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生物教学中科学史运用方法的研究
                                              生物教学中科学史运用方法的研究
                                                                    陈霞叶  山东
生命科学史是研究生命科学发生和发展的历史,不仅记载生命科学知识的形成过程,而且蕴含着科学家尊重事实、服从真理和实事求是的科学态度,以及勇于创新、善于合作和无私奉献的精神,它以其独特的视角成为科学教育的一种非常宝贵的教育资源。同时,新课标也明确提出,在生命科学的教学中应注重科学史的教育,能让学生从科学方法、科学精神以及科学态度等方面获得启迪,潜移默化地提升生命科学素养。
因此,重视生命科学史的教学,宣传生物学家生平事迹,利用科学史材料引导学生进行探究是生命科学教学中的一种常用方法。
一:情景创设,引入课题
许多科学史生动有趣,引人入胜,如果用它们来创设情境,引入课题是非常恰当的。如道尔顿发现色盲的故事。在利用红绿色盲讲解伴性遗传之前,可以先介绍英国化学家、物理学家道尔顿的生平,并谈及其作为原子理论的创建人,科学界至今仍然把他的名字作为原子量的单位。而后可以说明在医学上却有一个非常奇怪的病症——道尔顿症,其中的道尔顿不是别人,正是这位化学家和物理学家。学生由此一定会非常好奇:“道尔顿病”究竟是一种什么病?为什么会用他的名字来命名呢?教师这时可以适时引入一段道儿顿小时后给妈妈买礼物的故事(道儿顿和弟弟为了给母亲庆祝生日而挑选了自认为蓝色的长筒袜作为礼物,而母亲则发现这双袜子实际上为鲜艳的红色),谈到其发现自身色觉异常后不仅仔细分析了自己的体验,而且还对周围人进行各种调查研究,又经过多方考察验证,写出了一本科学著作---《论色觉》,来告诉同学们这是人类第一次发现色盲病,而道尔顿正是被发现的第一个患者,因此色盲直到今天仍然被称为“道尔顿”症这一故事,引出伴性遗传的内容,总结出红绿色盲遗传的基本规律,归纳出伴X隐性遗传病的遗传特点,一定能够激发起学生学习兴趣。
此外,类似的还有用巴莆洛夫用狗做出的实验,引出条件反射;班廷发现胰岛素的故事,引出激素调节等。
在科学史的教学中也可以创设一种“矛盾情境”,吸引学生注意。例如在学习遗传的基本规律之前,可以提出遗传学的奠基人——孟德尔发现原有的融合遗传理论(即不同的性状在杂交后被融合在一起,不再分开)和植物杂交实验中植物性状有显隐性之分的结果相对立后,从而提出了性状到底是如何传递的问题。这样引入课题,就使学生处于一种思维的矛盾情境,从而激发了学生的求知欲望,为教学铺垫了良好的心理基础。
二:实验模拟,启迪思维
生物学史经典实验的再模拟不仅可以成为精心设计的探究实验,也是学习历史的好方法。
例如,噬菌体侵染细菌实验是证明DNA是遗传物质的经典实验,对这个实验的过程分析,在很大程度上有助于培养学生分析问题的能力,从而培养思维的严密性。如何用实验证明在蛋白质和核酸中谁是真正的遗传物质呢?教师可以介绍来自四个国家的科学家在美国建立了研究小组,然后利用噬菌体和大肠杆菌来研究这个问题。首先应介绍该实验最关键的设计思路是:设法将DNA和蛋白质分开,然后单独地、直接地观察他们的作用。因为噬菌体的构成成分比较简单,所以选择其作为实验材料进行分析研究就非常方便。科学家们分别用两种放射性同位素32P和35S对两组噬菌体进行了巧妙的标记:一组用放射性同位素32P 标记噬菌体内部的DNA,另一组用放射性同位素35S 标记噬菌体的蛋白质外壳。由于放射性物质会不断放出射线,可以检测出来,这样通过观察放射性物质的行踪,就可以判断放射性物质的噬菌体侵染细菌过程中的行踪,从而判断DNA和蛋白质在生物遗传过程中的作用。然后教师可以通过PPT展示实验结果。结果是噬菌体的DNA进入了细菌细胞内部,蛋白质并没有进入其中。