王旭濤

摘要闡述了在高中生物教學(xué)中進(jìn)行生命科學(xué)史教育，從中挖掘出科學(xué)家敢于質(zhì)疑探索生命真理的科學(xué)精神和解決生物問(wèn)題的科學(xué)思想，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家探索生命的歷程，學(xué)習(xí)善于思考、敢于質(zhì)疑的科學(xué)精神和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神和生命科學(xué)的探究方法和思維創(chuàng)新的探索精神。

關(guān)鍵詞 生物學(xué)教學(xué) 生命科學(xué)史 探索精神

中圖分類(lèi)號(hào)G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

生命科學(xué)史展示了生命科學(xué)產(chǎn)生、形成、發(fā)展、演變的歷程，包含著生物實(shí)驗(yàn)探索、理論形成的科學(xué)規(guī)律與探究方法，每個(gè)科研成果的背后也蘊(yùn)涵著科學(xué)家偉大的科學(xué)精神與科學(xué)思想。《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出：“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，這對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是很有意義的?！痹诟咧猩锝虒W(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)該重視生命科學(xué)史的教學(xué)，利用科學(xué)史來(lái)激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)的興趣，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑和團(tuán)隊(duì)合作的科學(xué)精神，領(lǐng)悟科學(xué)家的探究思維和探索精神。

1利用生命科學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生探索生命科學(xué)的興趣

“興趣是最好的老師”。教師在歷史背景下展現(xiàn)科學(xué)探究活動(dòng)的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程，能使生物學(xué)知識(shí)更加生動(dòng)鮮活，富有生命力。將科學(xué)史料引入課堂，將科學(xué)家們的傳奇故事展示給學(xué)生，會(huì)引發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的探索欲望和濃厚的學(xué)習(xí)興趣，使他們的智力潛能處于最活躍的狀態(tài)。

例如，在進(jìn)行“伴性遺傳”教學(xué)時(shí)，教師可引入道爾頓發(fā)現(xiàn)色盲癥的故事情境：在1792年的圣誕節(jié)前夕，英國(guó)學(xué)者約翰·道爾頓特意買(mǎi)了一雙棕灰色襪子作為圣誕禮物送給母親，誰(shuí)知母親接過(guò)禮物，打開(kāi)一看，發(fā)現(xiàn)是一雙鮮艷的櫻桃紅色襪子，笑著對(duì)道爾頓說(shuō)：“你怎么買(mǎi)了一雙鮮艷的櫻桃紅色襪子給我，讓我怎么穿呢？”道爾頓爭(zhēng)辯說(shuō)：“這襪子明明是棕灰色的呀！怎么說(shuō)是櫻桃紅色的襪子呢？”這雙襪子讓道爾頓疑惑不解。后來(lái)，他拿了這雙襪子讓別人幫忙識(shí)別，除了自己和弟弟外，其中絕大多數(shù)人都說(shuō)這襪子是櫻桃紅色的。道爾頓心想：為什么自己看上去是棕灰色的襪子，而別人看上去是櫻桃紅色的呢？最后，他認(rèn)為是自己的眼睛有問(wèn)題，就開(kāi)始琢磨這一奇特的現(xiàn)象。通過(guò)兩年的實(shí)例搜集，對(duì)許多人的辨色能力進(jìn)行了細(xì)致地鑒別比較，他最終確定自己和弟弟的眼睛患有先天性色覺(jué)障礙疾病——色盲癥，從而成為第一位發(fā)現(xiàn)色盲癥的人。之后，他于1794年發(fā)表了《論色盲》的論文，為醫(yī)學(xué)診斷作出了突出的貢獻(xiàn)。道爾頓是位化學(xué)家兼物理學(xué)家而不是醫(yī)學(xué)家，但他卻能發(fā)現(xiàn)千百年來(lái)醫(yī)學(xué)家沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的疾病，這是為什么呢？因?yàn)榈罓栴D具有善于思考、敢于質(zhì)疑、探求疑問(wèn)的科學(xué)精神。此外，有著名英國(guó)“皇家病”事件的血友病故事，研究血友病家族系譜圖，就會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn)：患血友病的女性遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于男性;女性血友病患者的父親和兒子一定患血友病，而男性血友病患者的子女一般都是正常的，但其外孫子常?；佳巡?。

典型的血友病和紅綠色盲癥都是引出伴性遺傳內(nèi)容的很好史料，能夠激發(fā)起學(xué)生探索生命現(xiàn)象的興趣，促使學(xué)生積極主動(dòng)參與到課堂學(xué)習(xí)中去尋求答案，總結(jié)人類(lèi)遺傳病的基本規(guī)律，歸納伴x隱性遺傳病的遺傳特點(diǎn)。這種寓史于教、史教結(jié)合的教學(xué)方式增加了課堂教學(xué)的趣味性，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中感悟科學(xué)，拉近與科學(xué)家的距離，激發(fā)其學(xué)習(xí)生命科學(xué)的濃厚興趣。

