趙瑞芬

《高中生物新課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》強調(diào)重視科學(xué)史的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)生物科學(xué)史能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神，對培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)態(tài)度具有非常重要的意義。

“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)”被譽為20世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一，具有劃時代的意義。教師如何利用這一素材，發(fā)揮生命科學(xué)史的教育價值？筆者進(jìn)行了有益的嘗試，采用角色扮演法讓學(xué)生回眸歷史，身臨其境去感悟科學(xué)家的探索過程，受到極好的效果。

1 前期準(zhǔn)備

1.1 故事準(zhǔn)備

搜集沃森撰寫的《雙螺旋——發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的故事》，節(jié)選主要內(nèi)容印發(fā)給學(xué)生閱讀。

1.2 劇本改編

各小組根據(jù)《雙螺旋——發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的故事》改編壓縮劇本約2 500字，選出最佳劇本在班級表演。

1.3 道具準(zhǔn)備

五張圖片（DNA單鏈結(jié)構(gòu)、DNA三鏈結(jié)構(gòu)模型、DNA雙鏈堿基同配模型、DNA雙鏈堿基互補配對模型、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型）、四種堿基模型。

1.4 確定演員

由全班民主推薦五位學(xué)生A、B、C、D、E分別扮演威爾金斯、羅莎琳德·富蘭克林、鮑林、克里克、詹姆斯·沃森、這五位學(xué)生提前熟悉劇本、臺詞，課前進(jìn)行一次配合排練。

2 教學(xué)過程

課上，由五名“演員”帶著道具登臺，按改編的劇本表演DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程，內(nèi)容包括：螺旋結(jié)構(gòu)思想的誕生;如何否定單鏈結(jié)構(gòu)和三鏈結(jié)構(gòu)改為雙鏈結(jié)構(gòu);“磷酸與脫氧核糖”為什么從內(nèi)部移到外側(cè);如何由堿基同配模型改為堿基互補配對模型……該舞臺劇思路清晰，情節(jié)起伏，生動直觀。教師在角色扮演基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納，加深學(xué)生的理解。

3 教后反思

3.1 在身臨其境中感悟歷史

以角色扮演的形式呈現(xiàn)科學(xué)史，形象生動、通俗易懂，有助于學(xué)生對科學(xué)史實的了解與記憶。教師通過情景再現(xiàn)，充分發(fā)揮科學(xué)史的科學(xué)、人文與哲學(xué)價值，使學(xué)生身臨其境去感悟科學(xué)家的思路、方法以及結(jié)論的誕生過程。例如“螺旋結(jié)構(gòu)”思想的由來，如何否定單鏈和三鏈結(jié)構(gòu)？如何將“磷酸與脫氧核糖”從內(nèi)部移到外側(cè)？怎么排除堿基同配模型才得到堿基互補配對模型？其中多位科學(xué)家的參與，從不同角度為雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)做出了貢獻(xiàn)，學(xué)生從中體會到科學(xué)家的合作與獻(xiàn)身精神，對科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)踏實的科學(xué)態(tài)度心生敬佩，同時在此過程中也形成了相應(yīng)的情感、態(tài)度與價值觀。

3.2 在科學(xué)教育中提升素養(yǎng)

平時經(jīng)常聽到教師說：“應(yīng)試的壓力大，沒有時間搞素質(zhì)教育”“我們也知道科學(xué)史有非常重要的教育價值，但沒有那么多課時處理科學(xué)史的教學(xué)”……因此很多教師對于科學(xué)史內(nèi)容往往采用講授知識的方式來進(jìn)行教學(xué)。而科學(xué)素養(yǎng)有三個層次——對科學(xué)知識的理解、科學(xué)探究的理解和情境化的理解，傳統(tǒng)講授法處理科學(xué)史只是關(guān)注了學(xué)生對科學(xué)知識的理解，缺少情境化的理解，更未涉及對科學(xué)探究的理解。