但是在细菌细胞内部却产生出了新的既有DNA,又有蛋白质的噬菌体。随后可以提问学生:这种现象告诉我们什么呢?显然,新噬菌体的DNA进入了细菌细胞内复制的,噬菌体的蛋白质是在细菌细胞内合成的。学生由此也会产生新的问题:只有噬菌体的DNA进入了细菌内部,而噬菌体的蛋白质并没有进入细菌细胞内部,这个现象又如何来解释呢?此时,教师可以启发,引导这一事实说明:进入细菌细胞内的噬菌体DNA,不仅携带了DNA自我复制的遗传信息,而且也携带了指导蛋白质合成的遗传信息,具有能够自我复制和能够控制蛋白质合成的特点。由此可见,DNA是遗传物质。
又如,在“植物的激素调节”一节的教学中,教师并不直接告诉学生应该得到什么结论,而是先展示自然界中植物的向光性现象,再以生长素研究历程为主线,用FLASH重现三位科学家的经典实验:第一个是达尔文的胚芽鞘向光弯曲实验,第二个是丹麦科学家詹森的明胶和云母片插入实验,第三个是荷兰科学家温特的琼脂块实验。通过展开科学家们的思维过程,学生观察实验后得知:胚芽鞘的生长和向光弯曲与尖端和单侧光有关的结论。教师进而引导学生提出假设:尖端可能产生某种物质并向下运输。但怎样证明生长素主要是胚芽鞘间断向下运输呢?教师启发学生用实验进行验证,把学生推至问题开始的地方,分析、研究实验设计思路,从而提出设计的实验过程:把含生长素琼脂小块放在一段切头去尾的胚芽鞘的形态学上端,把另一空白的琼脂小块接在下端;过一些时间,下端的琼脂中即含有生长素。如果把胚芽鞘颠倒过来,把下端向上做同样处理,生长素就不会向下传导。
又如,以“光合作用”为例,“光合作用的发现”一共介绍了五位科学家的经典实验,学生在教师的引导下,重温历史上这些科学家工作时对光合作用问题的研究水准,所具备的认识水平以及所到面临的困难,并逐个解决。对问题的解决过程其实就是一种思想上的探究、思辨过程。通过对历史的模拟,学生可以自然而然地掌握光合作用。这样,教学中的许多重点得到了突出,难点得到了突破。
 
三:拓展阅读,提升素养
引导学生课外阅读生命科学史方面的科普书籍及一些生物学家的传记,也是进行科学史教育的另一个重要途径。例如,阅读“杂交水稻之父——袁隆平的成功”的事例,让学生在了解我国首创的“三系杂交水稻”和“两系杂交水稻”的同时,知道袁教授为了培养高产、优质的杂交稻,在发现雄性不育系水稻后,继续做了三千多个杂交组合,还奔赴海南岛进行实验,最终获得了举世瞩目的成就。具有强烈时代感的科学家故事,让学生感受到科学家的伟大、力量、激情,了解到科学家的执着追求,不仅对科学史作出理性的评价和分析,也接受创新精神和爱国主义的教育,达到感性和理性的统一。
在介绍“遗传学奠基人——孟德尔”时,教师可以补充材料的形式介绍孟德尔的遗憾,即他用豌豆实验的结果推翻了性状遗传理论和融合理论,发现了遗传的基本规律,创立了遗传学。他通过杂交建立的分析方法,至今还在广泛使用并成为现代遗传学研究的四大方法之一。但是这个具有巨大使用价值的成果却被埋没三十年之久,原因就在于在布隆自然科学研究大会上孟德尔宣读论文后,无人提问和讨论,孟就心灰意冷,停止了他钟爱的植物学研究,遗传理论的研究也就没有再取得任何进展。学生从这则故事中,可以意识到乐于交流,锲而不舍的品质和积极进取的精神对个人发展和科学研究的重要。
在阅读“分子生物学奠基人——沃森和克里克的幸运”之后,学生在惊羡科学家幸运之余,体会到“机遇总是垂青于有准备头脑的人”。
利用教材内容涉及的科学史知识进行教学,不仅生动活泼,而且能激发学生的学习兴趣,使学生在非智力方面有比较明显的提高,学生从科学方法、科学精神和科学态度等方面都获得了提升。把生命科学史引入生物学教学探究,将科学结论的产生过程和方法同学生学习探究过程结合起来,能使学生在学习知识的感到一种历史厚重感,同时又能使学生体验科学过程,理解科学本质,达到提高科学素养的目标。
 

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