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關鍵詞:高中生物;科學史教育;實踐感悟
“科學史”這個詞跟“歷史”一樣有兩個層次的意思,第一層次指的是對過去實際發生的事情的述說,第二層次則是指對這種述說背后起支配作用的觀念進行反思和解釋。生物科學發展史既包括科學家對生命現象的研究過程,又包括科學家研究生命現象時所持有的不同觀點和態度;既包括生物學理論和方法的形成演變,又包括不同學科之間的聯系、科學與社會的相互影響。
隨著科學普及實踐中對科學的文化方面越來越多的注重,科學史教育已經成為更好地理解科學、更好地將科學文化與人文文化相結合、更好地普及科學的最重要的手段之一?!镀胀ǜ咧猩镎n程標準》亦明確提出,學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路,理解科學的本質和科學研究的方法,學習科學家獻身科學的精神。
在教學過程中,可以利用生物科學發展史資料,有目的地引入、創設與教學內容相符的生動具體的場景,將間接知識演化為直觀內容,以此激發學生的好奇心,促使他們去探索生命規律。生物科學史是科學方法不斷發展的歷史,學生關注其中,可體味科學家發現與解決問題的思路與方法,培養學生實驗能力和思維能力,提高學生科學素養,從科學家追尋的價值觀和規范中激發學生敢于質疑、敢于創新的精神。
一、利用科學史資料創設情境,引入新課題
1.科學史本身就有其歷史性和科學性,同時,許多生物科學史生動有趣,用它們來創設情境,引入新課題,能激發學生的求知欲望,吸引學生的注意力。
如,在介紹《伴性遺傳》時,可以利用18世紀英國著名的化學家兼物理學家道爾頓的圣誕禮物與紅綠色盲的故事,通過歷史故事創設情境。借以引入對紅綠色盲這一遺傳病的分析,吸引學生的注意,引入對伴性遺傳內容的學習。
2.在介紹科學史時,可以采取多種方式呈現資料,用問題驅動的方式創設情境,像科學家那樣產生疑問,發現問題,把學生從對故事的興趣轉入到對科學探索的興趣。
如,教學《DNA是主要的遺傳物質》時,可利用遺傳物質研究進程的資料展開討論引入新課?!?0世紀中葉,科學家用超速離心技術發現染色體主要是由蛋白質和DNA構成??茖W家產生一個疑問并對此爭論不休。由此,可以通過問題引導,展開討論:你認為遺傳物質可能有哪些特點?你認為證明某種物質是遺傳物的方法有哪些?”并可進一步引導學生探討:實驗是最有說服力的方法,科學家該用哪類生物作為實驗材料呢?是高等生物,還是低等生物?為什么?
如此層層遞進,引導學生追隨科學家探索的腳步,逐步深入理性思考,同時得到了科學思維的訓練。
二、利用生物科學史的材料組織進行探究性學習
利用生物學史的材料進行探究,是生物學新課程教學中常用的一種方法。根據新課程標準中相關內容的要求,對科學史的材料進行適當的選擇和組織,加以整理、轉化,設計成為有科學性和啟發性的探究課題。在教學中,應著重引導學生沿著科學家的思維和工作歷程,領悟科學家是如何發現問題、大膽假設、尋找證據、小心求證的,體驗科學家不斷深化對問題認識的過程和科學探索的精神。
如,在向學生介紹《DNA分子的結構》時,挖掘探究素材,設計探究過程,創造探究環境,引導學生參與構建DNA分子結構模型的探究活動當中。
1.借鑒前人的研究經驗,獲得靈感,確定構建模型的研究方法
查找沃森在構建DNA雙螺旋結構模型的有關科學史,將他們當時如何開展對DNA分子結構模型的研究工作,以及在探究DNA雙螺旋結構過程當中,如何獲得靈感并得到了哪些方法上的借鑒展示給學生。
沃森在《雙螺旋―――發現DNA結構的故事》一書中寫道:
“特別重要的是,我們曾認真討論了鮑林是怎樣發現蛋白質α螺旋的……不久,有人告訴我說鮑林的成功也很平常,并不是復雜的數學推理的結果……鮑林發現α螺旋并不是僅僅靠研究X射線衍射圖譜。主要方法是探討原子之間的相互關系。不用紙和筆,他的主要工具是一組分子模型。這些模型表面上看來與學齡前兒童的玩具非常相似……用同樣的方法解決DNA的問題!我們只要制作一組分子模型,開始擺弄起來就行了?!?/p>
在學生閱讀的基礎上,設置問題:這段描述,帶給你怎樣的啟示?鮑林帶給沃森的靈感是什么?沃森等科學家在揭示DNA結構的過程中,采用的研究方法是什么?引導學生進行思維探究,確定構建物理模型的研究方法。同時,也可以讓學生在潛移默化中感受科學家對科學探究的熱愛及科學態度、科學精神。
2.構建DNA雙螺旋結構物理模型
(1)構建DNA基本單位――脫氧核苷酸的結構模型
查找科學家研究DNA分子結構的有關科學史,將DNA的基本單位――脫氧核苷酸的相關情況整理后,展示給學生。
將脫氧核苷酸的相關情況,整理成探究性問題:組成DNA的基本結構單位是什么?每個基本單位是由哪幾部分構成的?組成DNA的堿基有哪幾種?并組織學生動手實踐,構建DNA的基本單位――脫氧核苷酸的結構模型。
(2)構建DNA分子的雙螺旋結構模型
①整理科學史,將科學家研究的DNA衍射圖譜及推算的DNA分子的結構、直徑的實驗結果,展示給學生。向學生提出問題:獲取上述信息,運用模型法,你將構建怎樣的模型?可能要考慮的問題有哪些?進而展開開放式討論,讓學生像當年科學家一樣,親歷科學探索過程,引發學生思考,激發學生探究激情。
②查找并整理沃森、克里克在構建DNA雙螺旋結構模型過程中的種種嘗試,展示給學生。向學生提出問題進行探討:錯誤的理由可能是什么?有哪些是有價值的?引導學生追尋科學家的思維歷程,領悟科學家是如何發現問題、尋找證據、合理推理的。
③在研究暫時陷入僵局時,看沃森和克里克又得到了誰的啟示,整理并向學生展示查哥夫帶來的信息:腺嘌呤(A)的量總是等于胸腺嘧啶(T)的量;鳥嘌呤(G)的量總是等于胞嘧啶(C)的量。根據科學史資料中的相關信息,向學生提出探究問題:a.堿基配對方式應是怎樣的?b.對原有模型的修訂是什么?保留什么?