本節(jié)課用角色扮演法來教學(xué)的確比平時簡單地講授科學(xué)史花費時間多，但是這種處理方式比單純講授科學(xué)史對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升有著截然差異。角色扮演法再現(xiàn)了科學(xué)家的真實生活、科學(xué)思維過程和嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度。在此過程中無論作為編劇、扮演者，還是觀眾，都受到科學(xué)思維方式的啟迪和科學(xué)方法的訓(xùn)練，扮演者的語言表達(dá)能力與表現(xiàn)力都得到有效鍛煉，通過角色扮演，DNA發(fā)現(xiàn)史的教育價值得到充分體現(xiàn)。

其實，只要實施真正意義上的科學(xué)教育，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，并不會降低考試成績。例如在2014年江蘇生物高考卷的第四題就考查了“富蘭克林和威爾金斯對DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立也做出了巨大的貢獻(xiàn)”。有些學(xué)校對DNA發(fā)現(xiàn)史教學(xué)未予重視，導(dǎo)致一些學(xué)生對富蘭克林和威爾金斯的貢獻(xiàn)不熟悉，結(jié)果錯答。如果教師對DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)史的教學(xué)采用上述的角色扮演法處理，則學(xué)生的學(xué)習(xí)印象會非常深刻。

3.3 在有效嘗試中收獲模式

長期以來，由于對科學(xué)史的教育價值認(rèn)識不足，對于如何有效地開展科學(xué)史教育，還沒有找到一套行之有效的教學(xué)模式和方法。本次采用角色扮演法教授科學(xué)史是一次有益的嘗試，不僅較為真實地再現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程，同時還受到學(xué)生歡迎。參與角色扮演的學(xué)生興趣盎然地準(zhǔn)備，精心盡力地表演，臺下學(xué)生熱切期盼地觀看，課堂上歡聲笑語，氛圍輕松。這節(jié)課結(jié)束后，不少學(xué)生講“收獲很大！我這輩子都不會忘記DNA了！”可見，本節(jié)課對他們留下多么深刻的印象！在觀完課之后，同行也對這種嘗試表示了贊嘆。而專家的評價是“今后科學(xué)史教育就采用角色扮演法，這可以作為一種模式推廣”。一次有效嘗試卻收獲了一種模式，為今后開展科學(xué)史教育提供了有益的借鑒。

在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中，大多數(shù)生物科學(xué)史可以采用角色扮演法進(jìn)行教學(xué)，模式可概括如圖1所示。

以該模式再現(xiàn)科學(xué)史，形象生動，印象深刻，有助于學(xué)生對科學(xué)史的理解與記憶，同時突出科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程及特點，有利于學(xué)生思維能力的提升和形成正確的情感態(tài)度價值觀。

附：改編劇本《DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)》

沃森：1951年秋，我到劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室參加蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的工作。在那里，我遇到了克里克。那時，克里克35歲，他掌握別人的資料并使之條理化速度之快，非常令人贊嘆。

克里克：我舍棄物理學(xué)而對生物學(xué)發(fā)生興趣的主要原因是，我在1946年讀了著名物理學(xué)家薛定諤寫的《生命是什么？》一書，想要探索什么是生命，就必須知道基因是如何發(fā)揮作用的。

威爾金斯：我來自英國皇家學(xué)院，希望對DNA進(jìn)行研究，但我是一個做X射線衍射工作的新手，很需要富蘭克林一些業(yè)務(wù)上的幫助。

富蘭克林：我是威爾金斯的助手，我作為一個受過訓(xùn)練的結(jié)晶學(xué)家能夠促進(jìn)他的研究工作。

鮑林：我毫無疑問對這些項目很感興趣，我了解DNA是所有分子中最重要的王牌。我曾經(jīng)寫信給威爾金斯索取DNA的X射線照片，結(jié)果他并沒有給我。

沃森：對于我來說，到哪兒可以學(xué)習(xí)分析X射線衍射圖呢？本想去找鮑林，但我缺乏數(shù)學(xué)修養(yǎng)，我覺得鮑林太偉大了，他在加州理工學(xué)院，我不能跑去浪費他的時間。后來我被安排到劍橋?qū)嶒炇遥野l(fā)覺和克里克談得很投機(jī)。居然能找到一位懂得DNA比蛋白質(zhì)更重要的人，真是三生有幸。

