事件策略中的生物科学史教学

　　摘要：以学生为主体，应用事件策略的思想，进行生物科学史的教学可激发学生探索的热情，更好地促进学生在生物学知识，科学探究的技能和思维品质，情感、态度与价值观，以及对科学、技术和社会的认识等领域的全面发展。
　　关键词：事件策略；生物科学史教学；遗传物质的发现过程
　　中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2016）13-023-2
　　生命科学是一个实验科学，生物科学史上许多伟大的发现就是建立在一个个经典实验的基础之上。在人教版高中生物教材中，很多章节都渗透了对科学史内容的介绍。对于生物教学来说，虽然近几年高考中逐渐提高对科学史相关内容的考查，但是就目前来说，除了几个重要实验，高考中对大部分科学史内容要求都比较低。这就导致一些教师在平时教学中对科学史内容不够重视，甚至对一些所谓的不重要的科学史内容直接跳过不讲。那么教材中这些科学史内容对生物教学和学生具有什么意义呢？笔者认为在高中生物学教学中把学生“放”到具体的“生物科学事件”当中去，让学生身临其境地融入这一个个科学发展的过程中，激发学生的学习和科学研究的兴趣和能力，促进学生在生物学知识、科学探究的技能和思维品质，情感、态度与价值观的养成，以及对科学、技术和社会（STS）的认识等领域的全面发展。我认为学生这些内在的发展远比成绩分数的提高更加具有意义，对学生自身发展的影响也更加深远和重要。当然如果要充分利用这些材料，首先，我们教师就需要深入了解这些“事件”内容，要了解来龙去脉，这样在教学过程中才能够灵活运用“事件”以达到我们的教学目的。下面笔者以“遗传物质的发现过程”为例来谈谈我的一些想法。
　　一、科学史是一个连续的、具有逻辑关系的过程
　　江苏生物高考说明中，“人类对遗传物质的发现过程”是C级要求，在生物教学中，这部分内容一直是重点。很多教师片面地认为该考点就是人教版第三章第一节内容，其实不然，笔者认为人类对遗传物质的探索历程，应该是起始于孟德尔的豌豆杂交实验，该实验让人们意识到生物体的性状是由生物体内的某种物质或结构所控制。这应该就是最朴素的遗传物质的认识。通过摩尔根的果蝇杂交实验，将遗传物质定位于染色体上。再通过艾弗里及其他科学家的实验，最终证实遗传物质即是DNA。沃森和克里克的工作使人们认识到DNA的双螺旋结构，这个为认识DNA的复制、表达等功能的体现奠定了坚实的基础。所以对遗传物质的探索历程是一个连续性的，具有严密的逻辑关系的过程，是许多科学家通过大量的实验和思考，以及丰富的想象力逐渐揭开遗传物质面上的轻纱。可以这么说，人教版必修2就是人类对遗传物质的探索历程。
　　所以生物科学史的教学并不能孤立地去介绍一个个科学事件或者一个经典实验，牛顿说过“我之所以看得远，是因为站在巨人的肩上”，每一个伟大的发现都是很多科学家共同努力的结果。应该让学生认同科学史是一个连续的过程，以及相关事件之间的逻辑关系，激发学生的探索欲望，提高学习兴趣。
　　二、适当地补充教材中的科学史内容
　　在编制教材的时候，由于篇幅内容的限制，编者不可能把所有的科学史内容全部展现在教材中，只能选取一些重要的片断，有的时候就会使一些事件之间的因果关系变得比较模糊。这就需要我们在教学过程中，进行适当的补充，使学生能够更加身临其境地体会科学家的研究思路，有利于提高学生科学研究的思维能力。
　　在遗传物质发现的过程中，具有里程碑意义的当然就是艾弗里的肺炎双球菌转化实验，这也是教材中的重点内容。如何让学生理解这个实验？我认为有必要介绍该实验相关的背景。
　　在艾弗里的肺炎双球菌实验之前，科学家普遍认为蛋白质很可能是遗传物质，很少有人考虑到DNA，那这是为什么呢？科学家知道遗传物质的结构必须具有多样性，这样才能蕴含大量的遗传信息，而蛋白质很明显符合这个特点。那么为什么大家都忽视了DNA呢？书本上只是简单说明，是因为当时对DNA的结构了解较少。我认为这样描述原因并不是非常准确，学生也不太能够理解。所以在这个地方可以适当的补充当时的背景材料。“在艾弗里之前，对DNA的结构的认识，被大家普遍接受的是所谓的“四核苷酸假说”。该假说是由20世纪初，德国科学家科赛尔（A.Kssel）及他的两个学生琼斯（W.Jones）和列文（P.A.Levene）共同提出的。他们根据当时比较粗糙的分析认为，4种碱基在核酸中的量相等，从而错误地推导出核酸的基本结构是由4个含不同碱基的核苷酸连接成四核苷酸，以此为基础聚合成核酸，这就是较著名的“四核苷酸假说”。”这个假说从20年代后起统治了核酸结构的研究大约20多年的时间，对认识复杂的核酸结构和功能起了相当大的阻碍作用。核酸当时虽然是在细胞核中发现的，但由于它的结构过于简单，也就很难想象它能在异常复杂多变的遗传现象中起什么作用。