④提出探究問題,引導學生深入思考:堿基如何連接?A-T與G-C堿基對組成的DNA分子具有穩定的直徑嗎?整理科學史中的相關研究結構,并向學生展示:四種堿基的分子結構示意圖,比較嘌呤和嘧啶分子結構。解釋堿基的連接方式―-形成氫鍵,A=T,CG。
通過問題,引導學生分析科學史的有關資料,重現這一經典的模型構建歷程,讓學生參與教學過程和思考探究,完成思維性的探究式學習,進而組織學生動手實踐,制作并展示DNA分子的雙螺旋結構物理模型,并與沃森和克里克構建的物理模型相比較,不僅可以獲得成功感,更將思維型探究式學習與操作性的模型構建相結合。同時,在模型建構的探究活動中,引導學生不斷地發現問題和解決問題,使學生在學習DNA分子結構的同時,不僅得到科學方法的訓練,并且體驗尊重事實,尊重客觀規律,善于反思,敢于質疑,勇于實踐等的科學態度和科學精神。并通過討論交流,動手實踐,增強合作精神。
科學史其實本身也是科學知識,它豐富了對科學知識的闡述,但作為科學史教育目標來說,科學知識不應僅僅在這一方面,還應在于科學史能提供科學知識的來龍去脈,科學知識的發展變化。同樣目前我們所取得的科技成就也是暫時的,需要不斷地發展與完善。生物科學史中沉淀了眾多科學家對生命世界探索的精彩片段。良好的生物科學史的教學,應該是從中選擇了恰當的材料,運用了恰當的手段,達到了最佳教學效果,讓學生似乎身臨其境,從而獲得眾多啟示的教學。托克維爾曾說:“當過去不再照亮未來時,人心將在黑暗中徘徊?!蹦敲?,在中學生物課堂中,生物科學史不但豐富了學生的科學知識,而且照亮了學生的未來。
參考文獻:
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[4]劉本舉.例析科學史的教育功能與教育實踐[J].生物學教學,2006,31(2):22-24.
一、教師領導方式的選擇
教師的領導方式直接影響課堂心理氣氛的形成,教師的領導方式是教師用來行使權力與發揚其領導作用的行為方式,可分為專制型,民主型和放任型三種。民主型領導,指教師在課堂中以民主的方式教學,重視學生集體的作用,教學計劃和決策是全體成員討論和共同分享的,教師力圖使自己成為一個幫助者和促進者,以對學生進行幫助和指導,鼓勵個人和集體的責任心和參與精神,對學生的表現給予客觀的表揚和批評。
從對課堂心理氣氛和學習效率的影響來看,放任型的領導是最差的,民主型領導的學生和專制型領導的學生相比在態度和責任心方面比較好,且師生關系融洽,課堂呈現熱烈活躍與嚴謹祥和的景象,學生的情緒體驗以愉悅為主。因此生物學教師在授課過程中,應采用民主型的領導方式,避免使用專制型領導,杜絕使用放任型的領導方式。
二、建立和諧的師生關系
健康的課堂心理氣氛主要靠良好的師生關系和生生關系來建立,親密和諧的師生關系,能使學生強烈地體驗到安全感、滿足感、幸福感和責任感,從而養成奮發向上的樂觀情緒和掌握待人處事的適當方式等健康心理和行為。
教師要改變錯誤的觀點和行為。在應試教育中,學生以分數為標準被貼上不同的標簽。教師在教學過程中有意或無意中剝奪了差生成功的機會。例如,在教學中較少注意他們,或較少對他們微笑;較少讓他們在課堂上回答問題或做公開演示;當讓他們回答問題時,如果不能立即答出,教師等待的時間較少;回答問題不正確時,教師通常會做出批評;當他們正確地回答了問題時,教師很少公開提出表揚等等。成績差的學生長期得到教師消極的評價和對待,會導致學生產生消極的自我概念和較低的成就動機。
教師也要掌握一些師生交往的技巧。在課內:學生進入課堂時教師可友好地與他們說話;以個別方式檢查學生的課堂活動;了解、記住和稱呼學生的名字;與學生分享玩笑與幽默;培養對學生成績的集體自豪感。在課外:迎面遇見學生,主動前去與學生交談;留意困難學生,主動與他們交談;了解學生的不同環境,理解學生的生活方式;真誠關懷學生面臨的社會問題。另外,教師巧妙地運用教學語言和身體言語,以及正確的教學策略的選擇,也能迅速地縮短師生之間的心理距離,建立親密的師生關系。
三、指導學生對學習結果進行積極的歸因
結果成敗歸因的重要作用在于,通過產生一定的成功預期和情感而影響后繼行為的動機。不同地區、不同性別的學生對不同學科學習結果的歸因方式存在差異,并且不同的歸因方式會產生不同的效果。比如,個體把某項活動中的失敗歸因為缺乏能力,就會產生消極的情緒,降低甚至喪失成功的預期,進而降低相應的后繼行為的動機水平。但如果歸因為自身努力不夠,個體則會保持較高的預期,并增強后繼行為的動機水平。同樣,歸因還會影響到學生的自我效能感。因此,如何歸因對學生來說關系重大。歸因訓練研究總結出兩類典型的成敗行為歸因模式:積極的歸因模式和消極的歸因模式。
積極的歸因模式:
成功能力增強成功預期動機水平提高自我效能提高
失敗缺乏努力保持較高的預期動機水平提高維持較高的自我效能
消極的歸因模式:
失敗缺乏能力降低成功預期動機水平降低自我效能降低
成功運氣很少增強成功預期動機水平不高自我效能低
四、通過對高中生物學中的審美因素的發掘加強師生間情感交流
審美教學是生物學科的需要,也是素質教育的需要。教學中要善于發現和發掘各種審美構成因素,使生物課的整個教學過程轉化為美的欣賞、美的表現和美的創造活動,從而有效地提高生物學教學質量和促進學生良好的個性心理品質的形成。生物科學是由概念、原理及其論證所形成的科學體系,是生物學家在實驗觀察的基礎上通過抽象、歸納、演繹、美化、綜合等思維的過程建立起來的。生物學家的探究過程是以審美心理為導向的,比如DNA分子模型的建立、遺傳基本規律的發現都是如此。生物學理論是對生物美的概念化,是以簡潔的形式來說明復雜的現象。每一次生物學的重大發現和技術突破,都包含著科學家們求真求實、百折不撓的人格美和科學發現過程的思維美。生物學是一門實踐性很強的學科,與人類的生存和發展息息相關,青霉素的發現和應用,雜交水稻的培育和推廣,基因治療的研究和應用,都給人的生活帶來美的變化,學生也能從中感受到科學技術的社會價值和經濟價值。總之,生物科學不論在理論上實踐上還是內容與形式上,都折射出科學美的絢麗光輝。
生物學的審美構成,既有教學內容的因素,也有教學形式的因素,同時也有作為聯接內容與形式的物質中介――教學媒體的因素,可以說融合了自然美、社會美和藝術美的審美屬性??傊?生物學教學中的審美,不僅僅是來自視聽的感官享受,更重要是能引起學生心理結構各層次的活動,包括調動起無意識心理活動,使得學習內容變得生動而親切,學習過程變得富有創造力和生命力,學習的思維更加活躍,從而產生心理學家馬斯洛所說的“高峰體驗”。