2利用生命科學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑的探索精神

任何科學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)都是科學(xué)家在“勇于存疑、敢于探索、實(shí)事求是”的科學(xué)精神指導(dǎo)下取得的。善于觀察，敢于質(zhì)疑，具有強(qiáng)烈的問(wèn)題意識(shí)，是生物學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究，取得創(chuàng)造發(fā)明的前提。

例如，善于質(zhì)疑的摩爾根獲得“基因位于染色體上”這一結(jié)論的實(shí)驗(yàn)證據(jù)過(guò)程，就是很好的教材史料。教師可先介紹美國(guó)遺傳學(xué)家摩爾根生平事跡，讓學(xué)生了解摩爾根是一位具有始終堅(jiān)信依靠事實(shí)和利用實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)理論是否正確的科學(xué)態(tài)度、敢于懷疑、勤奮實(shí)踐的人。他曾經(jīng)明確表示過(guò)不相信孟德?tīng)栠z傳理論，也懷疑薩頓的假說(shuō)，認(rèn)為這是主觀的臆測(cè)，缺少實(shí)驗(yàn)證據(jù)。摩爾根在果蠅室研究過(guò)程中，偶然在一群紅眼果蠅中發(fā)現(xiàn)了一只白眼雄果蠅。這一發(fā)現(xiàn)為后來(lái)實(shí)驗(yàn)研究成功拉開(kāi)成果之門(mén)。經(jīng)過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)觀察、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、大膽猜設(shè)假說(shuō)、演繹推理和驗(yàn)證，他以大量的實(shí)驗(yàn)為證據(jù)，不僅驗(yàn)證了孟德?tīng)栠z傳規(guī)律的準(zhǔn)確性，還揭示出基因與染色體的關(guān)系。摩爾根進(jìn)一步研究，最終發(fā)現(xiàn)了遺傳學(xué)的第三定律——基因的連鎖互換定律，成為遺傳學(xué)史上里程碑式的人物。

教師在課堂適當(dāng)融入科學(xué)家敢于質(zhì)疑并最終取得科學(xué)研究成功的科學(xué)史實(shí)，以史為鑒，讓學(xué)生能夠從具體的事例中領(lǐng)悟到科學(xué)精神的真諦，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)觀察，提高其敢于質(zhì)疑的科學(xué)探索精神。

3利用生命科學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的科學(xué)精神

新課程的教育理念非常注重學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)的培養(yǎng)。教師要充分利用生命科學(xué)史進(jìn)行教學(xué)，可以促進(jìn)學(xué)生間的交流和理解，有利于學(xué)生建立團(tuán)結(jié)合作的精神，有利于學(xué)生全面素養(yǎng)的發(fā)展。生命科學(xué)史有很多典型的團(tuán)隊(duì)合作案例，如DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)就是克里克和沃森的合作結(jié)晶。沃森擅長(zhǎng)研究噬菌體遺傳學(xué)，遺傳學(xué)基礎(chǔ)扎實(shí)，訓(xùn)練有素：克里克擅長(zhǎng)應(yīng)用數(shù)學(xué)和物理研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，觀念新穎獨(dú)特。他們?nèi)￠L(zhǎng)補(bǔ)短，并吸收和借鑒當(dāng)時(shí)也在研究DNA分子結(jié)構(gòu)的富蘭克林、威爾金斯和鮑林等人的研究成果，經(jīng)過(guò)不到兩年時(shí)間的不懈努力，克里克和沃森終于完成了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。最終，沃森、克里克和威爾金斯三人的共同研究成果榮獲1962年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。這個(gè)事實(shí)表明，從事不同學(xué)科研究的人，雖然他們所掌握的知識(shí)和技術(shù)不同，但他們的合作卻為解決問(wèn)題提供了不同的思路，在解決問(wèn)題中互相啟發(fā)，互相補(bǔ)充，互相促進(jìn)，才有新的突破、新的發(fā)現(xiàn)，最終才有偉大的研究成果問(wèn)世。

可見(jiàn)，合作是他們?nèi)〉贸晒Φ谋匾獥l件，這也讓學(xué)生更加明白在科學(xué)研究過(guò)程中團(tuán)隊(duì)合作精神的重要性。

