基于科学本质的“DNA分子结构模型建立过程”的教学探讨

苏育才 （福建省安溪县俊民中学 福建泉州 362411）

陈晓清 （闽南师范大学生物科学与技术学院 福建漳州 363000）

在生物学教学中融入科学史教育，对于引导学生从历史的维度认识科学的本质，体验科学家的思维方式和工作方法，领悟自然科学的人文内涵，培养科学探究能力和社会责任感，促进生物学学科核心素养的达成是极其有利的。生物科学史教育在由理论走向实践的过程中，取得了一系列研究成果，但科学史教学过于形式化、工具化、简单化、英雄化等深层次的弊端也逐渐暴露出来，阻碍了科学史教育价值的实现。因此，在生物科学史教学中，教师不仅要指导学生获得生物科学知识和科学方法，更要引领学生从更为广阔的学科视野理解科学工作受到科学家主观因素、社会和文化的影响，学会理性评价科学事件，从而建构对科学本质及科学发展的整体认识。

下面以人教版高中生物《必修2·遗传与进化》的“DNA分子的结构”一课中的“DNA分子结构模型建立过程”环节教学为例，探讨如何向学生呈现科学发展的真实历程，使学生学会区分科学史故事的传奇性和科学性，避免简单化或英雄化科学家，从而把握科学的本质。

1 教学思路

本环节以故事叙述的形式介绍了沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的过程。教师从该教学内容入手，抛砖引玉，以DNA分子结构发现史为载体，创设历史事件的问题情境，鼓励学生交流讨论、故事复述和角色扮演，激起学生探索生命现象的兴趣，挖掘其中所蕴涵着的丰富的科学方法和科学思想，领悟科学家的工作会受到个体主观因素、社会及文化背景的影响，从而真正理解科学的本质。

2 教学过程

2.1 步骤一：课前准备，形成观点

教师要求学生在课前查阅相关资料，使学生明确资料搜集的方向，引导学生确立几个相关的子课题，如探析DNA双螺旋结构模型成功建立的原因、DNA分子模型建立所产生的影响、科学家的合作与竞争、DNA研究所引发的伦理学争议等。学生按照研究课题的兴趣分成若干小组，小组成员分工合作，着手搜集资料并从中选出对本课题有用的信息，加工整理，形成自己的见解和思路。

2.2 步骤二：回顾历史，发现问题

教师在课堂上以多媒体播放“DNA双螺旋结构的发现”这一科学史资料片，主要讲述DNA双螺旋结构模型的发现过程及其所具有的划时代意义。这一过程以沃森和克里克合作的故事为主线展开，重点介绍当时科学界已经发现的4个重要证据。并由此，引出4个做出重大贡献的科学家之间的竞争与合作、学术思想的融合以及人际关系的冲突等社会学领域的问题。

2.3 步骤三：故事叙述，交流评价

各小组成员将课前已归纳整理的资料在组内展示、交流和讨论，表达观点，明确DNA分子结构的提出是学科交叉、相互融合、相互借鉴的结果。各小组代表总结该小组围绕某一课题所搜集的资料及组内讨论的结果。教师要启发学生基于自己的理解，各抒己见，从不同角度、不同思路大胆评价该科学史事件，尤其是思考以下2个问题：

①沃森和克里克在构建DNA分子双螺旋结构模型中抛弃了哪些错误的设想？

②他们的科学精神和科学方法有哪些可贵之处值得借鉴？

2.4 步骤四：事件探究，互动交流

为了引导学生从更深层次、多视角、多维度解读该科学史事件，教师可以在学生对“DNA双螺旋结构发现过程”已有初步认识的基础上，向学生例举出预先设计的几个颇具代表性和争议性的问题：

①像儿童搭积木那样能否揭示DNA双螺旋结构，打开现代生命科学的大门？

②如何从自然科学本身的规律、人文和社会的角度来探讨沃森和克里克取得成功的原因？社会和学术群体的评价，如何在DNA双螺旋结构发现的过程中起作用的？

③生命科学如何影响我们的生活如何看待与DNA相关的伦理学争议？

④富兰克林如果活着，她会得奖吗？性别差异是否会成为公平竞争的障碍？

⑤DNA双螺旋结构的发现过程具有一定的戏剧性，科学家的个性和复杂的人际关系如何影响研究进展？科学家都是品德高尚、完美无缺的英雄吗？

教师引导学生讨论，征集学生对这些问题的解答。学生面对问题，提出假说，然后寻找证据进行验证。师生共同分析该事件的现象及原因，理清DNA双螺旋结构模型建立的背景、过程、影响力及几个重要的历史人物，尤其要重点讨论对沃森和克里克、富兰克林和威尔金斯的性格特征以及他们之间的合作、竞争关系。

2.5 步骤五：角色扮演，加强体验

根据对科学史事件及人物的理解，各小组自主选择并分配角色，提供素材，尝试模拟问题情境，构思情节，设计动作和语言，描述角色的情感与观点。角色包括沃森、克里克、鲍林、富兰克林、威尔金斯，在角色设计时又加入了新的虚构角色——诺贝尔奖评委和普通公众，于是就组成了有7个角色的“小剧组”。根据角色策划，各小组选出代表参与角色扮演，如辩论、独白、演讲等。学生通过在角色扮演中对困难情境及冲突事件的处理，获得新的体验，提高解决问题的能力，加深对角色及整个事件的感悟。角色中涉及到的问题有：沃森与克里克的选题及探索思路；鲍林的遗憾；富兰克林与威尔金斯人际关系的矛盾；诺贝尔奖的遗珠之憾；DNA研究引发的伦理学争议；社会环境对科学发展的影响等。

2.6 步骤六：理解事件，深化认识

学生对不同角色的观点及影响DNA模型建立的重要要素展开讨论，归纳出对本事件的理性认识，形成自己的判断和理解。如对于“DNA双螺旋结构模型成功建立的原因”，学生就从多学科知识与技术的交叉运用、善于合作与敢于竞争、宽松的学术环境、选择性继承与原始性创新、有战略性的选题和狂热的激情等方面进行探讨；分析了鲍林错失历史机遇的原因，领悟保持理论和实验密切合作的重要性；对于富兰克林与威尔金斯之间的复杂的人际关系以及当时学术界的性别歧视的分析，认识到社会因素对科学家的影响，体会到公平、民主、自由学术环境及良好的交流沟通对科学研究的重要性等。

3 教学反思

本环节教学的主要特点：

①充分挖掘出教材所蕴涵的科学史素材，将基本概念及理论与科学研究方法、科学工作特点有机地联系起来，建立一个自然流畅、逻辑清晰的科学史教学过程，从而深化学生对科学本质的理解。

②通过故事叙述与重要历史事件关键性因素的分析，训练学生确立事实、分析问题和逻辑推理的能力。

③从不同层面引导学生全面、客观地认识科学家真实面貌，使学生意识到科学家既有成就斐然的一面，也难免有性格的弱点和失误。科学是理性的，但同时也有感性的一面，会受科学家主观因素的影响，从而消除对权威的过度崇拜。

④注重对历史事件本身的思考，通过角色扮演再现历史人物观点及性格的冲突，引导学生从社会环境、道德与伦理层面探讨科学研究问题，培养正确的世界观和价值观。