總之,在高中生物教學中不僅能夠而且應該營造和諧的課堂心理氣氛,這樣不僅能提高學習效率,還能豐富學生的情感體驗,有利于學生形成良好的個性心理品質。
【參考文獻】
[1]皮連生主編,《教學設計》,北京:高等教育出版社,2000,6:195―196
[2]章志光等、《社會心理學》,北京:人民教育出版社,1998:564
關鍵詞: 地方綜合院校 植物生理學 教學改革
植物生理學是研究植物生命活動規律、揭示生命現象本質的一門學科,在生命科學研究中占據重要地位[1]。其涉及的理論與技術已滲透到生命科學的眾多領域,大大推動了生命科學的發展。學生通過本課程學習和訓練,系統掌握植物的生長發育與形態建成、物質與能量轉化、信息傳遞和信號傳導等基本理論知識,在微觀水平和宏觀水平上全面了解植物的生命活動規律,初步具備分析、解決問題的能力。
南通大學作為一所地方綜合性院校,十分注重學生實踐和創新能力的培養,著重拓寬學生的學術視野,完善知識結構體系。在一些綜合院校不開或少開植物生理學的情況下,我校目前有生物科學、生物技術、海洋技術,環境科學、土地資源與環境等專業開設了《植物生理學》這門基礎課程。為了激發學生在該學科領域的學習興趣和創新意識,培養學生自主探究和實踐創新能力,我們在不同專業《植物生理學》課程的教學過程中,結合專業培養目標,對當前教材中存在的問題和學科發展進行了一些思考,對該課程的教學內容、教學方法、教學實踐等方面進行了初步的改革探索,不斷提高教學質量。
1.合理設置和優化理論教學體系
植物生理學的教學內容涉及植物生命活動的各個方面,涉及面比較廣。但目前各個高校選用的教材和教學大綱都不盡相同。我們根據人才培養方案和教學大綱選用了潘瑞熾主編的《植物生理學》,就其內容在教學上有兩個比較突出的問題,一是課時少內容多,這就要求我們在現有的教學時數上,很好地精煉內容,二是教學內容與很多學科的內容相互聯系、相互滲透,涉及分子生物學、分子遺傳學、生物化學、細胞生物學、生物物理學、生態學等。為了使本學科與其他課程的知識緊密銜接而又避免不必要的重復,我們在教學內容的選擇上把握兩個原則,一是側重學生所需要的必備基本概念和基本理論知識。二是簡化與其他學科重復的內容。如植物信號傳遞與轉導既是植物生理學的內容,又是細胞生物學課程中的重要內容,植物的呼吸生理,生物化學課程對呼吸過程有詳細介紹。學過的知識我們只做簡單的復習,減少相近學科間內容的重復。教學中結合本學科研究新進展,及時增補有關新知識,更新和充實教學內容,讓學生了解本課程的最新成果。如:植物體光形態建成,以及花形態發生中的同源異形基因和ABC模型,春化基因等[2]。
另外,針對開設該課程的不同專業,其課程內容的講授也作了適當調整,比如土地資源與環境、環境科學專業學生生物學基礎知識較薄弱,在學習植物生命規律中涉及較多生物學方面的知識,為便于學生對課程內容的學習和理解,增設一章“植物細胞組成”,介紹主要的植物生物大分子及細胞的結構和功能,強調植物各級水平形態結構,同時講授重點放在植物結構方面,方便學生對后續課程的理解與掌握,如環境污染對植物影響;生物科學專業學生缺乏環境相關知識,在植物抗性生理講授內容上重點放在環境方面。不同的環境對不同植物和植物不同層次的影響表現不同。生物技術專業除了學習植物基本生命活動規律外,更側重于從技術方面(如基因工程、細胞工程、組織培養等)學習,海洋技術專業更多結合海洋植物和陸生植物比較介紹,使不同專業學生對該課程內容的學習和理解的側重點不同,方便學生對后續課程的理解與掌握。另外,凡是學生通過自學可以了解的部分,就不講或少講,把重點放在植物生理機制及其在農業等實踐應用上。現代生物學新技術和新成果層出不窮,我們充分利用現代信息手段,及時搜索植物生理研究領域的新成果和熱點,補充到講授內容中,傳授給學生,使學生緊跟學科發展的步伐,適當引入學科領域的前沿理論與技術成果,公眾關注的現實問題,以及教師科研案例等,加深植物生命本質這條植物生理主線的認識。引導學生課后查閱相關資料,主動學習和探討。課堂上根據該課程的教學目的和培養目標,遵循“少而精”的原則,突出重點難點。
2.優化和改進教學方法,不斷強化教學效果
教學方法適當與否?直接關系到教學效果的好壞,決定教學的成敗。在《植物生理學》的教學中采用課堂提問、師生互動、多媒體演示、教學信息反饋等多種教學方法,能夠活躍課堂氣氛,提高學生理解知識的能力。
2.1采用課堂互動和啟發式教學,提高學生積極性。
課堂互動是教與學之間溝通的有效方式,更是師生之間思維碰撞、教學相長的一種有效途徑[3]。我們預先設計好一些問題,學生總結出相應的觀點和結論,教師再對這些觀點加以評價和引導,以此培養學生發現思考和解決問題的能力,還能營造生動活潑、充滿生機的課堂氣氛。教師指導學生主動參與,能充分體現學生的主體地位。我們在課堂教學中,注重創設問題情境,引導學生質疑、設疑、釋疑,充分發揮學生的主動性。教學過程中注意傾聽學生反饋,隨時調整教學方法。通過加強師生互動,形成以學生為主體,教師為主導的課程體系教學方式。
啟發式教學,是由學生運用所學的知識對教師所提出的問題進行分析、判斷和解決,達到觸類旁通、舉一反三的教學目的。啟發式教學可以充分調動學生的學習積極性,激發學生的學習興趣,創造良好的學習氛圍,使學生從“要我學”轉變為“我要學”。而且通過對解決問題方法的探索,可以激發學生的創造熱情,培養創新能力。啟發式教學中的關鍵在于如何給學生創設思考的契機,讓學生積極、自主地鉆研。在講授植物生理具體問題時,筆者首先介紹一些具體的示例,比如學生生活中遇到或了解的植物的頂端優勢,水果低溫保鮮,植物秋季的落葉,有些植物生長得旺盛,但產量低,果樹生產大小年現象,施肥出現燒苗,等等,然后拋出問題:植物為何會出現這些生理現象?人們在生產實踐上時應該如何注意?這些問題的提出吸引了學生的注意力,激發了學生的學習興趣。
2.2利用現代多媒體教學,擴大教學信息量。
現代多媒體技術以聲圖并茂的信息傳播方式,將各種文本、圖形、圖像、動畫、視頻、音頻信息自由表達,不僅能擴大教學內容的信息量,而且能極大地克服書本知識的教條與乏味,可以大大提高學生的學習興趣,并對過于抽象的知識有直觀的認識。通過單一渠道吸收的信息量是有限的,通過視覺和聽覺獲取的信息最容易被人接受且容易記憶。如植物的礦質營養,各種必需元素的過多或缺乏對植物生長發育的影響,單靠文字理解,枯燥無味不易記憶,用多媒體圖片列舉不同作物營養缺乏不同元素的具體形態表現方式進行展示,可以收到事半功倍的效果。此外,運用多媒體技術還可以給學生展示一些無法開設的實踐課程,比如同化物的運輸分配的環割實踐,在北方果樹生產上具體應用,如果能夠帶領學生到處理點進行實地參觀,就定會收到意想不到的效果,但不太現實。筆者充分利用網絡資源,從網上下載了一些處理工藝的視頻,在一定程度上彌補了不能帶領學生進行實地參觀的不足,同時增加了學生的感性認識。
