浅谈生物科学史在教学中的作用
摘要：生物科学史的巧妙合理的讲解，既能激发学生学习生物学的积极兴趣，又能发挥学生学习的主动性，增强学生的主体意识，还能培养学生学习生物学的收集和处理生物信息的能力、分析问题和解决问题的能力、掌握学习生物学的科学方法，同时更能培养学生形成不畏艰险、持之以恒的科学态度。
关键词：生物科学史；激发学习兴趣；教学方法
生物科学是建立在实验基础上的一门自然科学，现代生物科学的发展，是生物科学与数学、物理、化学、等科学之间相互交叉、渗透和相互促进的结果。随着生物科学的发展，生物科学向人们展示美好的未来，它将成为21世纪领先的学科之一。我们在学习生物学科时，应在前人研究的基础上，善于发现问题，研究问题，解决问题。不仅要重视生物学知识的学习，还要重视学习和体验生物科学研究的过程，并且从中领会生物科学的研究方法。
《基础教育课程改革纲要》也明确指出，改变课程实施过于强调接受学习死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。为了使学生的学习方式发生根本性转变，保证学生自主性、探索性的学习落到实处，确立学生的主体地位，促进学生积积极主动地学习，使学生形成学习中不断提出问题、解决问题的探索过程。
新课程标准对生物学能力的要求是初步学会探究生物科学的一般方法，发展学生提出问题、做出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达和交流的科学探究能力。在科学实践中发展合作能力、实践能力和创新能力，初步具有收集和利用课内外的图文资料及其他信息的能力。生物学能力在教学中如何培养呢？本人认为生物科学史在教学的巧妙利用有其不可替代的作用。生物科学史的巧妙合理的讲解，既能激发学生学习生物学的积极兴趣，又能发挥学生学习的主动性，增强学生的主体意识，还能培养学生学习生物学的收集和处理生物信息的能力、分析问题和解决问题的能力、掌握学习生物学的科学方法，同时更能培养学生形成不畏艰险、持之以恒的科学态度。在生物发现史教学中,采用多媒体现代化教学手段，要求学生在课前预习，并收集有关的信息材料，课堂教学中针对学生收集到的材料，有的问题鼓励学生课后继续查阅，共同讨论加以解决，与课堂有关的内容加以肯定，导入教学。
生物学史有的既体现了学生收集和处理信息的能力，激发学生学习的兴趣，增强学生的成就感，又能锻炼学生研究问题的科学分析方法，培养学生的推理、归纳能力以及学生的逻辑思维和创造力，还能使学生养成不畏艰险、持之以恒的科学精神。如酶的发现、光合作用的发现过程等。
酶的发现：
1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼（L.Spallanzani,1729～1799）设计了一个巧妙的实验推断胃液中一定含有消化肉块的物质。但是什么，他不清楚，却为人们的研究提供了方法和思路。
1836年，德国科学家施旺（T.Schwann,1810～1882）从胃液中提取出了消化蛋白质的物质，解开胃的消化之谜，使酶的研究工作更进了一步。
1926年，美国科学家萨姆钠（J.B.Sumner,1887～1955）从刀豆种子中提取出脲酶的结晶，并通过化学实验证实脲酶是一种蛋白质，得出结论酶是蛋白质。
20世纪30年代，科学家们相继提取出多种酶的蛋白质结晶，并指出酶是一类具有生物催化作用的蛋白质，形成了酶的初步定义。使人们对酶的认识形成统一的观点，并指出酶的本质是蛋白质。