4利用生命科學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思維

生命科學(xué)史中有許多經(jīng)典實(shí)驗(yàn)史實(shí)，蘊(yùn)含著科學(xué)家獨(dú)特的生物學(xué)思維方法和科研成果。通過(guò)對(duì)科學(xué)史中這些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)和邏輯分析的再現(xiàn)，學(xué)生體驗(yàn)生物學(xué)知識(shí)的形成過(guò)程，從中學(xué)習(xí)科學(xué)家的探究思維方法和理解生物學(xué)概念、原理的來(lái)龍去脈。這樣的教學(xué)既傳授了知識(shí)，又培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維，變被動(dòng)的學(xué)習(xí)科學(xué)史知識(shí)為主動(dòng)的探索科學(xué)史知識(shí)，使學(xué)生更好地領(lǐng)悟科學(xué)思維研究方法和科學(xué)探索歷程。

例如，孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)利用“假說(shuō)一演繹法”，經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评砗万?yàn)證，最終發(fā)現(xiàn)豌豆遺傳的基因分離定律和自由組合定律。其中“假說(shuō)一演繹法”就是一種常用的科學(xué)研究方法，充分體現(xiàn)了科學(xué)思維方法的探究模式。它是按照科學(xué)研究的一般過(guò)程，即觀察現(xiàn)象、提出問(wèn)題——分析問(wèn)題、提出假設(shè)——演繹推理、驗(yàn)證假設(shè)——?dú)w納綜合、總結(jié)規(guī)律。教師先分析孟德?tīng)栠x擇白花傳粉的豌豆作為實(shí)驗(yàn)材料的原因，再選用豌豆的7對(duì)相對(duì)性狀作為研究對(duì)象，從一對(duì)相對(duì)性狀開(kāi)始到兩對(duì)相對(duì)性狀及多對(duì)進(jìn)行逐步科學(xué)研究。孟德?tīng)柗浅Ｂ斆鞯乩脭?shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)法分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和統(tǒng)計(jì)龐雜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)每對(duì)相對(duì)性狀的雜交后的F：代總體現(xiàn)出顯性性狀與隱性性狀的比接近3：1的規(guī)律，并大膽猜想、分析性狀是如何遺傳傳遞給后代的。天才的孟德?tīng)柼岢隽恕斑z傳因子”假說(shuō)，通過(guò)嚴(yán)密的演繹推理，點(diǎn)明控制相對(duì)性狀的遺傳因子是成對(duì)的;成對(duì)遺傳因子彼此分離進(jìn)入不同的配子，不同對(duì)遺傳因子的分離和自由組合是獨(dú)立進(jìn)行，且互不干擾形成不同配子，不同雌雄配子隨機(jī)結(jié)合形成后代新的遺傳因子組合（即基因型）等解釋要點(diǎn)，并巧妙利用隱性遺傳因子進(jìn)行測(cè)交實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證推論，最終得出遺傳規(guī)律。從孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)來(lái)看，理解孟德?tīng)柌捎脭?shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)豌豆雜交實(shí)驗(yàn)的思維思想比直接呈現(xiàn)真實(shí)史實(shí)更為重要。教師要引導(dǎo)學(xué)生深入思考科學(xué)家的科學(xué)探究方法和科學(xué)思想，領(lǐng)悟科學(xué)家發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、尋找證據(jù)、合理推理等方法，體驗(yàn)科學(xué)家不斷深化對(duì)問(wèn)題認(rèn)知過(guò)程和科學(xué)探索精神。

另外，還有“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”值得學(xué)習(xí)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)史例，其中蘊(yùn)涵著獨(dú)特的生物學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)研究方法。1928年，英國(guó)科學(xué)家格里菲思用肺炎雙球菌進(jìn)行體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，具體探究實(shí)驗(yàn)步驟見(jiàn)表1。

實(shí)驗(yàn)1中，加熱殺死的S型細(xì)菌與無(wú)毒性的R型活細(xì)菌混合后，在小鼠體內(nèi)轉(zhuǎn)化出有毒性的s型活細(xì)菌，這就表明了加熱殺死的S型細(xì)菌存在“轉(zhuǎn)化因子”促使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為有毒性的S型細(xì)菌，并能傳遞給后代，即這種性狀的轉(zhuǎn)化是可遺傳的。雖沒(méi)有指出轉(zhuǎn)化因子是什么，卻給人們對(duì)遺傳物質(zhì)的研究提出了實(shí)驗(yàn)的方法和思路。直到1944年，美國(guó)科學(xué)家艾弗里等人為弄清“轉(zhuǎn)化因子”的化學(xué)本質(zhì)，通過(guò)化學(xué)分餾法把提取物分離提純，進(jìn)行鑒定，證明了DNA是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。具體實(shí)驗(yàn)操作如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)2過(guò)程中⑤⑥⑦步說(shuō)明了從s型活細(xì)菌提取的DNA與R型活細(xì)菌混合培養(yǎng)才能轉(zhuǎn)化出有毒性的s型活細(xì)菌。當(dāng)時(shí)艾弗里等人覺(jué)得實(shí)驗(yàn)①～⑦不夠嚴(yán)密，仍不足能完全說(shuō)明DNA是轉(zhuǎn)化因子。為此巧妙設(shè)置必要性實(shí)驗(yàn)⑧來(lái)驗(yàn)證，用DNA水解物來(lái)處理DNA，使其水解，結(jié)果在R型活細(xì)菌混合培養(yǎng)基中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)S型細(xì)菌。這驗(yàn)證了是DNA本身，而不是DNA的碎片物或單位化合物促使R型細(xì)菌發(fā)生轉(zhuǎn)化的。