2.3注重分類歸納、教學信息的反饋。
植物生理學教學重點難點多,教學課時少,在備課時注重分類歸納,從教材分散龐雜的內容中理出一個清晰的脈絡。講課時注重條理清楚、層次分明、深入淺出。如講授植物光合生理時,要求學生從光反應、暗反應兩個層次理解,再掌握各個層次特點。注重課前回顧和課后小結,講課前先對上次內容作簡單回顧,突出重點、承上啟下,單元內容結束時,以圖表或簡練的語句歸納總結,使學生學會把握知識的全局框架,便于融會貫通。在教學過程中還注注聽取學生的反饋,隨時調整教學方法,便于提高教學質量。隨時聽取學生對教學的反饋是非常必要的教學環節。針對學生提出的問題及時調整教學方法,強化教學效果。首先,學生普通反映需要記憶的內容多,知識容易遺忘,重點把握不好,因此每次課前對上一次課重點進行小結,在講課時注重知識前后的連貫性,每一章結束時安排習題練習。
3.突出實際應用,注重改進實驗實踐教學
植物生理學理論來自生產實踐,又指導實踐,是一門實踐性很強的課程,在教學過程中既應充分發揮實踐活動在其基本理論中的作用,又應充分發揮植物生理基本理論對實踐的指導作用。經過近幾年的摸索與實踐,結合我校實際情況,我們組織編寫了《植物生理學》實驗手冊,精心設計實驗,形成了驗證性實驗、設計性實驗、綜合性實驗、開放性實驗相結合的多層次實驗教學模式,將課堂上所學到的知識在實驗中很好地運用。實驗教學環節,為學生提供了更多的動手機會,在培養學生自主學習、實踐動手能力、創新能力等綜合素質方面有著重要作用。將一些具有科研性質的實驗引入到教學中,使學生實驗具有一定的科研性質,這樣既可以讓學生盡早了解學科發展前沿,又可以培養學生創造性思維和獨立開展實驗能力,如“植物抗性生理”。安排是水稻接種紋枯病原菌后,幾個主要抗性酶活性的改變實驗。通過實驗教學,加深了學生對抗性生理的理解,減少了學生在學習過程中的乏味與枯燥,同時又聯系了植物抗病性研究的前沿。此外,結合南通本地設施農業發達生產實際,增加實踐學時,定期帶領學生前往南通主要設施農業基地,實地觀察相關調控植物生理活動的具體操作,如水肥管理、植物生長調節劑應用等。到南通沿海灘涂實地了解抗性植物的生長,利用學校植物園植物資源豐富的優勢,培養學生實地調查、收集資料、解決實際問題的能力,使學生真正做到植物生理理論知識聯系生產實踐。
4.改進考核評價方法
考核評價是教學過程中的重要環節。為了改變高分低能狀況,我們對考核評價方法進行了改革。改變以往那種一次考試定全局的考核方式,如加大平時成績的比重??己朔绞缴辖档推谀┛荚囋诳偝煽冎兴嫉谋戎兀⒅乜疾煺n程讀書報告和實驗報告。其中,讀書報告要求學生結合學習內容,以某一植物生理目前的研究熱點問題為主題,查閱國內外文獻,撰寫課程讀書報告,并進行交流匯報,課程成績的評定采用平時成績與期末考試成績相結合,讀書報告占20%,實驗報告占20%,期末考試成績占60%。這樣可以全面考查學生對知識掌握的程度。這樣學生該門課程的總評成績是一門綜合成績,試卷不再是成績的最終判決書。
結合我校實際,我們對植物生理學課程教學進行改革摸索,并付諸教學實踐,教學效果顯著。隨著現代技術的發展,教師應不斷吸收植物生理和現代生物技術領域的最新研究成果,及時更新知識,不斷提高教學能力。植物生理學課程教學改革是一個不斷探索、發展和完善的過程,在今后的教學中,我們還要不斷地深入研究和改革探索,不斷提高植物生理學課程教學質量。
參考文獻:
[1]潘瑞熾.植物生理學[M].北京:高等教育出版社,2012.
一、落實新課標精神,促進學生科學素質發展
《高中物理課程標準》指出:在課程目標上注重提高全體學生的科學素養。因此,在高中物理教學中要切實轉變圍繞高考指揮棒轉悠的現象,確立提高學生科學素養的終極目標,要為學生的終身發展奠定基礎。在具體的物理教學過程中,有可能高考考到的知識點,師生要合作探究,沒有可能考到的知識點也要合作探究,要幫助學生掌握科學的方法。在傳授給學生物理知識的同時,也應該讓學生進行動手操作,進行實驗,再現知識的形成過程,幫助學生加深印象。積極引導學生進行開展物理課外活動,進行物理研究性學習,探究物理知識,進行物理小發明,小創造,將所學知識加以靈活運用。物理是一門綜合性的學科,融科學思想、科學方法、科學實驗于一爐。用假設的理論去指導實驗,用科學實驗去佐證理論,具有很強的邏輯性、嚴謹性,在學生的成長歷程中起著舉足輕重的作用。教師要引導學生在觀察物體中尋求道理或者探究現象中推測原理,在不斷的思維訓練中讓學生運用所學的物理知識去解釋生活現象,探索事物之間的規律,從而加深自己對于物理學的理解和體驗,進而促進學生自主地進行探索和創新。
二、落實學生主體地位,變講話為對話
傳統的物理課堂,是講話式的課堂。固然也要調動學生聽課的積極性和學習的主動性。但是在具體操作的過程中,受高考指揮棒的引導,物理的課堂教學在不少情況下仍舊不知不覺地走到“老師講話,學生記錄,以解題訓練為主,重視理論教學,輕視動手實驗”的應試教育的軌道上,緊扣考試要點,壓寶考試題目,反復練習題目在很多中學物理課堂上仍舊是司空見慣的現象。學生長期處于課堂上的被動地位,所有的學習步驟,學習內容都在老師的計劃中進行,長此以往,學生的主動性會被扼殺,學習興趣低下。而課堂教學效率的提高有賴于學生的積極參與,要積極引導學生動手操作,動腦思考,動眼觀察,動嘴表達,讓學生的思維始終處于興奮狀態,而要切實將學生置于主置,變講話為對話,必須要做到以下幾點:
1、注重激發學生學習物理的興趣。愛因斯坦說:熱愛是最好的老師,興趣是永恒的動力。只有在備課的過程中精心預設,充分挖掘物理課程與日常生活之間的聯系,讓學生充分感受到物理知識在生活中是有用的,應用所學的物理知識可以解決生活中遇到的實際問題。比如我們在騎車時遇到逆風的情形,寸步難行,此時想辦法降低與風接觸的面的面積,阻力就會減小,速度就能提升。還可以探究現代物理技術所取得的新的成果,以及這些成果對于人們生活所發生的改變。比如正是對于太陽能的深入研究,才導致光伏產業的飛速發展,太陽能熱水器廣泛應用讓人們的生活變得越來越快捷方便,越來越美好。蓄電池的體積越來越小,功率越來越大,導致了人們交通方式發生了很大的變化,電動自行車越來越普及,電動車以其花費小,不要年檢,越來越受到普通民眾的喜愛,家鄉的人們買電動車的越來越多。書本知識和生活實際的有效結合,可以引導學生去探索身邊的科學奧秘,激發學生投身物理研究,從而將課外研究性學習引向深入。