克里克：是的，在沃森來這兒的幾天之內(nèi)，我們就知道要干些什么：我們模仿鮑林的研究方法，鮑林在蛋白質(zhì)方面的成就自然而然提醒我們也可以解決DNA的結(jié)構(gòu)問題。

沃森：我和克里克每天交談至少幾個小時，我們曾認(rèn)真討論了鮑林是怎樣發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)α螺旋的。后來有人告訴我，鮑林的成功也很平常，關(guān)鍵在于他運用了結(jié)構(gòu)化學(xué)的簡單定律。

鮑林：我發(fā)現(xiàn)α螺旋并不是僅僅靠研究X射線衍射圖譜，也不用紙和筆，我的主要工具是一組分子模型，其實就與學(xué)齡前兒童的“積木”玩具非常相似。（說完退下）

克里克：我們?yōu)槭裁床荒苡猛瑯拥姆椒ń鉀QDNA的問題！我們只要制作一組分子模型擺弄擺弄。我們幸運的話，DNA結(jié)構(gòu)也許跟蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)一樣，也是一種螺旋型的，因為任何別的構(gòu)型都太復(fù)雜了。

沃森：我們先假定DNA分子含有許多有規(guī)律地直線排列的核苷酸，會不會是由一條鏈構(gòu)成的呢（出示“一條鏈”道具），好像與自我的數(shù)據(jù)不符耶。

威爾金斯：我曾對克里克說過，DNA分子的直徑比單獨一條多核苷鏈的直徑大一些。因此，我認(rèn)為DNA是一個復(fù)雜的螺旋，可能包含有幾條鏈。

沃森：如果真是如此，由于DNA有四種不同的脫氧核苷酸，使問題更加復(fù)雜化了。每種核苷酸的含氮堿基要么是嘌呤，要么是嘧啶。

克里克：我們假定糖和磷酸骨架是很有規(guī)律的，要是能得到威爾金斯漂亮圖片的話，我們可能會節(jié)省一年的時間。但圖片是威爾金斯的，這實在使人傷透了腦筋。我要讓威爾金斯來劍橋，讓他接受DNA結(jié)構(gòu)是螺旋型的觀點。

威爾金斯：事實上，我在劍橋一次夏季討論會上已經(jīng)使用了“螺旋”這個名詞，DNA的X光衍射圖譜與螺旋結(jié)構(gòu)相符合的。

沃森：我們只要保證搭出來的模型呈螺旋狀就可以了，現(xiàn)在的問題在于富蘭克林的新X光圖片能否支持我們的模型。

克里克：多核苷酸鏈究竟應(yīng)該是一條呢，還是兩條，三條甚至是四條？不會是只有一條螺旋（拿出一條鏈道具），因為這與我們手頭的資料不相符合。

沃森：我們把三條多核苷酸鏈以一定方式彼此纏繞在一起，做出了一個螺旋模型（出示“三條鏈模型”道具），這似乎與威爾金斯和富蘭克林的X光衍射圖譜相符合。

克里克（欣喜、細(xì)心地看著模型，）：有那么幾個原子似乎擺得擠了點，看上去不太舒服，當(dāng)然才剛剛開始嘛！再花幾個小時，一個像樣的模型就可以拿出來了?。ù螂娫挘巴柦鹚梗覀儎倓偒@得一項成果，這很可能就是我們所期待的答案，希望您最好能親自來看看”。

威爾金斯（接電話，沉思）：好的，我明天上午過來，富蘭克林和她的學(xué)生也一同前來。

富蘭克林（咄咄逼人）：（看到模型）我對糖和磷酸基團(tuán)放在中間有質(zhì)疑，它不可能是一個緊湊結(jié)構(gòu)的主要成分。有證據(jù)說明糖和磷酸骨架是在分子的外部。