因此，艾弗里成為世界上第一位用實(shí)驗(yàn)方法證明DNA是遺傳物質(zhì)的科學(xué)家，但當(dāng)時(shí)更多的人認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)，艾弗里的發(fā)現(xiàn)引起了科學(xué)界的強(qiáng)烈爭(zhēng)論。雖然轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)了只有加入DNA，R型細(xì)菌才能轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌，并且DNA純度越高，轉(zhuǎn)化就越有效。如果用DNA酶處理從S型活細(xì)菌中提取的DNA，使DNA分解，就不能使R型細(xì)菌發(fā)生轉(zhuǎn)化。但是，人們?nèi)詰岩蒁NA和蛋白質(zhì)是否完全分開(kāi)。所以艾弗里實(shí)驗(yàn)說(shuō)服力不夠強(qiáng)。如何進(jìn)一步用實(shí)驗(yàn)證明在蛋白質(zhì)和核酸中誰(shuí)是真正的遺傳物質(zhì)呢？終于有人選用噬菌體和大腸桿菌來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題。1952年，赫爾希和蔡斯采用同位素標(biāo)記法追蹤噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。最終確定了“轉(zhuǎn)化因子”是DNA，具體實(shí)驗(yàn)方法見(jiàn)表2。

實(shí)驗(yàn)3通過(guò)同位素標(biāo)記法追蹤噬菌體侵染細(xì)菌的過(guò)程，用35S標(biāo)記一部分噬菌體的蛋白質(zhì)，用32P標(biāo)記另一部分噬菌體的DNA，讓它們分別去侵染細(xì)菌，噬菌體在細(xì)菌體內(nèi)大量繁殖。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，噬菌體的蛋白質(zhì)并沒(méi)有進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，而是留在細(xì)菌外，只有噬菌體的DNA進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)。結(jié)果表明，在噬菌體中，親代與子代之間具有連續(xù)性的物質(zhì)是DNA。也就是說(shuō)，子代噬菌體的各種性狀是通過(guò)親代的DNA遺傳給后代的。因此，DNA才是真正的遺傳物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)材料的選取和同位素示蹤法技術(shù)的運(yùn)用，解決了轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中的各種疑惑，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具有說(shuō)服力。針對(duì)這些層層相扣的難題，科學(xué)家巧妙設(shè)置實(shí)驗(yàn)的思維過(guò)程：理論推斷一實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)一侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)一得出結(jié)論。經(jīng)過(guò)從發(fā)現(xiàn)“轉(zhuǎn)化因子”到尋覓“轉(zhuǎn)化因子”，再到確定“轉(zhuǎn)化因子”是DNA的精辟實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程，可以順其自然地得出DNA是遺傳物質(zhì)的結(jié)論。這樣可以使學(xué)生更容易接受，并且能使學(xué)生感悟到科學(xué)方法。

通過(guò)探究DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)歷程，學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度以及對(duì)科學(xué)真理不懈追求的科學(xué)精神，懂得人類(lèi)對(duì)自然事物的認(rèn)知是不斷深化和完善的，領(lǐng)會(huì)科學(xué)家實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)思路、遵循的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則和科學(xué)方法，發(fā)展科學(xué)的思維能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，理解、掌握科學(xué)研究的方法和過(guò)程。

總之，生物科學(xué)史中蘊(yùn)涵著科學(xué)家對(duì)生命世界探索經(jīng)歷。在生物課堂教學(xué)中，教師要選擇適合的史料，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段，讓學(xué)生感受和領(lǐng)悟科學(xué)探索的過(guò)程。利用生命科學(xué)發(fā)展歷程的探究史，引導(dǎo)學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物奧秘的道路去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，真正理解生命科學(xué)的本質(zhì)，感受生命科學(xué)所蘊(yùn)涵的精神實(shí)質(zhì)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法和科學(xué)探究能力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)而全面的發(fā)展。