2、建構學生主動參與的課堂教學氛圍。在物理教學過程中,教師要與時俱進,主動摒棄陳舊的教學觀念,放手讓學生主動學習,主動探索,把學習的主動權還給學生。引導學生動手實驗,動腦思考,去理解知識的形成過程,掌握科學的研究方法,養成嚴謹的學習和研究習慣。在物理教學過程中,課堂導入要生動有趣,比如學習《萬有引力與航天》時,可以重溫牛頓在蘋果樹下被落下的蘋果擊中頭部的故事。對于教材的研讀讓學生自主閱讀,自己發現學習中的重點和難點,引導學生善于提出問題,善于質疑學會真正學會思考,學會質疑。教師還應該精心設計一些富有啟發性的問題,主動激發起學生的思考,讓學生充分利用小組合作的機會去集思廣益,進而融會貫通。在進行課堂討論的時候,切莫走過場,流于形式,看看時間不夠就匆匆結束,而應該巧妙安排,該給予足夠時間的一定要留有足夠的時間,讓學生去充分討論,不必拘泥于現有教材的結論,畢竟進入信息時代,學生獲取知識的途徑很多,也許有些學生獲取的信息超前于現有的教材體系。如果能夠溫故知新,并通過實驗加以驗證,再借助練習得到鞏固,形成物理研究的能力,則學生的科學素養就在潛移默化中得到提升。
三、開展多種形式的實驗活動,發展學生的操作能力
關鍵詞:生物教學;活用;激發;化繁變簡;魅力課堂
我們學校的生物教學課堂有其特殊性。學校教學設備正處在不斷完善之中,來自不同地區的教職工隊伍力量雖然很雄厚,但還未形成核心力量,不同教師教學理念不完全相同,其教學水平、思維創新還跟不上廣東省教育強省改革步伐。而且,汕尾地區學生的學習特點比較特殊,絕大部分學生都比較怕吃苦,缺乏刻苦鉆研的精神,社會和家庭對孩子的期望值較高,但積極協作學校開展德育教學工作的參與度較低,這樣,學校的教學和學生的成長幾乎是單線作戰。這種情形,較大地制約了學生綜合潛力的挖掘開發,面對以上這些情況,如果學校的教師仍然參照教學大綱要求,實施常用的教學方法、遵守學校的教學常規進行教學,雖然教師花了較大心血去備課,學生強迫自己很認真聽課,努力學習,而學生最終還是提不起學習興趣,學習成績也難以提高,結果也是事倍功半,效率較低,還使教師和學生背上了沉重的心理負擔。
在此,我將自己的教學經驗與學校學生的學習實際結合起來,多次探索實踐,加以修正,實施于生物教學課堂,形成一套有特色的創新高效教學課堂。
首先,駕馭教材,活用教材。對于不同層次的學生知識基礎底子不同,按照教材內容進行常規授課,要求學生全面掌握知識點,難度非常大,更不用說去掌握重點知識,突破難點知識了。我將生物課堂學習目標先列出來,確定學生達到這個層次,化繁變簡,使不同學生都能完成一定任務,享受到勞動后必有收獲的成就感,進而就激發了學生繼續學習的欲望。
其次,常用生活例子導入,吸引學生學習注意力,激發學習生物課程的興趣,生物學科知識來源于生活,又用于生活,是與生活聯系最密切的學科,在生物課堂上將所有的知識點均可用在生活例子導入甚至把較難理解的重難點知識用生活語言將其分解剖析,舉生活例子進一步加深記憶和理解,學生的注意力就主要集中在有趣的生活例子上,同時也完成了生物知識的學習,并進一步激發了學生繼續學習生物知識的興趣。
第三,營造公正、平等、民主、和諧課堂。進入課室爭取與每一個學生都要平等和諧相處。不能以任何方式傷害任何一個學生,營造一個具有濃郁家庭式的氣氛的課堂環境,使學生感受到教師的嚴父慈母般的仁愛和關心,暖化、觸動和凈化學生的心靈,同時使學生樂意聽課,喜歡聽課,進而是主動聽課,積極學習,學習效果是顯而易見的,學生就有了學習的動力,掌握生物知識就會事半功倍。
第四,巧設練習,分層布置作業。牢記學生的畏難心理,對知識點通過簡單題目的形式練習鞏固,對重難點知識進行分割成塊,化繁變簡,化難為易去設置成作業。為了滿足極少數成績較好的學生完成更高目標知識掌握。另設一些拓展題目為選做題。這樣通過難題的簡單化練習,學生在做作業的過程當中沒有心理負擔,做題的思路清晰,高質量完成了作業,準確率較高,極大地促進了學生的學習熱情,做作業成為學生獲得成功的喜悅。
第五,教學課堂多種方法多管齊下,把握有利時機邀請學生家長聽課,聽取家長寶貴意見,促進教學提升,共同抓好學生成長之路。
作為一門領域廣闊的基礎科學,今天的物理學,在超快激光與大功率激光、各種新型功能材料、物質的深層次結構和宇宙演變規律等前沿研究領域,以及信息、生物與醫學等領域的高新技術開發方面,仍然充滿著強大的生命力和推動力。
“即物窮理”是在物理學發展史上有過偉大貢獻的大師們普遍具有的境界,也是其他科學領域里的大師們普遍具有的境界。在物理學發展史上占有重要地位的科學家,盡管或多或少都受到他們所處時代的局限,但在所面對的物理現象面前,都顯示出豐富的想象力,或高超的歸納、推理能力,甚至深邃的洞察力和頓悟力,因而能夠抓住問題的本質,發現潛藏于現象背后的規律。 因此,物理學帶給人類的財富,不僅僅在于它不斷地推動著科學技術的發展,還在于它不斷地推動著人類思想與意識的進步。
科學發展與人類進步的歷史一再證明:沒有一項發現是終極發現,沒有一項發明是終極發明,沒有一種理論是放之四海而皆準的理論。人類的創造力,源自于永不歇止的好奇心和嘗試欲。
五千年的燦爛文明,鑄造了中華民族的聰明才智。曾經經歷過的屈辱和慘痛歷史, 鑄造了中華民族奮發圖強的堅韌毅力。
你們是國家改革開放以后出生的新一代,你們是中華民族歷史上空前幸運的一代。安定的社會環境,高速發展的國力,日新月異的科學技術,為你們大展才干提供了你們的先輩曾經夢寐以求而不可得的大平臺。
人生如渡海,既然已經作出了選擇, 就不應當輕言放棄。只有堅持,才能到達彼岸!
江蘇省高考物理考試說明提出要把對學生能力的考查放在首要位置,并列舉了要求考查的五個方面的能力,其中第四個方面是應用數學知識處理物理問題的能力,即能夠根據具體的問題找出物理量之間的數學關系,根據數學的特點、規律進行推導、求解和合理外推,并根據結果做出物理判斷,進行物理解釋或得出物理結論.能夠根據物理問題的實際情況和所給的條件,恰當的運用幾何圖形、函數圖象等形式和方法進行分析、表達.能夠通過分析所給的圖象找出其所表示的物理內容,用于分析和解決物理問題.
