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摘要:按生物類群劃分學科,有利于從各個側面認識某一個自然類群的生物特點和規律性。但無論具體對象是什么,研究課題都不外分類、形態、生理、生化、生態、遺傳、進化等方面。為了強調按類型劃分的學科已經不僅包括形態、分類等比較經典的內容,而且包括其他各個過程和各種層次的內容,人們傾向于把植物學稱為植物生物學,把動物學稱為動物生物學。
關鍵詞:生物科學,科學技術,論文發表
生物在地球歷史中有著40億年左右的發展進化歷程。大約有1500萬種生物已經絕滅,它們的一些遺骸保存在地層中形成化石。古生物學專門通過化石研究地質歷史中的生物,早期古生物學多偏重于對化石的分類和描述,來生物學領域的各個分支學科被引入古生物學,相繼產生古生態學、古生物地理學支學科。有人建議,以廣義的古生物生物學代替原來限于對化石進行分類描述的古生物學。
生物的類群是如此的繁多,需要一個專門的學科來研究類群的劃分,這個學科就是分類學。林奈時期的分類以物種不變論為指導思想,只是根據某幾個鑒別特征來劃分門類,習稱人為分類。現代的分類是以進化論為指導思想,根據物種在進化上的親疏遠近進行分類,通稱自然分類。現代分類學不僅進行形態結構的比較,而且吸收生物化學及分子生物學的成就,進行分子層次的比較,從而更深刻揭示生物在進化中的相互關系。現代分類學可定義為研究生物的系統分類和生物在進化上相互關系的科學。
生物學(Biology),簡稱生物,是自然科學六大基礎學科之一。研究生物的結構、功能、發生和發展的規律。以及生物與周圍環境的關系等的科學。生物學源自博物學,經歷實驗生物學、分子生物學而進入了系統生物學時期。
科學史是研究科學發展的歷史,作為一種教育資源,由于其獨特的視角和范例價值,受到越來越多的教育工作者的重視。而生物科學史又由于它研究內容的特殊性,即人類認識生命世界、認識自身的發展過程,其本身的價值已遠遠超出“促進學生理論學習”的價值范圍。它已經成為生物課程的一個重要組成部分。
《課程標準》指出:“要注重生物科學史的學習……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方法,學習科學家獻身科學的精神……提高學生的科學素養。”并在具體的內容標準中對生長素的發現、孟德爾的研究方法、細胞學說的建立等內容作了規定。在新課程的教學實踐過程中,筆者在科學史教學方面突破現行教材,做了一些嘗試,并有所感悟,與大家共勉。
用科學史,學習科學家的實驗設計思想,培養學生的實驗設計能力
實驗設計是一項比較復雜的工作,根據加涅等對知識的分類,實驗設計屬于程序性知識①,科學家的范例作用是不可忽視的。在這類知識的教學中,學生初次接觸,設計得不太全面是正常的,教師不要太急于求成,將要求降低,力求突破一點。
例如,在“光和作用發現”一節的教學中,將簡單的科學史敘述拓展為討論課,讓學生通過體驗科學家的工作方法和過程,體會探索的艱辛與快樂,學習科學家的實驗設計思想,培養學生的實驗設計能力。在介紹普里斯特利小鼠-鐘罩實驗時,增加問題:許多人重復了他的實驗,有人成功了,有人卻沒有成功,這是為什么?要求學生通過觀察分析解答,從而指出實驗條件—光的重要作用。在介紹薩克斯葉片遮光—碘熏蒸檢驗實驗時,提出問題:薩克斯為什么要把葉片先放在黑暗條件下處理幾個小時,不這樣做會有什么影響?引導學生體會條件控制在實驗設計中的重要作用。在此基礎上,進一步利用恩格爾曼水綿實驗來引導學生分析:①為什么選用水綿作為實驗材料?②為什么把水綿裝片黑暗密封處理?③為什么先用一束極細的光線照射,再完全暴露在光下?不這樣做行不行?④恩格爾曼的實驗設計對你有什么啟發?這樣一步一步引導學生逐步發現材料、條件控制、對照實驗和檢驗手段在實驗設計中的重要作用。引導學生學會從高出看問題,學方法而不僅僅是學結論。
而在介紹魯賓和卡門的實驗—同位素標記法,發現光和作用產生的氧氣全部來自于水時,先不引入實驗過程,而是提出問題,讓學生作出假設和設計,再與教材的實驗對比,從而體驗了探索的過程,體會了探索的樂趣。
適時引入科學史,有取有舍
例如在“生物膜的流動鑲嵌模型”一節的教學中教材上有關生物科學時的資料很少,只有一個大致的框架,中間的跨度很大,學生難以形成一個完整的認識。在磷脂分子在“空氣—水”界面的鋪展問題上,我先通過講解磷脂分子的結構,在讓學生自己畫出磷脂分子的排布情況,再嘗試畫出磷脂雙層的排布情況,并就幾種可能的情況進行討論,從而得出磷脂雙分子層必然是“腳對腳”的排列方式。這種“史實的再現”方式能夠使學生有效構建膜的結構模型。而在“暗—亮—暗”模型的建構過程中,我增加了我在教學中增加了有關電鏡的工作原理的介紹,讓學生明確的“三明治”模型的含義。這樣學生沿著科學家的發現歷程認識膜的結構,逐步搭建知識框架結構,并在此過程中能對科學家的結論的合理性做出自己的判斷。
但是,科學史的引入也要注意取舍。我們不是重復史實,課堂教學也不需要重復科學史上做過的每件事情,而是要抓住主線,排除干擾。如光和作用發現史有很多比較著名的實驗:希爾反應,紫硫細菌利用硫化氫作原料進行光合作用等。但是對于教學主線來講,是個干擾,教學中就應該舍棄。
科學家生平—激勵與熏陶
科學的發展史也是科學家們不計個人名利,為科學和真理奉獻一生的奮斗史。科學家成長過程與當時的社會環境、科研條件、個人努力創新都是分不開的。如“遺傳的基本規律”一節,教材著重歸納總結了孟德爾生平。孟德爾的成功,不僅是他積極進取、勇于創新、大膽實踐的結果,同時也是與他所處的社會環境是分不開的:他所在的大學有如多普勒、艾廷豪森、昂格爾等諸多名師名家,他所在的修道院的良好的學術氛圍等。
而在進化論部分教學中,達爾文的理論成功與實踐失敗,對學生也是一種啟迪。從而讓學生不僅要學習科學家嚴謹、求實、不舍的探究精神,還要認識到個人理論發展的局限性以及個人發展與社會環境的關系。
另外,沃森和克里克的偉大合作等又體現著“科學無國界”的公理,科學家的協作精神是全人類的寶貴精神財富。
總之,科學史教學重在展現科學史實的內在價值,是學生學習科學的途徑之一。它對于學生理解相關理論知識,建構知識框架體系,以及科學態度、情感價值觀的培訓作用是其他方面教學所不可替代的。高中學生有一定的知識基礎,會在科學史學習中有自己的理解和感悟。這對他們的科學素養的形成,乃至將來的人生規劃都有重要的啟發意義。