　　通过以上介绍，学生不仅能够知道为什么当时科学家会认为DNA不可能是遗传物质，而且也能够理解为什么艾弗里已经通过实验证明DNA很有可能就是转化因子，但是当时人们还是难以接受这个结论。主要就是因为该假说太深入人心。

艾弗里通过肺炎双球菌转化实验得出DNA是使R型菌转化为S型菌的转化因子，该结论不能为大家普遍接受，原因有很多，除了“四核苷酸假说”的影响外，还有一个非常重要的原因，那就是该实验本身具有缺陷。艾弗里的实验中最致命的缺陷就是通过纯化获得的“转化因子”含有非常少量的蛋白质。所以不能直接确定R型菌的转化是DNA单独引起的，虽然后来发现用DNA酶处理转化因子能够使其不再具有转化活性，但是并不能消除人们的疑虑。很多学生甚至是一些教师对此都不能理解，认为这是吹毛求疵。实际上这里面除了实验本身的问题外，还有一个非常重要的原因。在艾弗里等人做出上述结论的20年之间，著名生物学家、1915年诺贝尔化学奖获得者威尔斯塔特在实验中由于采用的酶溶液过于稀释之故，以至用通常的化学检验法显示不出它的蛋白质含量，但仍存在催化活性，于是便做出了酶不是蛋白质的错误结论，宣称已经制成了不含蛋白质的酶的制备物。由于这种结论出自权威之口，人们信以为真，结果使对酶的研究推迟达10年之久。1944年时，科学界对这种前车之鉴仍记忆犹新。所以，当艾弗里等人公布他们的结论后，害怕再受骗的科学界便不敢再盲然唯这位权威而是从，迟迟不予认可了。
　　科学研究是一个非常艰辛曲折的过程，成功总是建立在不断的失败和错误之后，但是我们不能因噎废食，而失去发现真理的机会。
　　三、教材中的科学史内容有待推敲
　　人教版教材中对艾弗里的实验过程的描述并不准确，艾弗里的原始实验并没有逐一分析S型细菌中的各种成分，原论文没有提及蛋白质和多糖的分离、提纯工作，而且在论文的预处理方法部分采取了“去除蛋白质和荚膜多糖”步骤，后续实验是在去除了S型细菌的蛋白质和多糖的基础上进行的。
　　笔者通过查阅大量资料，艾弗里实验的思路大致是这样的：从细胞粗提取液中分离、纯化有活性的转化因子；然后鉴定转化因子的性质，或者至少获得足够的描述性信息将转化因子归于某类已知化学物质之列”艾弗里等采用如下方式分离、纯化有活性的转化因子：用化学或酶方法去除S型细菌提取液（该提取液具有转化能力）中的某种成分，然后检测去除该成分的S型细菌提取液是否仍具有转化能力。如果去除某成分后仍保持转化能力，则去除的成分不是转化因子；如果去除某成分后丧失了转化能力，则去除的成分是转化的必须成分。通过不断地去除各种成分，从而得到相对纯净的“转化因子”。得到纯化的“转化因子”后，艾弗里对其进行了鉴定，确认转化因子就是DNA。艾弗里等1946年发表了另一篇论文表明：将纯化的转化因子用DNA酶处理，然后再进行转化实验，结果DNA酶处理后的转化因子不再具有转化活性。
　　编者进行了这样的修改肯定有自己的想法和目的。但笔者认为对科学史，特别是一些经典实验的描述最重要的一点就是要真实、准确。当然，经典实验的具体操作过程对于中学生而言可能不好理解，教科书在编写过程中对经典实验进行“科普化”处理是必要的，但不应该背离经典实验的设计思路。
　　当然我们教学中可以适当提及，让学生切身体会科学研究的复杂性。但不能过度，防止学生对知识点理解混乱。
　　四、历史的相似性
　　十九世纪，科学家普遍认为胰液的分泌是神经调节的过程，法国学者沃泰默通过实验发现即使去除了通向小肠的神经，胰液也能够正常分泌，但是很可惜，他还是囿于定论，认为自己没有将神经完全剔除干净，没有作出正确的判断。沃泰默和艾弗里的实验现象所表明的结果与当时普遍认同的观点都是相反的，而且两者的实验在一定程度上都存在一定的缺陷。但是艾弗里敢于挑战传统观点，坚持自己的判断，而沃泰默却囿于定论。通过这两个科学发现史的联系比较，让我们意识到，在进行科学研究的过程中，应当努力克服思想上的保守性和片面性，做到不为流行观念所束缚，努力去揭示未曾为大多数人所注目的新领域；做到正确总结经验教训。
　　总的来说，充分利用教材中的科学史“事件”内容，首先需要我们教师深入了解；其次，生物课堂教学中，教师要善于利用这些生物学事件，努力做到激发学生求知欲望，构建愉悦教学情境，提升学生能力，使学生养成科学态度，培养学生思维能力，真正实现有效教学。