高考的要求對高中物理教學有著現實的指導意義,其對學生數學能力的考查在近幾年高考試卷中體現的非常充分.如2012年江蘇卷第4題,2014年江蘇卷第5題等.但筆者在教學中發現學生數學知識準備不足,遇到復雜些的計算錯誤率很高,甚至直接跳過.長此以往,學生怕做這類題,教師卻常常抱怨:“這么簡單的運算的也不會”.究其原因,從初中到高中,物理的學習對學生數學能力的要求有著明顯的提高,學生數學知識的準備往往落后于學習物理時對其數學知識的要求.比如;矢量的運算法則在高一物理第一章“運動的描述”就會涉及,而數學教學中“向量的運算”至少要落后一個月,這無形中造成了學生對矢量理解的障礙.
本文中筆者對高中物理教學中常用的數學知識進行了歸納整理,希望對同仁們的教學有所幫助.
2教學中常用的數學知識
2.1矢量(向量)與標量的知識
對矢量的理解是高中物理概念教學的重要一面,是對物理概念全面、深入理解不可或缺的一點.學生常常將矢量與標量混淆,在矢量運算時直接相加減,將標量正負[TP6GW50.TIF,Y#]的意義理解為方向.所以,矢量的學習既是學生學習的難點,也是教師教學的重點.高中階段涉及的矢量有位移、速度、加速度、力、電場強度、磁感應強度、動量等,涉及的標量有路程、功、動能、勢能、磁通量等.在教學時,教師可以根據需要將矢量的運算法則先介紹.如圖1.
2.5相似三角形
對應角相等,對應邊成比例的兩個三角形叫相似三角形.在共點力的平衡和帶電粒子在勻強電場中做類平拋運動中,應用相似三角形可以給解題帶來方便.
例5如圖7所示,輕繩1繞過固定在A點的定滑輪系在輕桿B端,輕桿另一端通過鉸鏈連在O點,B端下面掛著重為G的小球,拉繩1使輕桿緩慢轉動,不計所有阻力,此過程中繩1對B端的拉力T和桿對B端的支持力F的大小變化情況是
[TP6GW56.TIF,Y#]
A.T增大,F減小
B.T減小,F增大
C.T增大,F不變
D.T減小,F不變
解析緩慢轉動過程中,B端合力為零,T、F、G三個力構成封閉的矢量三角形(圖陰影區).由幾何知識可知:三角形ABO與力構成的三角形始終相似.
AOGBOFABT,
AO、OB的長度不變,AB長度變小,所以F不變,T減小.
3對高中物理教學的啟示
3.1了解學生的數學基礎,為新知識的教學做準備
高中物理難學的一個重要原因是學生的數學知識準備不足.但具體是哪些知識欠缺,如果沒有調查摸底,恐怕很難說清,更別提在課堂上有的放矢,化解難點了.解決此問題的方法通常有三種,一是先研究教材,掌握本節內容需要哪些數學知識,再向學生或數學教師了解這些知識初中有沒有學過,學到什么程度,高中階段會在什么時候講,講哪些內容.二是向有經驗的老師請教,此法常能事半功倍,尤其對新教師掌握學情,提高效率有很好的幫助.三是通過分析檢測中的錯誤,在試卷講評中補充必要的數學知識,并做好總結,為以后的教學服務.
3.2逐步滲透,循序漸進,提升學生解題能力
在物理課堂講數學知識不會是一種常態,對數學知識的補充也不會一蹴而就.因此,我們有必要對此作個整體的規劃.筆者認為逐步滲透,循序漸進符合學生認知規律,是比較妥當的方法.在高一階段,學生知識準備不足,此時數學知識的滲透和物理新知識的的傳授同樣重要.高二階段,需要著重講解重要數學工具的應用,如:函數法、微元法、圖象法.高三階段,主要的數學工具都已介紹,此時的重點應放在學生分析綜合能力的提升.
一、培養創新能力的基本指導思想
物理教學中培養學生的創新能力是指在全面提高學生的綜合素質的基礎上,最大限度、恰到好處地給學生提供自我學習、自我創新的機會,讓物理課堂教學煥發出生機和活力,不僅要讓學生了解、掌握有關知識“是什么”、“為什么”,還要給學生提供思考、探索的空間和時間,讓學生帶著疑問去尋求“還有什么”,從而對所學知識達到創新的目的。同時教師還一定要遵循認知規律,盡力創設問題情景,激發創造性思維的火花,重視培養學生善于發問、勇于創新的學習習慣,鼓勵學生自己去看、去做、去創新,以培養學生的創造和探索能力。
二、培養創新能力的前提條件――抓好課堂教學,重視基礎知識
1.課前,教師在備課過程中,要在分析教材、學生現狀的基礎上除落實好教學目標外,還要有意識地滲透創新教育的思想。在教學過程中,教師要注意構建和諧、民主的課堂教學氣氛,使師生交往的狀態達到最佳水平,盡可能增加學生自己的探索知識的活動量,給學生一定的自由,讓學生充分地動腦、動手、動口,發揮學生的主觀能動性,激發學生的創新意識。同時還要實施分層次教學,對不同層次的學生應有不同的階段性目標要求,并在教學方法上給予指導。例如,對學習困難的學生,要加以耐心幫助,鼓勵多做實驗和參加物理實踐活動,對學有余力的學生,可采取研究性學習等多種方式,培養他們的創造和探索能力。再如,在作業的安排上,既要有統一的基本題以完成教學的基本要求,又要有不同要求的選做題,或者一題多解等以適應不同水平學生的不同需要。另外教師還應在教學活動中注意啟發學生用學過的知識、技能、方法等去理解、去創造,以提高學生的創新能力。
2.要培養創新能力還必須讓學生系統地掌握好物理這門學科的基礎知識,這是學生發展智力和培養能力的基礎,只有學生在掌握了科學性和規律性的知識之后,智力才會得到相應的發展,創新能力才會提高。
三、培養創新能力的途徑――盡力設疑,鼓勵質疑問難
1.物理學家愛因斯坦說:“提出一個問題,往往比解決一個問題更重要”因為解決一個問題是知識技能的運用,而提出一個問題需要創造性的思維。教師在施教過程中應盡量創設問題情景,給學生造疑,促使學生對研究的問題產生濃厚的學習興趣。例如:教師在講授利用伏安法測電阻的實驗時,在說明利用伏特表和電流表測出的電壓和電流可算出待測電阻后,問能不能只用一個電壓表或電流表來測量電阻呢?如果能,還需要哪些輔助器材?怎樣測量?請說出你設計的方案并畫出電路圖。通過逐步設疑這樣的教學活動,就可以培養學生探究科學的興趣和創造性的思維。
2.鼓勵質疑問難,培養學生的探索精神。讓學生敢于發表不同的見解、學習的思路,問題的答案等,不強求統一,允許學生有不同的理解。這樣必然會使學生的思維靈活、多變,從而為創新能力的培養敞開大門。還要引導學生對同學提出的問題進行評價,以逐步提高學生質疑問難的能力。
