基于科学史的生物课堂探究教学例谈

　　摘 要： 本文就如何在教学中精心选择生物科学史上一些科学探究实验素材，发挥其在课堂探究教学中的作用做了探索，以便更有效地实现新课程教学中对学生科学思维及探究能力培养的目标。
　　关键词： 科学史 生物课堂 探究教学
　　
　　新课程倡导探究性学习，主张学生通过探究活动主动地学习科学方法，获取科学知识。随着课改的深入，探究性教学方式已被越来越多地应用于课堂教学，课堂探究的实效性又成为一个新的问题，为探究而探究、探究流于形式的情况不在少数。科学史的利用为提高课堂探究的实效性提供了一个很好的载体，如何用好科学史进行课堂探究教学？我结合自己的教学实践提出以下几点思考。
　　1.利用科学史激起探究的热情
　　有强烈的兴趣才有求知和探索的欲望，在生物课程教学中，有很多科学家开展科学研究的生动事例。这类科学史能利用学生的好奇心理，激发学生急于探索知识的心情，使学生由最初的“有趣”上升为乐于探索的“情趣”。
　　例如：在“酶的作用和本质”一节的教学中，介绍科学史上斯帕兰札尼研究鹰的消化作用的实验，学生表现出了强烈的兴趣，产生了解斯帕兰札尼发现的是一种什么样的物质的强烈要求，而巴斯德、毕希纳、萨姆纳在探索酶本质的过程中所做的一系列实验，无不让学生对酶的探究充满了兴致。“植物生长素的发现”一节内容中，贯穿着科学史上科学家的实验探究历程，达尔文、詹森、拜尔到温特的实验，一环环地激发着学生的求知热情。在生物科学发展的历程中，有太多这样的生物科学史料，可以引领学生走进探究生物科学奥秘的殿堂，等待老师的发掘利用。
　　2.重蹈科学史感悟探索的历程
　　科学发现无一不是经历了漫长的磨砺而来，在这过程中巧妙的探索过程、科学的思维方法，正是学生探究活动弥足珍贵的范例。如能将科学家的探索过程通过精心设计让学生在课堂上重新经历，其科学性和实效性将无可比拟。这个重蹈探究的过程，教师的设计尤为关键，正如波利亚所言：“在教一个科学的分支（或一个理论、一个概念）时，我们应该让孩子重蹈人类思想发展中的那种最关键的步子，当然我们不应该让他们重蹈过去的无数个错误，而仅仅是重蹈关键性步子。”下面以“DNA的复制”一节中DNA复制方式为例，探索如何利用科学史进行探究教学。
　　环节1：利用科学史创设问题情境，提出问题，开始探究历程。
　　教师简要总结前人围绕该课题展开研究的历史进程，引出在某一历史阶段该领域亟待解决的问题，以及学术界就该问题存在的争议。引领学生提出有价值的问题，并明确该问题在当时的历史条件下所具有的研究价值。历史上科学家们的探索历程和不同观点，也给学生进一步思考提供了有益启示。
　　背景介绍：1953年沃森和克里克发表了DNA双螺旋结构模型，既反映了DNA分子可能具有的无穷多样性，又能立刻提出DNA分子自我复制的可能机制。
　　提出问题：DNA是如何进行自我复制的？
　　环节2：模拟科学家的做法，进行假设，探索DNA复制的微观过程。
　　进行假设：设想出DNA复制的可能的方式，用提供的纸质模板和纸质原料脱氧核苷酸，同桌合作，尝试将一个DNA复制成两个DNA。（教师巡视指导）
　　在实际操作过程中学生采用了两种复制方式，即半保留复制和全保留复制。让小组代表将讨论的结果向全班展示并由其他小组评价后，教师有选择介绍科学家关于全保留复制和半保留复制的两种推测与假设。
　　环节3：引导学生借鉴科学家探究历程中采用的方法，进行演绎推理，体验探究过程。
　　科学家根据DNA结构提出了遗传物质进行复制的可能机理。问题是怎样探究事实究竟是哪一种？教师介绍技术：同位素标记法。
　　小组活动：演绎推理，半保留复制、全保留复制，经过标记的DNA复制后得到结果有何不同？小组合作用画图的方式进行演绎推理。教师进行指导，鼓励学生大胆设想，在独立思考的同时开展合作学习。完成后在组内交流的基础上还可提交全班讨论，进行修正和完善。
　　环节4：设计实验对照科学史实验得出结论，对比和反思领悟探究方法。
　　演绎推理得到的结果还不能作为正确的结论，要有充分的实验证据支持才能成为事实，如何设计实验来验证演绎推理结果是否正确？推理的结果如何观察？
　　教师先期介绍CsCl密度梯度离心技术及离心后在试管中的分布情况。请学生根据介绍的知识，以小组为单位进行合作设计实验并讨论。这个问题有一定难度，应留下充足的讨论时间。然后让小组代表发言，介绍小组讨论结果，其他小组评价完善。
　　教师引出：这是我们用集体智慧得到的方法，历史上科学家是如何做的呢？
　　学生学习： 米而森和斯坦尔的实验，分析实验结果，对照自己的设计进行比较和反思，应用同样的原理有哪些不同的地方，科学家的实验严谨性体现在哪？
　　半保留复制模型于1953年提出，1957年米而森和斯坦尔采用稳定的同位素N作DNA标记，N会导致DNA分子密度显著增加。可以通过密度梯度离心将不同DNA分子区分开来。第一步：将大肠杆菌放在含有N的培养基上生长，获得实验用的亲代细菌，使亲代的DNA双链都标记上N（两条链均为重链），提取DNA进行CsCl梯度离心，结果只有一条带位于离心管底部。第二步：将持续生长的后代放在含N的培养基中生长，让其再繁殖一代，取子代的DNA进行CsCl梯度离心，实验结果显示离心管中只出现1条带。第三步：将第二步所得到的大肠杆菌放入含N的培养基中培养得到子二代，然后提取DNA进行CsCl梯度离心，实验的结果是离心管中有2条带，比例相等，一条位于上部一条位于中部。得出DNA复制方式是半保留复制。
　　对科学史料进行精心的梳理和再加工，去除细枝末节而凸现主干，突出科学研究的一般方法，可以促进学生对探究方法和科学精神的领悟。教师应善于用丰富的科学史料为学生搭建一个发现问题、提出问题、解决问题的平台，使学生得以从科学家的视角亲历探究过程。利用科学史进行课堂探究的过程，是充满了理性情趣的探究过程，在生物科学史中，蕴藏着生物探究教学的素材宝藏，需要我们去充分地挖掘，精心地设计，有效地利用。
　　参考文献：
　　［１］刘恩山，汪忠.生物课程标准解读.江苏教育出版社，2004.
　　［２］傅海香.通过生物科学史的教学，培养学生的科学方法.中学生物学教学，2006，（7）.
　　［３］吴兢勤.生物科学史教育的意义和原则.课程教材研究所 http://www.pep.com.cn/.
　　［４］刘本举.基于科学史探究的教学.生物学教学，2008，（3）.