20世纪80年代，美国科学家切赫（T.R.Cech,1947—）和奥特曼（S.Altman,1939—）发现少数RNA也具有生物催化作用。对酶的认识进行了完善，形成完整的理论，即酶是由活细胞产生的具有生物催化能力的有机物。
总结人们的认识过程：
发现问题→提取物质→物质本质→得出定义→补充完善（完整理论）
（1773年）（1836年）（1926年）（20世纪30年代）（80年代）
通过学习酶的发现，激励学生学习科学家实事求是的科学态度和勇于探索的科学精神。使学生明确科学家对酶的认识是不断发展的。科学具有开放性，引导学生要用开放的观点、发展的眼光对待所学的知识,鼓励学生在学习过程中勤于思考，敢于质疑，勇于探索。
光合作用的发现：
早在公元前3世纪，古希腊亚里士多德就提出土壤是构成植物组分的观点。这一观点统治西方将近2000年。这也是人们对光合作用的最早的认识。
1648年，海尔蒙特的盆栽柳树实验证明树木的重量增加来自雨水而非土壤。世界各地生物课本都会提到这一段记载。他所做的柳树实验说明光合作用过程中有水的参与，也是生物研究上划时代的工作。向传统的认识提出了新的挑战，为人们的研究提出了方向。
1771年，普利斯特利通过实验发现，植物可以更新空气。但是，他并不知道更新了空气中的哪种成分，也没有发现光在这个过程所起的关键作用。问题的研究进一步深化，问题更加具体化。
1779年，荷兰科学家英格豪斯（Jan Ingenhousz）重复了上述实验，并进一步证实光照是这一实验成功的秘诀，即光照是植物放氧的先决条件。
1782年，日内瓦教师塞尼比尔（J.Senebier）发现经煮沸过的水中放入绿叶时，即使光照充足也不能收集到氧气。只有在水中通入CO2后，才能看到气泡（O2）出现。因此，他认为植物在光照下，为了产生O2就必须有CO2的存在，O2是来自CO2的。指出CO2是光合作用的原料，氧气是产物，而且CO2也是产物氧气的来源。
1804年，法国科学家德?索叙尔（de Saussure）通过定量植物所吸收的CO2，释放的O2及植物体的增加量发现，绿色植物在阳光照射下，用CO2与H2O在植物体内合成有机物质，并产生与CO2大致相等体积的O2。他提出，CO2和H2O是植物体有机物质的来源。即两者是光合作用的原料。
1864年，德国科学家萨克斯用天竺葵做材料实验得出结论：天竺葵的叶子在光下制造了淀粉，同时也说明光合作用需要光，产物为淀粉（糖类）。
1880年，美国科学家恩格尔曼用水绵进行实验说明：氧是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。有力地说明氧气是光合作用的产物，叶绿体是光合作用的场所。
1937年，英国科学家希尔（Hill）将离体的叶绿体加到具有适当氢受体（A）的水溶液中，光照后放出氧气，此反应称为希尔反应。氢受体有2，6—二氯酚靛酚、苯醌、NADP+和NAD+等。说明氧气是水的光解过程产生的，为人们研究光合作用产物氧气的来源提出了新的见解。
1939年，美国科学家鲁宾（S．Ruben）和卡门（M．Kamen）利用同位素标记法进行探究实验有力地证明光合作用释放的氧气来自水。
根据科学的发展进程归纳出光合作用的定义和反应式。
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放出氧的过程。即：
光能
CO2 ＋ H2O?~→（CH2O）＋O2?~
叶绿体
通过对几个光合作用发现过程中的几个经典实验的分析、讨论，使学生感受到科学发展的艰难、科学方法的重要，培养学生严谨的科学态度、激发学生的创新意识。提高学生的科学素质，培养学生设计实验，分析实验结果的能力。