四、培養創新能力的有效手段――加強實驗教學
關鍵詞 科學史教學 生物學教學 科學方法
中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B
在人教版現行的高中生物教材中許多章節都滲透著生物科學史的內容。無可厚非,科學史的教育在培養學生的情感、態度與價值觀的目標上有著舉足輕重的作用。例如,體會研究生命科學的價值,感受科學家們崇高的精神境界,養成敢于質疑、嚴謹求實的科學態度,培養探究意識和創新精神等。然而如何讓生命科學史教育在知識與技能、過程與方法這兩個維度的教學目標中也充分體現其價值,則值得教師探索和追尋。
利用科學發展史,能為素質教育課堂服務,充分培養和提高學生的科學探究能力和生物科學素養,實現教學模式和學習方式的重大變革。筆者結合教學實踐,以必修二《遺傳與進化》中的幾節課的教學設計為例,談談如何將科學史融入課堂教學。
1 在科學史中領悟科學方法,并實現方法的遷移運用
從“孟德爾的豌豆雜交實驗”到“基因在染色體上”,實現假說-演繹法在遺傳學上的遷移運用。
孟德爾兩大遺傳定律的發現離不開科學的實驗設計程序以及重要的研究方法——假說-演繹法。孟德爾先進行了一對相對性狀的豌豆雜交實驗,用純種的高莖豌豆與純種的矮莖豌豆雜交,發現子一代全是高莖的;接著讓子一代的高莖豌豆自交,得到的子二代中有高莖也有矮莖,并且出現3∶1的性狀分離比。他在實驗和觀察的基礎上發現并提出問題:子一代為什么全是高莖,矮莖性狀哪去了?為什么子二代中又出現了兩種性狀,并且分離比都接近于3∶1?他對提出的問題嘗試作出回答,即作出假設:“在生物的體細胞中,控制同一性狀的遺傳因子成對存在,不相融合;在形成配子時,成對的遺傳因子發生分離,分離后的遺傳因子分別進入不同的配子中,隨配子遺傳給后代?!碧岢龅募僬f不僅要合理地解釋已有的實驗現象,還必須能對其他的實驗結果進行預測。在此基礎上,他又設計了一個測交實驗,實際上也就是演繹推理的過程,用提出的假說預期測交實驗(F1與隱性純合子雜交)的結果。最后孟德爾通過實施測交實驗,觀察、測量實驗結果,與預期進行比較,從而對假說的正確性作出判斷:如果實際結果與預期結果相符,就可以證明假說是正確的;否則,就說明假說有弊端,須修正和補充。
在學生體驗了假說-演繹法之后,教師可引導學生繼續將這種研究方法應用于“基因在染色體上”的學習,作為教師貫穿教學的主線索。薩頓發現基因和染色體的行為在形成配子和受精過程中存在明顯的平行關系,從而推出基因在染色體上。這就是發現并提出問題的階段。隨后摩爾根利用果蠅進行了雜交實驗。他將紅眼雌果蠅與白眼的雄果蠅雜交,子一代無論雌雄個體全為紅眼,于是他讓子一代果蠅自由,子二代中出現紅眼果蠅和白眼果蠅,比例為3∶1,但白眼果蠅全是雄性的。此時根據實驗結果,可以引導學生思考:果蠅顏色的遺傳是否符合孟德爾的分離定律?(符合,子一代只出現顯性性狀——紅眼;子二生性狀分離,且分離比為3∶1。)但是在該實驗中,白眼的性狀又與性別相關聯,這說明了什么?(說明控制眼色的基因位于性染色體上。)接著引導學生分析,有哪些可能性?分析可能有三種情況:(1) 控制眼色的基因在X、Y染色體上都有;(2) 控制眼色的基因在Y染色體上,X染色體上沒有;(3) 控制眼色的基因在X染色體上,Y染色體上沒有。然后引導學生針對每種情況再具體分析:(1) 控制白眼的基因是偶然發現的,很可能是基因突變,如果X、Y兩條染色體上都存在控制眼色的基因,同時發生突變的概率是很低的;(2) 如果控制眼色的基因只位于Y染色體上,而X染色體上沒有,理論上子一代中的雄性個體也應該有白眼的個體,與實驗結果不相符;(3) 剩下最后一種可能性——控制眼色的基因在X染色體上有,Y染色體上沒有其同源區段。按照最后這種可能性畫出遺傳圖解,發現可以合理地解釋摩爾根實驗的結果。這是提出假說的階段。然而到這里是不是就意味著假說成立了?學生在此之前學習孟德爾遺傳定律時已經體驗了假說-演繹法,自然明確還要設計測交實驗進行檢驗,才能驗證假說的正確性,這樣才構成了假說-演繹法的完整環節。
從薩頓到摩爾根,最后證明了“基因在染色體上”,這個探索歷程就是假說-演繹方法的再次應用。通過孟德爾遺傳定律學習過程中假說-演繹法的初體驗,到學生能模仿、追隨科學家的設計思想,親自嘗試科學研究方法的運用,充分發揮了學生的學習主動性及探究能力。
2 通過還原科學史,加深學生對生命本質的理解和認識
DNA分子的雙螺旋結構模型對于高中學生來說,是一個微觀抽象的概念。在教學中如何化微觀為宏觀,化抽象為形象,是教師面臨的一項挑戰。利用科學發現史配合模型建構的教學方式,幫助學生身臨其境地體驗DNA分子模型的建構過程,從而加深其對DNA分子結構的理解。
首先教師為學生創設問題情境:20世紀30年代,科學界對DNA的認識基礎是:“組成DNA分子的基本單位是脫氧核苷酸,一分子脫氧核苷酸是由1分子磷酸、1分子脫氧核糖和1分子含氮堿基組成”。由于組成DNA的含氮堿基有四種,因此脫氧核苷酸也有四種。讓學生利用模具進行相應的拼接,這是模型建構的第一步——建構脫氧核苷酸的模型。
當時的人們還知道,DNA是由許多個脫氧核苷酸連接而成的長鏈,每個脫氧核苷酸通過磷酸與上一個脫氧核苷酸的脫氧核糖相連,并通過自身的脫氧核糖與下一個脫氧核苷酸的磷酸相連。接著讓學生在前面的基礎上把單個脫氧核苷酸串成一條脫氧核苷酸鏈,這是模型建構的第二步。