克里克：把糖和磷酸骨架放在模型中央未免使原子堆集得太擠了，確實不符合化學(xué)規(guī)律！

沃森：現(xiàn)在要在雙鏈和三鏈模型之間做出選擇。還是應(yīng)該認(rèn)真考慮一下DNA的奇妙的化學(xué)特征。這是生物化學(xué)家查戈夫在哥倫比亞大學(xué)首次發(fā)現(xiàn)的：在測定的所有DNA樣品中，（拿出A=T，G=C道具）腺嘌呤（A）分子的數(shù)目和胸腺嘧啶（T）分子的數(shù)目非常相似，而鳥嘌呤（G）分子數(shù)和胞嘧啶（C）分子數(shù)又極其接近，查戈夫的發(fā)現(xiàn)具有重大意義的。

克里克：一些粗略的計算結(jié)果顯示，腺嘌呤和胸腺嘧啶的平面應(yīng)該是粘在一起的。同樣的說法也適用于解釋鳥嘌呤和胞嘧啶之間的吸引力。（恍然大悟地）如果我沒有記錯的話，這也就是查戈夫以前指出過的堿基對規(guī)律。

沃森：那我們要搞雙鏈模型。（擺弄模型，）一個腺嘌呤和另一個嘌呤之間這么遠(yuǎn)怎么形成氫鍵呢？（突然茅塞頓開），啊，有啦！一個腺嘌呤轉(zhuǎn)一百八十度就能與腺嘌呤之間形成氫鍵。而這兩條鏈的方向反過來就可以通過相同堿基對之間的氫鍵聯(lián)在一起了（示意“同配模型”道具）。麻煩的是，這樣的結(jié)構(gòu)不可能有一個規(guī)則的骨架，因為嘌呤和嘧啶形狀不同，這個結(jié)構(gòu)顯示有凸有凹的形狀。

克里克：有長進(jìn)，再試試。

沃森（急急忙忙地擺弄堿基模型）：跟我配合一下，我發(fā)現(xiàn)腺嘌呤-胸腺嘧啶對竟然和鳥嘌呤-胞嘧啶對有著相同的形狀。（興奮不已）如果一個嘌呤總是通過氫鍵同一個嘧啶相聯(lián)，那么堿基順序就可能被規(guī)則地安置在螺旋的中心。而且，要形成氫鍵，這就意味著腺嘌呤總是和胸腺嘧啶配對，而鳥嘌呤只能和胞嘧啶配對（拿出“互補配對模型”道具）。這樣一來，查戈夫規(guī)律也就一下子成了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的必然結(jié)果。更令人興奮的是，這種雙螺旋結(jié)構(gòu)還提出了DNA復(fù)制機(jī)制，腺嘌呤總是與胸腺嘧啶配對，鳥嘌呤總是與胞嘧啶配對，這說明兩條鏈上堿基順序是彼此互補的。只要確定其中一條鏈的堿基順序，另一條鏈的堿基順序也就自然確定了。因此，一條鏈怎樣作為模板合成另一條具有互補堿基序列的鏈，也就不難設(shè)想了。

克里克（看著互補配對模型）：如果將這些堿基按其他方式配對，沒有一種方法能夠符合查戈夫規(guī)律，有力地說明兩條鏈的骨架一定是方向相反的。啊，我們已經(jīng)掌握了全部答案！

威爾金斯：我一看到他們的模型就非常高興。富蘭克林和我兩人發(fā)現(xiàn)的X射線數(shù)據(jù)為雙螺旋結(jié)構(gòu)提供了強有力的佐證。

旁白：克里克幾乎每天都要向別人把這一結(jié)構(gòu)模型及其意義詳詳細(xì)細(xì)說上幾次。這些天來，他的熱情依然有增無減。沃森給實驗室主任布喇格爵土看了論文的最后定稿，布喇格爵土很熱情地表示要寫一封推薦信，連同這篇文章一起寄給《自然》雜志，后來，這篇文章順利在《自然》雜志發(fā)表。1962年沃森、克里克、威爾金斯共同獲得諾貝爾獎！非常遺憾的是富蘭克林英年早逝，但她為科學(xué)獻(xiàn)身的精神值得我們學(xué)習(xí)。