有的发现史既能通过对科学家实验的分析培养学生探究问题的能力，使学生掌握科学的研究方法，又能使学生根据所学知识，解释一些实际问题和现象，增强知识面的应用能力，激发学生学习生物的兴趣，促进学生积积极主动地学习，使学生形成学习中不断提出问题、解决问题的探索过程。如生长素的发现过程、DNA是遗传物质的证明等。
1880年，达尔文研究了光照对金丝雀??草胚芽鞘生长的影响。
实验一：胚芽鞘受到单侧光照射时，弯向光源生长。
对照组实验：胚芽鞘在完全黑暗的情况下直立生长。
实验结论：向光性的形成是由于胚芽鞘受到单侧光照射的缘故。
实验二：切去胚芽鞘的尖端，胚芽鞘既不生长，也不弯曲。
对照组实验：未切去尖端的胚芽鞘，直立生长或向光弯曲生长。
实验结论：弯曲生长是由于有尖端的缘故。
实验三：用锡箔小帽罩住胚芽鞘的尖端，胚芽鞘直立生长。
对照组实验（实验四）：用锡箔套住胚芽鞘尖端下面一段，单侧光只照射胚芽鞘尖端，胚芽鞘仍然弯向光源生长。
实验结论：感光部位是尖端，弯曲部位是尖端下的一段。
总结：达尔文推想，胚芽鞘尖端可能会产生某种物质，这种物质在单侧光的照射下，对胚芽鞘下面的部分会产生某种影响。
1913年，詹森做的实验：
实验组：在切去胚芽鞘尖端的切面和尖端之间放上一小块琼脂片，单侧光照射，胚芽鞘弯向光源生长。
对照组：未切去尖端的胚芽鞘单侧光照射，胚芽鞘弯向光源生长。
结论：胚芽鞘尖端产生的刺激透过琼脂片传递给下部。为温特的实验提供了重要的方法。
1914年 拜尔的实验：
实验组：在黑暗条件下，将切下的燕麦胚芽鞘顶部移到切口的一侧，胚芽鞘会向对侧弯曲生长。
对照组：在黑暗条件下，将切下的燕麦胚芽鞘顶部移到切口的另一侧，胚芽鞘会向对侧弯曲生长。
结论：胚芽鞘的弯曲生长，是因为顶尖产生的刺激在其下部分布不均匀造成的，为温特的实验提供了重要的思路。
1925年索尔的实验：
实验组：把胚芽鞘的尖端切去，则胚芽鞘的生长受到抑制。
对照组：把切下的胚芽鞘尖端放回去，则胚芽鞘的生长恢复正常。
结论：胚芽鞘尖端含有剌激细胞生长的信号物质。
以上的实验初步证明：尖端产生的刺激可能是一种化学物质，这种化学物质的分布不均匀造成了胚芽鞘的弯曲生长。
1928年，温特的实验，是在詹森和拜尔实验的基础上进行的。
实验组：把切下的胚芽鞘尖端放在琼脂块上，几小时后，移去胚芽鞘尖端，并将这块琼脂块切成小块，放在切去尖端的胚芽鞘切面的一侧，结果发现这个胚芽鞘会向放琼脂的对侧弯曲生长。
对照组：把没有接触过胚芽鞘尖端的琼脂小块，放在切去尖端的胚芽鞘切面的一侧，结果发现这个胚芽鞘既不生长，也不弯曲。排除琼脂块的影响。
实验结论：进一步证明了胚芽鞘尖端确实产生了某种物质，这种物质从尖端运输到下部，并且能够促使胚芽鞘下面某些部分的生长。
1934年，郭葛等人提取出该物质，并确认它的化学本质是吲哚乙酸，把这种物质命名为生长素。
生长素的发现归纳：
（1）胚芽鞘的感光部位是胚芽鞘尖端。
（2）生长素产生于胚芽鞘的尖端。
（3）胚芽鞘的弯曲部位（生长素的作用部位）是尖端以下部位。
师生共同回顾生长素的发现过程，得出探究问题的方法过程：
设计实验→提出假说（推论）→实验验证→得出结论
生长素的发现过程在生命科学史上具有一定的代表性，它前后历时几十年，凝聚了众多科学家的心血和智慧，通过一系列的实验从一定程度上反映了科学探究的一般方法，对培养学生科学的思维方法和研究方法，培养学生的科学精神、创新意识和实践能力是一个非常好的素材。新课程标准和近年来高考试题中一个导向性变化，就是对学生实验设计能力明确提出了要求。学生是通过亲身实践获取的直接经验，从中初步学会科学方法，培养培养方法，培养科学精神和科学态度以及思维的新颖性与独特性等创新思维的品质。