接下來是模型構建的第三步——建構DNA的空間結構,要解決如下幾個問題:(1) DNA分子是幾條鏈構成的呢?根據威爾金斯和富蘭戈林提供的DNA的分子X射線的衍射圖譜,科學家得出DNA分子呈螺旋結構,同時測算出DNA分子即使翻轉180°,看起來還和原來一樣。在此基礎上引導學生分析,脫氧核苷酸鏈是有方向的。如果DNA是一條鏈組成的,不可能得出這樣的結論;如果DNA分子含兩條鏈,同向排列依然與該結論不符;如果DNA分子由三條鏈組成,無論方向如何,翻轉180°后都不可能與之前相同。因此推出DNA分子由兩條方向相反的鏈組成。(2) 兩條鏈中堿基排列在外側還是內側呢?教師提供當時的研究資料:堿基具有疏水性,磷酸和脫氧核糖具有親水性。啟發學生參考前面學過的細胞膜流動鑲嵌模型中磷脂分子的排布方式,類比推理得出結論:堿基排列在鏈的內側。事實上,當時富蘭克林根據X射線的衍射圖譜,也推算出磷酸和脫氧核糖應排在外側。(3) 堿基如何配對呢?是相同的堿基配對(如A與A配對,C與C配對)?還是同類堿基配對(如嘌呤與嘌呤配對,嘧啶與嘧啶配對)?還是其他的情況呢?根據當時科學家們提供的數據:嘌呤堿基在分子結構上要比嘧啶大。而且此時查哥夫又帶來了一個重要的信息:腺嘌呤的量總等于胸腺嘧啶的量,鳥嘌呤的量總等于胞嘧啶的量。于是到這里,學生們基本可以想到,A與T配對,G與C配對。
最后教師引導學生在已獲得的知識基礎上繼續建構DNA的空間結構模型。
通過還原DNA分子雙螺旋結構模型的發現歷程,讓學生親身體驗并參與了模型建構的過程,不但使學生深刻地掌握了與DNA分子結構有關的知識,還增強了其處理科學信息的能力及動手能力。
3 在科學史教育中滲透實驗設計的一般原則和技術手段,提高實驗探究能力
有人說,科學史的教學是“紙上談兵”,沒有真刀真槍的演練無法真正達到實驗探究的效果。但筆者認為,如果科學史教育應用得當,即使沒有實驗操作,也可以達到探究效果,同樣可以培養學生的實驗設計能力。例如在發現“DNA是主要的遺傳物質”的探索歷程中,幾位科學家的實驗研究中就滲透著實驗設計的一般原則,如對照原則、控制單一變量原則、排除干擾因素原則以及如何選材的原則等。
“DNA和蛋白質,究竟哪一種是遺傳物質”,這曾經是生物界爭論的焦點。進行科學研究時首先遇到的問題是選擇合適的實驗材料,這是實驗取得成功的關鍵。教師引導學生思考:所有的生物都含有蛋白質和核酸,選擇什么樣的生物作實驗材料比較合適呢?(低等的、簡單的生物,諸如細菌、病毒等。因為生物的結構簡單、含有的物質少,分析起來簡便、快捷,比較容易得出結論。)不難總結,幾位科學家在選材上也都注意到了這一點——格里菲思和艾弗里用肺炎雙球菌做實驗材料,赫爾希和蔡斯用T2噬菌體侵染細菌,以及后來格勒和歇萊姆用煙草花葉病毒證明RNA是遺傳物質。
格里菲思進行的肺炎雙球菌的體內轉化實驗中四個組的不同處理明顯用到了對照的方法,從中得出結論:“已經被加熱殺死的S型細菌中,必然含有某種促成這一轉化的活性物質——‘轉化因子’,這種轉化因子將無毒性的R型活細菌轉化為有毒性的S型活細菌”。因為細菌細胞內含有多種物質,所以格里菲思并不清楚轉化因子是什么。
隨后艾弗里及其同事對S型細菌中所含的物質進行了分離提純,分別將S型細菌的DNA、蛋白質、莢膜多糖以及S型菌DNA和DNA酶的混合物加入含有R型菌的培養基中,結果發現只有分別加入DNA的那一組實現了細菌類型的轉化。正是因為艾弗里在實驗設計的過程中滲透著對照的思想,嚴格控制單一變量,排除各種成分彼此之間的干擾,才讓他們找到了答案:DNA是轉化因子。在那個時代,人們寧愿相信結構復雜的蛋白質可能是遺傳物質,以至于很多人不肯正視艾弗里的實驗結果,質疑的理由是:艾弗里的實驗中提取出的DNA,純度最高時也還有0.02%的蛋白質。但是我們今天回望,應當給予艾弗里的研究一個客觀的評價:雖然實驗中提取的DNA純度不夠高,但是艾弗里最后一組實驗除了DNA,還加入了DNA酶,它可以降解DNA,使S型菌的DNA不能再進入R型菌體內發生轉化。這實際上是反證法在生物學中的運用,從側面證明了遺傳物質是DNA,只有DNA才能起到轉化作用??偨Y艾弗利的實驗,把S型細菌內的各種物質提純,分離開來研究,體現了排除干擾因素的設計原則;將多個變量分解為單一變量進行研究,這滲透著分組對照和控制單一變量的實驗設計原則;最后利用反證法的思想進一步證明結論。
隨后赫爾希和蔡斯在1952年用同位素標記技術,進行了T2噬菌體侵染細菌的實驗。他們選擇了32P和35S這兩種同位素分別對噬菌體的成分標記。在此提問啟發學生:為什么選擇這兩種同位素?它們分別標記的是什么成分?改用14C、3H、18O、15N標記可以嗎?學生通過分析明確,科學家的設計意圖是把DNA與蛋白質分開來單獨研究。用35S標記一部分噬菌體的蛋白質,用32P標記另一部分噬菌體的DNA,然后將這兩批噬菌體分別侵染未被標記的大腸桿菌,經過短時間的保溫后(讓噬菌體在細菌細胞中繁殖),用攪拌器攪拌、離心。由于噬菌體比細菌小得多,攪拌可使吸附在細菌上的噬菌體顆粒與細菌分離,離心后浮在上清液的是留在大腸桿菌細胞外游離的噬菌體部分,而沉淀物中主要是細菌及細菌內新形成的噬菌體。接著檢查上清液和沉淀物中放射性物質的高低以及子代噬菌體的放射性情況,并進行分析,最后得出結論:噬菌體的蛋白質并沒有進入細菌內部,只有噬菌體的DNA才進入細菌體內,即噬菌體在細菌體內的增殖是在DNA指導下完成的。
事實上,赫爾希和蔡斯與艾弗里采用的方法不同,但卻有著相同的設計思路:都是設法把DNA與蛋白質分開,單獨地、直接地觀察它們各自的作用,排除彼此之間的干擾。
而后1957年格勒和歇萊姆用煙草花葉病毒進行了實驗。煙草感染了它以后,葉子上會出現病斑。這種病毒只有蛋白質外殼和內部的RNA,并不含有DNA的成分。這與艾弗里、赫爾希和蔡斯在實驗設計思路上也有異曲同工之妙——將該病毒的RNA與蛋白質分開來研究。從病毒中提取出的蛋白質不能使煙草感染病毒,但從中提取中的RNA卻可以,可見RNA是煙草花葉病毒的遺傳物質。
《普通高中生物課程標準》在“實施建議”環節中提出要“注重生物科學史的學習”。它指出:“科學是一個發展的過程。學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路,理解科學的本質和科學研究的方法,學習科學家獻身科學的精神。這對提高學生的科學素養是很有意義的”。教師在教學過程中要善于發掘和利用生命科學史的教育價值,為課堂教學服務,讓學生科學理解生命的本質,領悟科學研究方法并嘗試其在科學研究中的應用,提高實驗探究能力和科學素養。
參考文獻: