做激發(fā)學(xué)生探究熱情的“生命教科書”

東月

生物遺傳學(xué)的研究歷史，如同一個(gè)九連環(huán)，環(huán)環(huán)相扣，起伏跌宕，呈現(xiàn)了生命科學(xué)的群星閃耀，凝結(jié)了人類智慧。為了讓科學(xué)史教學(xué)更生動(dòng)，陳月艷老師通讀了這些科學(xué)家的原著、自傳等并用于教學(xué)，使科學(xué)史見人、見思想，煥發(fā)出人文的光彩。本節(jié)關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)史的教學(xué)課例，陳老師有機(jī)整合了豐富的教學(xué)素材，設(shè)置了既具有一定的開放性又邏輯縝密的科學(xué)問題，在深刻認(rèn)識(shí)、理解DNA結(jié)構(gòu)的同時(shí)，充分體現(xiàn)了科學(xué)史教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究和科學(xué)思維方法、科學(xué)精神、科學(xué)審美的教育意義和價(jià)值。本節(jié)課從以下幾方面突出對(duì)學(xué)生人文和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

一、引導(dǎo)學(xué)生參與構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的科學(xué)思維過程

學(xué)科觀念是通過對(duì)學(xué)科事實(shí)、概念、原理等進(jìn)行概括、提煉、升華而形成的哲學(xué)層面的學(xué)科思想，是集世界觀、價(jià)值觀和方法論為一體的對(duì)學(xué)科的整體認(rèn)識(shí)。正確的學(xué)科觀念有助于學(xué)生掌握正確的思想方法，整體地、聯(lián)系地、本質(zhì)地看問題，因此，學(xué)科觀念是學(xué)科的靈魂，而學(xué)科觀念的教學(xué)是學(xué)科教學(xué)的靈魂。生物學(xué)科的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念，是指導(dǎo)科學(xué)家們揭示DNA結(jié)構(gòu)的信念，也是學(xué)生認(rèn)識(shí)DNA結(jié)構(gòu)的思維線索。

本節(jié)課滲透結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)生命觀念的教學(xué)理念主要體現(xiàn)于如下教學(xué)環(huán)節(jié)：①教學(xué)課題的提出。DNA分子具有怎樣的結(jié)構(gòu)能使其具有儲(chǔ)存、復(fù)制、表達(dá)、改變遺傳信息的作用，從而擔(dān)當(dāng)遺傳功能。②從遺傳物質(zhì)具有能攜帶多樣化遺傳信息的功能的角度，分析萊文四核苷酸假說的不合理性，體會(huì)薛定諤有關(guān)“莫爾斯密碼”的大膽、驚人的預(yù)測(cè)，進(jìn)而推測(cè)脫氧核苷酸可能的連接方式。③威爾金斯的DNA衍射圖片帶給沃森的思考和解決問題的途徑。由DNA的X射線衍射圖所顯示高度規(guī)則的結(jié)晶體推論DNA必定具有規(guī)則的結(jié)構(gòu)，這個(gè)有規(guī)則的結(jié)構(gòu)是可以認(rèn)識(shí)的，而只要能解開此結(jié)構(gòu)，就可以揭示基因的本質(zhì)，這成為沃森立志要研究DNA結(jié)構(gòu)的動(dòng)力。④請(qǐng)學(xué)生嘗試根據(jù)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，推測(cè)能保證親子代DNA分子遺傳信息穩(wěn)定的DNA復(fù)制機(jī)制。

上述教學(xué)環(huán)節(jié)為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)遺傳信息的復(fù)制、表達(dá)和改變等提供了思維途徑，奠定了學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。

二、注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”不僅是指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)DNA結(jié)構(gòu)與功能的重要的生命觀念，也是引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)DNA結(jié)構(gòu)的科學(xué)思維線索。此外，本節(jié)課在以下教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置上注重培養(yǎng)學(xué)生的歸納與概括、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等科學(xué)思維能力：由DNA的化學(xué)組成總結(jié)、歸納DNA的結(jié)構(gòu)層次;批判性質(zhì)疑萊文的四核苷酸假說;從遺傳信息的多樣化角度推理DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu);分析模型法構(gòu)建DNA分子結(jié)構(gòu)的合理性和可行性;由查伽夫的A和T、G和C相等的堿基測(cè)定結(jié)果，推理DNA兩條核苷酸鏈的連接方式等。

三、注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)審美能力

能夠感受到一個(gè)結(jié)構(gòu)、一個(gè)方程、一個(gè)規(guī)律的科學(xué)之美是審美的最高境界。當(dāng)有人質(zhì)疑：學(xué)習(xí)科學(xué)有什么用呢？不學(xué)習(xí)科學(xué)我一樣可以感受到花的芬芳和美麗。偉大的物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼這樣回答：學(xué)習(xí)科學(xué)后，你除了會(huì)感受到花的芬芳和美麗，還有更令人激動(dòng)的神秘的東西。