DNA是遗传物质的证明：
理论依据：通过对与生物传宗接代有关的生理作用有丝分裂、减数分裂及受精作用和生物的个体发育等分析可知，染色体具有一定的稳定性且能由亲代传递给子代的特点，说明染色体与生物的遗传有重要的关系，而染色体的组成是DNA和蛋白质。DNA在染色体上的含量相对稳定，而蛋白质的含量不是很稳定，因此，与遗传有关的是DNA而不是蛋白质。
要充分说明DNA是遗传物质，必须通过实验才能得出准确的结论。想办法把DNA和蛋白质分开，单独地、直接地观察DNA和蛋白质的作用，这是研究问题的方法和思路。
直接证据：实验验证
1928年，英国科学家格里菲思的肺炎双球菌的转化实验，说明无毒性的R型活细菌知与加热杀死的S型细菌混合后，转化为有毒性的S型活细菌，这些转化的S型细菌的后代也是有毒性的S 型细菌，即这种性状的转化是可遗传的。没有指出转化的实质即遗传物质是什么，但给人们对遗传物质的研究提出了实验的方法和思路，加快了科学发展的步伐。
美国科学家艾弗里和和他的同事经过十几年的研究，在1944年发表了他做的转化实验结果发现：只有加入DNA，R型细菌才能转化为S型细菌，并且DNA纯度越高，转化就越有效。如果用DNA酶处理从S型活细菌中提取的DNA，使DNA分解，就不能使R型细菌发生转化。体现实验的设计思路，但是人们在理解此实验的过程中有一定的怀疑，问题关键是DNA和蛋白质是否完全分开。
1952年，赫尔希和蔡斯用同位素标记法做的噬菌体侵染细菌的实验表明：在噬菌体中，亲代和子代之间具有连续性的物质是DNA，而不是蛋白质。也就是说，子代噬菌体的性状是通过亲代的DNA遗传给后代的，因此，DNA才是真正的遗传物质。实验材料的结构和同位素示踪法技术的运用，解决了转化实验中的疑惑，使实验结果更加有说服力。
格里菲思的实验的不足之处，他并不知道转化因子是什么物质。艾弗里的不足之处是，说服力不是很强，人们还是以怀疑的眼光看待这个实验的，有人争辩说，转化是DNA中蛋白质不纯的结果，蛋白质才是有作用的因素。理解它要有一定的理论基础。而噬菌体侵染细菌的实验根本就不存在上述问题，它是最有力的直接证据。用研究采用的“同位素标记法”来说明。这样符合科学研究的过程，可以很自然地导出DNA是遗传物质的结论，使学生容易接受，并且能使学生受到科学方法教育。
研究问题的方法：
理论推断→实验验证→转化实验→侵染细菌实验→得出结论
（理论结论） （实验思路） （初步证明） （有力证明） （统一认识）
通过探究DNA是遗传物质的发现过程，使学生学习科学家严谨细致的工作作风和科学态度以及对真理不懈追求的科学精神，使学生懂得人类对事物的认识是不断深化和完善的，使学生领会科学家实验设计的科学思路、遵循的实验设计原则和采用的一些科学方法，并培养学生科学思维能力和初步研究能力，使学生初步掌握科学研究的方法和过程。
根据新课程理念，当今生物教学重在培养学生的科学思维、科学方法、科学精神等科学素养，生物科学史是生物教学中培养学生的科学思维、科学方法、科学精神等科学素养的良好素材，因此，“以探究科学发现过程来学习科学研究方法”是生物教学的重点，在生物教学过程中，通过生物科学史的教学注重实验过程的探究与科学方法的学习相结合，充分发挥学生的主体作用，使学生在探究学习中，得到科学研究方法的训练。
【参考文献】
[1]潘瑞炽，董愚得.植物生理学[M].高等教育出版社.
[2]刘祖洞.遗传学[M].高等教育出版社.
[3]朱慕菊.走进新课程[M].北京大学出版社.
