺傳實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法”；生物必修3：穩(wěn)態(tài)與環(huán)境模塊中“概述植物生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)和作用”等內(nèi)容。高中生物新課程教科書編寫亮點(diǎn)之一就是增加了許多有關(guān)生物科學(xué)史的史例，甚至有些章節(jié)如必修2中遺傳章節(jié)完全按科學(xué)史上對(duì)人類對(duì)遺傳物質(zhì)的探索過為主線來組織編寫教材的各節(jié)內(nèi)容，這樣編寫的目的是想再現(xiàn)知識(shí)的發(fā)生過程，力圖使生物學(xué)傳統(tǒng)結(jié)論式教學(xué)轉(zhuǎn)向過程式教學(xué)，以達(dá)到既傳授知識(shí)又能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的目標(biāo)。

2、科學(xué)史教學(xué)中常遇到的問題

傳統(tǒng)的科學(xué)史教育，往往是把科學(xué)史作為一種知識(shí)卡片附加在教學(xué)內(nèi)容上，教師往往以故事敘事的方式進(jìn)行教學(xué)，對(duì)通過科學(xué)過程發(fā)展學(xué)生的認(rèn)識(shí)能力重視不夠，沒有真正深入挖掘科學(xué)史的特殊教育價(jià)值來實(shí)現(xiàn)教學(xué)三維目標(biāo)，反而讓學(xué)生對(duì)科學(xué)史教學(xué)產(chǎn)生泛味枯燥感。如在講授光合作用發(fā)現(xiàn)過程史時(shí)，如果沒有從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的變量，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則，實(shí)驗(yàn)方法等方面挖掘組織探究式教學(xué)，只是按照科學(xué)上發(fā)現(xiàn)光合作用的時(shí)間順序來介紹發(fā)現(xiàn)光合作用的幾個(gè)簡(jiǎn)單的科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生就會(huì)覺得無趣，因?yàn)橛行┙Y(jié)論在初中已經(jīng)知道。

3、科學(xué)史教學(xué)方法的構(gòu)建

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，知識(shí)不是被動(dòng)地接受而是由認(rèn)識(shí)主體積極地構(gòu)建；強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和自主性，重視學(xué)生的已有知識(shí)對(duì)學(xué)習(xí)的影響，提倡學(xué)生之間、師生之間的交流與對(duì)話，通過討論、爭(zhēng)辯形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。要求課堂盡量讓學(xué)生有時(shí)間和機(jī)會(huì)表達(dá)自己的見解，提出自己的觀點(diǎn)。科學(xué)史教學(xué)自然會(huì)涉及到這方面的問題，例如，問題是怎樣產(chǎn)生的？如何提出問題的解決方法？結(jié)論是在什么基礎(chǔ)上形成的？當(dāng)時(shí)及以后有沒有人對(duì)這一結(jié)論提出異議等等?？茖W(xué)教育的本質(zhì)就在于培養(yǎng)學(xué)生的理性懷疑精神和科學(xué)創(chuàng)新能力，只有將學(xué)生的觀念與科學(xué)史中科學(xué)家的觀念相互交融，進(jìn)行跨越時(shí)空的對(duì)話，理解科學(xué)的本質(zhì)，才可能建構(gòu)科學(xué)觀念。

以DNA是主要的遺傳物質(zhì)例析實(shí)施科學(xué)史教學(xué)過程設(shè)計(jì)

結(jié)合建構(gòu)主義和新課標(biāo)探究式教學(xué)理念，經(jīng)過教學(xué)反復(fù)實(shí)踐總結(jié)，進(jìn)行有效科學(xué)史教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下6個(gè)環(huán)節(jié)：

(1) 提供科學(xué)爭(zhēng)論主題（或演示某一自然現(xiàn)象） 教師上課一開始，就給學(xué)生提供歷史上科學(xué)爭(zhēng)論主題（或就給學(xué)生演示某一自然現(xiàn)象）。20世紀(jì)中葉，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)染色體和遺傳有關(guān)，而組成染色體的由蛋白質(zhì)和DNA，究竟哪一種是遺傳物質(zhì)呢？這個(gè)問題曾引起生物學(xué)界激烈的爭(zhēng)論。如果你是科學(xué)家，選什么實(shí)驗(yàn)材料研究好？必須指出的是，向?qū)W生揭示的某一自然現(xiàn)象必須是以往科學(xué)家在歷史上進(jìn)行理論研究的問題。學(xué)生通過觀察思考，由此產(chǎn)生一個(gè)需要解決的問題，既能引起學(xué)生的好奇心，又能促使學(xué)生利用科學(xué)史資源進(jìn)行進(jìn)一步的探究。

