◎ 李明華

生物科學(xué)史是一部關(guān)于生物科學(xué)的發(fā)生、演變和進(jìn)步的歷史,它里面包含生物科學(xué)家的科學(xué)思想、科學(xué)方法、科學(xué)世界觀(guān)、科學(xué)精神等方面的內(nèi)容。新課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出:“生物學(xué)科教學(xué)目標(biāo)就是要注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思考、科學(xué)方法、科學(xué)精神等為代表的科學(xué)素養(yǎng)”[1]。因此,在日常教學(xué)中就需要我們生物教師進(jìn)一步轉(zhuǎn)變固有的教育理念,充分挖掘有限的生物科學(xué)史料中的教育價(jià)值,不斷拓寬和提升自己對(duì)于生物科學(xué)歷史的知識(shí)理解和駕馭廣度和深度,合理運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)手段和授課技巧,以探索科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程為基礎(chǔ),在教學(xué)中充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主體性作用的同時(shí),提升科學(xué)素養(yǎng)課堂教育水平。

一、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、有效助力學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系

課堂教學(xué)中引入生物科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)發(fā)現(xiàn)探索過(guò)程中所發(fā)生的有趣故事,足以引起廣大學(xué)生深入探究的強(qiáng)烈欲望和學(xué)習(xí)興趣。

比如:講解“光合作用”時(shí),合理引用以下幾個(gè)史例:

史例一:1648 年海爾蒙特柳樹(shù)實(shí)驗(yàn)。

結(jié)論:柳樹(shù)的營(yíng)養(yǎng)和生長(zhǎng)產(chǎn)出的物質(zhì)來(lái)自水,而非來(lái)源于土壤。

史例二:1771 年英國(guó)的普里斯特利巧妙設(shè)計(jì)“綠色植物、燃燒的蠟燭和小鼠”實(shí)驗(yàn)。

結(jié)論:植物光合作用可以更新空氣。

史例三:1779 年荷蘭的英格豪斯認(rèn)真重復(fù)普里斯特利的實(shí)驗(yàn)。

結(jié)論:是植物凈化空氣需要光照。

史例四:1782 年瑞士的謝尼伯“植物、氧氣、二氧化碳”實(shí)驗(yàn)。

結(jié)論:二氧化碳是植物生長(zhǎng)的一種原料。

史例五:梅耶依據(jù)“能量轉(zhuǎn)換和守恒定律”得出關(guān)于光合作用歷史性總結(jié)

結(jié)論:綠色植物在進(jìn)行光合作用時(shí),把光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)性的能量貯藏起來(lái)。

史例六:1864 年德國(guó)的薩克斯設(shè)計(jì)“植物葉片+碘蒸汽”實(shí)驗(yàn)。

結(jié)論:光合作用可能產(chǎn)生淀粉,并需要光。

史例七:1880 年德國(guó)的恩吉爾曼“水綿和好氧性細(xì)菌”實(shí)驗(yàn)。

結(jié)論:葉綠體是綠色植株發(fā)生光合作用的地方。

史例八:20 世紀(jì)30 年代美國(guó)的魯賓和卡門(mén)利用氧18 同位素標(biāo)記法實(shí)驗(yàn)。

結(jié)論:光合作用產(chǎn)生的氧氣全部來(lái)自水。

史例九:20 世紀(jì)40 年代美國(guó)的卡爾文利用碳14 同位素標(biāo)記二氧化碳實(shí)驗(yàn)。

結(jié)論:綠色植物光合作用把吸收的二氧化碳轉(zhuǎn)化在有機(jī)產(chǎn)物中。

以上9 個(gè)典型的有關(guān)光合作用各階段探索實(shí)驗(yàn)案例,是學(xué)習(xí)光合作用系列知識(shí)點(diǎn)的有效載體,教師可以引領(lǐng)學(xué)生親歷這段偉大的科學(xué)探究過(guò)程,讓他們從實(shí)驗(yàn)過(guò)程中總結(jié)出光合作用的反應(yīng)底物、產(chǎn)生物、實(shí)驗(yàn)必須條件和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所等知識(shí)要點(diǎn),再由此引導(dǎo)學(xué)生嘗試完成光合作用反應(yīng)過(guò)程表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)(注:不同學(xué)段表達(dá)式有不同表現(xiàn)形式),幫助學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建綠色植物進(jìn)行光合作用的概念。同時(shí),教師還可以有選擇性地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析:科學(xué)家們?cè)谘芯刻剿鬟^(guò)程中在實(shí)驗(yàn)材料的選取、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析等技術(shù)方面的精妙之處,體會(huì)科學(xué)的思考方式,有利于培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)、產(chǎn)生科學(xué)概念的能力。另一方面,其他學(xué)科的進(jìn)步對(duì)光合作用探究歷程起到了極大的促進(jìn)作用,比如直到1785 年,拉瓦錫發(fā)現(xiàn)了空氣的組成成分,人們才能明確光合作用產(chǎn)生的氣體是氧氣,吸收的是二氧化碳;放射性同位素研究理論的確立,然后才有了魯賓和卡門(mén)利用同位素示蹤法證明光合作用產(chǎn)生的氧氣來(lái)源于水,以及后來(lái)的卡爾文循環(huán)的偉大發(fā)現(xiàn)。如此引導(dǎo)學(xué)生去探究一系列問(wèn)題的解決過(guò)程,有利于助力學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)同一學(xué)科及不同學(xué)科間的知識(shí)體系。