在“DNA分子結(jié)構(gòu)科學(xué)史”教學(xué)中，陳老師詢問萊文的四核苷酸假說是否合理，一個(gè)同學(xué)評(píng)論道：這個(gè)模型不美，因而不合理。那么真正的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的美體現(xiàn)在哪里呢？因此，DNA結(jié)構(gòu)之美、科學(xué)思維過程之美、科學(xué)家競(jìng)爭(zhēng)與合作過程中的人性之美成為本節(jié)課教學(xué)的另一條主線。

教學(xué)過程中，陳老師也和學(xué)生分享科學(xué)家們對(duì)DNA分子的欣賞和贊美。沃森說，這樣一種絕妙的結(jié)構(gòu)，一定是存在的。沃森曾在醉酒后忘記了他的演說詞時(shí)，站在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型前，向他的聽眾重復(fù)一句話：“太美了，你們看，它真是太美了！”應(yīng)該是酒后吐真言?？死锟嗽鴿M懷深情地這樣講起他心愛的DNA：“有一種內(nèi)在美存在于DNA分子中，DNA是一個(gè)有模有樣的分子?！?/p>

可以說，正是對(duì)于生命分子所體現(xiàn)的生命邏輯的一種內(nèi)在美的直覺，使沃森和克里克捷足先登，摘取桂冠。DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)揭示了隱藏在紛繁復(fù)雜的生物多樣性背后的自然秩序和規(guī)律的統(tǒng)一性與和諧性，它不僅可以解釋遺傳信息的代代相傳和在個(gè)體中遺傳性狀的表達(dá)，更在分子水平給生物學(xué)帶來了統(tǒng)一的理論，生命的秘密或生命的本質(zhì)的確蘊(yùn)含在這個(gè)美妙的螺旋結(jié)構(gòu)之中。

盧里亞在自傳《老虎機(jī)與破試管》中形容DNA是從A、T、G、C為四個(gè)音符組成的樂譜。陳老師被盧里亞的比喻所感染，同時(shí)又為一段時(shí)間以來一直和學(xué)生分享DNA的故事而興奮，“由四個(gè)音符組成的樂譜！”這真是一個(gè)奇妙的比喻，于是，陳老師在深夜寫下有關(guān)這首“樂譜”的一段文字，該段文字表面看起來更多的是文學(xué)上的修飾及感慨，卻蘊(yùn)含闡釋生命的產(chǎn)生、生命的密碼的內(nèi)在寓意。完成遺傳與進(jìn)化模塊教學(xué)后，陳老師在課堂上讓學(xué)生表達(dá)自己對(duì)這首樂譜的感受，并與他們交流自己寫下的這一段文字，交流內(nèi)心的感動(dòng)，不僅向?qū)W生滲透生命之美，也引發(fā)學(xué)生對(duì)“生命是什么”的深刻思考。

四、讓科學(xué)史教學(xué)煥發(fā)出人文光彩

除了知識(shí)與方法的教授，在本節(jié)課中，陳老師提出許多開放性的問題。例如，沃森與克里克成功的原因是什么？他們是不勞而獲嗎？DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的揭示是數(shù)十位生物學(xué)家以及一群自稱為分子生物學(xué)家的研究人員無意間合作的結(jié)果嗎？同時(shí)，除了科學(xué)研究工作，陳老師也介紹了沃森、克里克、富蘭克林、威爾金斯、布拉格等人富有激情的生活片段或趣事，使科學(xué)家們的科學(xué)故事生動(dòng)豐滿。

例如，薛定諤對(duì)沃森的影響：“薛定諤觸動(dòng)了我的心弦……一想到生命可能借由一本密碼寫成的指令書而延續(xù)長存，就令我神往不已，什么樣的分子密碼能夠復(fù)雜到足以傳遞眾多的生命奇跡？又有什么樣的分子秘密，讓染色體在復(fù)制時(shí)都能復(fù)制出一模一樣的信息？”陳老師的上述教學(xué)行為旨在引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)科學(xué)不是一個(gè)個(gè)概念串聯(lián)起來的，也不是一個(gè)個(gè)成果堆積起來的，而是從活生生的實(shí)踐歷史中走出來的一個(gè)有機(jī)整體。科學(xué)不是獨(dú)白，而是人與自然的對(duì)話?？茖W(xué)是一種人類的活動(dòng)，也深深地打上了人的烙印，幫助我們成為更好的人，讓我們更聰明、更充實(shí)、更謙恭、更愉快。

（作者單位：北京市第四中學(xué)）

責(zé)任編輯：李莎

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