(2)頭腦風(fēng)暴發(fā)散思考 教師啟發(fā)學(xué)生就這一自然現(xiàn)象提出自己的觀點(diǎn)(解釋)。為了促使學(xué)生提出各種不同的觀點(diǎn)，可采用“頭腦風(fēng)暴法”(即由發(fā)散性思維產(chǎn)生的各種方法)，激發(fā)學(xué)生的想像力，促使學(xué)生各抒己見，如果你是科學(xué)家你會(huì)選擇什么樣的實(shí)驗(yàn)材料來研究？真核細(xì)胞、原核細(xì)胞還是病毒？能否找到只有蛋白質(zhì)和DNA的生物？你會(huì)怎樣開展實(shí)驗(yàn)研究？使學(xué)生以一種移情的方式，設(shè)身處地地體驗(yàn)歷史上科學(xué)家的探究與思考。

(3)學(xué)習(xí)史料自我對(duì)比 介紹早期科學(xué)家關(guān)于這一現(xiàn)象的思考與實(shí)例，作為學(xué)生研究的參照系；舉例說明當(dāng)時(shí)其他科學(xué)家的不同觀念；引導(dǎo)學(xué)生討論或探索這些觀念產(chǎn)生的背景、條件，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)認(rèn)識(shí)的歷史局限性。艾弗里是以肺球鏈球菌作為研究人類傳染病的模型來研究致病現(xiàn)象；如果你是當(dāng)時(shí)的艾費(fèi)里，為何會(huì)想到證明轉(zhuǎn)化因子是什么物質(zhì)的問題？赫爾希和蔡斯則是利用噬菌體作為研究生命遺傳現(xiàn)象的模型。以噬菌體這一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作的生物體為模型，充分體現(xiàn)了生物學(xué)研究中簡(jiǎn)化還原的思想。如果你是當(dāng)時(shí)的赫爾希和蔡斯，你接下來會(huì)怎么做？

(4)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究體驗(yàn) 教師將學(xué)生分組，要求學(xué)生從多種觀點(diǎn)(或觀念)中選擇某種觀點(diǎn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到，對(duì)同一自然現(xiàn)象可能有不同的解釋，可以用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)這些觀點(diǎn)(假設(shè))，激發(fā)學(xué)生的想像力和創(chuàng)造力。1928年格里菲思通過肺炎雙球菌在小白鼠身上實(shí)驗(yàn)得知S型菌中存在轉(zhuǎn)化因子，但這種轉(zhuǎn)化因子究竟是什么物質(zhì)呢？如果你是艾費(fèi)里，接下來你會(huì)怎么想？讓學(xué)生發(fā)散思考，怎樣探明轉(zhuǎn)化因子是什么物質(zhì)的疑問。引導(dǎo)學(xué)生明確思路：“想辦法將蛋白質(zhì)和DNA真正區(qū)分開，分別觀察蛋白質(zhì)和DNA的作用”。由于肺炎雙球菌的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)DNA提取不純，影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度。對(duì)于蛋白質(zhì)和DNA誰是遺傳物質(zhì)的問題，如何進(jìn)一步進(jìn)行探究？ 學(xué)生分組以噬菌體為材料分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，教師巡回指導(dǎo)。選擇有代表性的兩個(gè)小組進(jìn)行成果發(fā)布，征求全班意見以進(jìn)一步改進(jìn)。教師提問：如何實(shí)現(xiàn)對(duì)DNA和蛋白質(zhì)分別跟蹤？學(xué)生通過討論，決定將同位素標(biāo)記法引入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提高了實(shí)驗(yàn)方案的可行性。教師提問：如何實(shí)現(xiàn)同位素標(biāo)記？各小組討論，提出對(duì)噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)分別進(jìn)行同位素標(biāo)記的可行辦法。教師繼續(xù)組織討論，兩種同位素是否都標(biāo)記在一個(gè)噬菌體上還是要分組實(shí)驗(yàn)？要求學(xué)生對(duì)兩種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，找出它們的區(qū)別和聯(lián)系。