二、激發(fā)學(xué)生的個(gè)人潛能,學(xué)習(xí)科學(xué)方法,養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣[2]

生物科學(xué)史給我們提供了豐富多彩的培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和學(xué)習(xí)科學(xué)方法的好素材。比如在講授“孟德?tīng)栠z傳規(guī)律”時(shí)我們要讓學(xué)生完成四個(gè)層次知識(shí)認(rèn)知和能力訓(xùn)練。其中“基因分離規(guī)律”和“自由組合規(guī)律”概念的認(rèn)知,遺傳規(guī)律的證明和解釋,運(yùn)用遺傳規(guī)律解釋遺傳現(xiàn)象為前三層,還有一層也是難點(diǎn)層,就是在引導(dǎo)學(xué)生完成遺傳規(guī)律學(xué)習(xí)的過(guò)程中,學(xué)習(xí)和掌握一定的科學(xué)探究方法,訓(xùn)練和養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣。這里就需要老師巧妙引導(dǎo)學(xué)生分析研讀孟德?tīng)柊l(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律的史料,親歷孟德?tīng)柕某志玫目茖W(xué)探索過(guò)程,了解“假說(shuō)演繹法”的工作流程:①觀(guān)察現(xiàn)象提出問(wèn)題(解釋現(xiàn)象的新見(jiàn)解),②建立“猜想”或“假說(shuō)”,③設(shè)計(jì)實(shí)施計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)方式,④實(shí)施實(shí)驗(yàn)和檢驗(yàn)過(guò)程和收集現(xiàn)象數(shù)據(jù)(證據(jù)),⑤分析數(shù)據(jù)(證據(jù)) 和演繹推理論證得出結(jié)論。感受正確運(yùn)用“假設(shè)演繹推理”獲得探索成功的樂(lè)趣。其實(shí)在遺傳學(xué)發(fā)現(xiàn)史上諸如:“基因與染色體的關(guān)系”、“DNA 半保留復(fù)制模式”等重要發(fā)現(xiàn)都是依照孟德?tīng)柕目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)法得到檢驗(yàn)論證的。

三、提升學(xué)生的科學(xué)思想水平,養(yǎng)成正確的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀(guān)[3]

科學(xué)探索的過(guò)程中離不開(kāi)高屋建瓴的科學(xué)思想的引領(lǐng),以及正確的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀(guān)的堅(jiān)持。每個(gè)劃時(shí)代的生物學(xué)理論的確立,一般都是某個(gè)突破時(shí)代思想觀(guān)念的科學(xué)觀(guān)點(diǎn),在長(zhǎng)期的爭(zhēng)論中得到可重復(fù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證?？茖W(xué)探索發(fā)現(xiàn)的過(guò)程其實(shí)就是個(gè)科學(xué)觀(guān)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)、繼承、修正、突破和發(fā)展的過(guò)程。這一過(guò)程中展示了同一個(gè)研究領(lǐng)域科學(xué)家之間不同觀(guān)點(diǎn)之間的辯論與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證持續(xù)斗爭(zhēng)的情景。生物科學(xué)史本身其實(shí)就是一部反映生物科學(xué)家們的思想進(jìn)步史。正確引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)生物科學(xué)史可以有效提升學(xué)生科學(xué)思想水平,形成正確的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀(guān)。比如:在“酶”的發(fā)現(xiàn)史上曾經(jīng)發(fā)生過(guò)著名的學(xué)術(shù)爭(zhēng)論:“生命說(shuō)”與“化學(xué)說(shuō)”。其中“生命說(shuō)”領(lǐng)軍人物巴斯德認(rèn)為酒精發(fā)酵主要是由于酵母菌活細(xì)胞的參與,糖類(lèi)才最終被發(fā)酵成酒精,而且提出一個(gè)新的假說(shuō):認(rèn)為發(fā)酵主要可能是由一種“生命酵素”來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)的,是“生命說(shuō)”的一個(gè)重要代表;但“化學(xué)說(shuō)”的一個(gè)重要代表人物——生物化學(xué)家李比希,卻一直非常堅(jiān)持地認(rèn)為糖的酒精發(fā)酵應(yīng)該是由酵母菌細(xì)胞產(chǎn)生的某種化學(xué)物質(zhì)促進(jìn)的化學(xué)反應(yīng)。1897 年,德國(guó)化學(xué)家畢希納在實(shí)驗(yàn)中成功制作了無(wú)活細(xì)胞的酵母菌細(xì)胞提取液,再把提取液加入葡萄糖溶液中,觀(guān)察到酒精發(fā)酵現(xiàn)象,從而得到結(jié)論:“酒精發(fā)酵主要是由酵母細(xì)胞中產(chǎn)生的‘酵素’引起的化學(xué)反應(yīng)”。學(xué)術(shù)在爭(zhēng)論中進(jìn)一步提升,科學(xué)不迷信權(quán)威。

因此,在日常教學(xué)中,我們應(yīng)該多角度分析、研究那些具有代表意義的經(jīng)典的生物科學(xué)史資料,集思廣益,挖掘這些史料中潛在的教育價(jià)值,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮他們?cè)趯W(xué)習(xí)上的主觀(guān)能動(dòng)性,以提升科學(xué)素養(yǎng)教育水平為目的,主動(dòng)構(gòu)建有效的生物課堂教學(xué)。