(5)體會(huì)科學(xué)方法和科學(xué)精神。通過這兩個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，你有什么啟發(fā)和心得？讓學(xué)生各抒己見，暢談自己的感想和體會(huì)。通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)比較，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)密性與邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)研究的多維性。圍繞某個(gè)問題的科學(xué)研究往往不只是從一個(gè)角度展開的，一個(gè)觀點(diǎn)的證實(shí)往往需要多方面證據(jù)的共同支持。艾弗里改進(jìn)提純轉(zhuǎn)化因子的實(shí)驗(yàn)，將雜質(zhì)氨基酸的含量減少到萬分之二，赫爾希和蔡斯的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)入細(xì)菌的蛋白質(zhì)的含量約百分之一，都是試圖排除蛋白質(zhì)在實(shí)驗(yàn)過程中起到遺傳作用的可能性。事實(shí)上，無論是埃弗里還是赫爾希和蔡斯的實(shí)驗(yàn)，都沒能完全排除蛋白質(zhì)對(duì)結(jié)果的影響。但是，其他相關(guān)實(shí)驗(yàn)證據(jù)的支持使這一疑點(diǎn)得以消除。引導(dǎo)學(xué)生從人文角度分析，領(lǐng)略科學(xué)史中蘊(yùn)涵著豐富的精神養(yǎng)料。埃弗里提純轉(zhuǎn)化因子花了十年左右的時(shí)間，而當(dāng)他最終將結(jié)果發(fā)表時(shí)，卻不被接受。八年之后，其科學(xué)價(jià)值才被承認(rèn)。事實(shí)上，科學(xué)史已不止一次地表明，超越時(shí)代的科學(xué)發(fā)現(xiàn)注定難以為那個(gè)時(shí)代所接受。而正是在這樣的逆境中，科學(xué)大師的精神、氣質(zhì)才得以凸現(xiàn)，給人以心靈的震撼與沖擊；也正是在這樣的曲折中，科學(xué)不迷信權(quán)威，科學(xué)追求真理的特性才得以徹底地體現(xiàn)。這些鮮活的事例，或許能使學(xué)生終生難忘，給學(xué)生以人生境界的潤(rùn)澤與點(diǎn)化。

4、實(shí)施科學(xué)史課堂教學(xué)反思

4.1根據(jù)教學(xué)目標(biāo)需求，選擇編輯科學(xué)史素材

雖然新課標(biāo)明確提出要注重科學(xué)史的教學(xué)和學(xué)習(xí)，但在新教材編寫中由于篇幅、容量等方面的原因，并沒有完全把相關(guān)的科學(xué)史都寫入教材，但對(duì)課堂教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成卻相當(dāng)重要的史料事件，教師就有必要在課前，根據(jù)符合本節(jié)課堂教學(xué)目標(biāo)的要求，通過多種途徑搜集相關(guān)的科學(xué)史的文本素材和圖像素材，對(duì)搜集到的相關(guān)科學(xué)史素材內(nèi)容進(jìn)行精心選擇和適當(dāng)整理編輯，突出其主題和關(guān)鍵事件，展示給學(xué)生，以作教材的補(bǔ)充，為教學(xué)服務(wù)。

4.2根據(jù)教學(xué)目標(biāo)需求，側(cè)重不同的教學(xué)價(jià)值

科學(xué)史的教育教學(xué)功能是多方面，其中蘊(yùn)含著科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法和科學(xué)精神，在課堂教學(xué)中必須要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)需求，側(cè)重發(fā)揮符合本節(jié)教學(xué)目標(biāo)的某方面教育教學(xué)價(jià)值功能，以有利于達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，切不可為講科學(xué)史而講科學(xué)史，或喧賓奪主、木末倒置。如在介紹艾弗里的肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)、赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)時(shí)，要重點(diǎn)突出科學(xué)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)密性與邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性等科學(xué)方法的教育功能的一面。如在介紹DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建科學(xué)史時(shí)，要重點(diǎn)突出發(fā)揮科學(xué)精神的德育教育功能，重點(diǎn)介紹沃森、克里克不畏艱苦失敗克服了一個(gè)又一個(gè)困難勇于探究的科學(xué)精神和相互鼓勵(lì)、精誠合作的精神，同時(shí)介紹威爾金斯和富蘭克林等科學(xué)家對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立所提供的幫助，使學(xué)生懂得合作的重要，形成在合作中學(xué)習(xí)、在合作中提高的意識(shí)。

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