生物科学史——培养科学素质的最好范例

 

生物科学史——培养科学素质的最好范例

 

福建师大附中生物组 温青

 

2002年秋,我省开始在高中二年级全面使用新生物教材。与旧教材相比,新教材引人注目的研成果方面合作用生长素的发现、探索大脑的奥秘、克隆哺乳动物、动物胚胎发育的研究、DNA、孟婴儿、太“生物圈II”等。这,有的是现在的,“课”的的目的不仅仅识面重要培养学生的科学素质,借并从中学和领会科思维、工作方而这课题。但是在实际教学中有不少教师并没有充分认识到这部分内容的重要性。由于这在高考会考等各种考试中一般是不作要求的。所以许多老师对这部分内容的教学轻描淡写,觉得可有可无。对于科学素质的培养,有些老师也片面地认为主要应该通过实验教学来加强。事实上,贯穿在实学中对学生有着长期的、潜移默化的影可忽视,科穿于就是部分工减料充实加强,以真其在特殊作

首先,教应深。我们也注意到,由于篇幅限制,教材对科探索、发现、发展过程的介往往显得比较简单。特别是对于科学家们具体开展工作时的思维过程、实验方法、态度精神、以及由此给我们带来的启示等等,教材往往没这也在一定程度上影响了教材的吸引力。因此教师在备课时应查相关的课以充使内容更引力

其次,在教学过程中应讲究教学方法。因此精尤为他们的学习主动性。教师在呈现科学家们的思维过程和实验方法之前,而应给学生留出充分的思考想象空间,让他们的思维随过程中,而使他们更深切地到科学家们富有的思维过程和的工作方并从中感悟科学探索的艰辛和乐趣。其次要帮助学生从中总结生物学研究的一些规律性的方法,如怎样搜集资料、怎样进行科学观察、怎样设计实验、怎样描述和呈现研究成果等等。科学方法是科学素养的要素,是教学的重点。第三是教学中要着力体现科学家们执著的精神、百折不挠的毅力、实事求是的态度、以及谦虚坦诚、团结协作的品质。这是作为一名成功科学工作者必需具备的素质。

以新教材中“光合作用的研究历史”一节例,谈谈笔者在这方面的教

●引初中所合作用公式

叶绿体

CO22H2O————→(CH2O)+O2H2O

这是一个看公式,但科学家它却花费百年不知多少科学家

●古希腊里士多德植物生长在土壤中,土壤是植物的多数人凭自己的经验和直觉,对信不疑

16481653年,比利时医生海尔蒙特做了一个简单而有意义的试验。1棵重5柳树桶上桶内称重他用5长到270而桶内损失却

不要盲目相信权威和直觉,科学需要有实验证据来支持。科学家应该是一个健康的怀疑者。海尔蒙特的实虽简但坚5他的认真推翻了长期以来人们所持的错误观点。

海尔蒙特得了什(柳树的生长主要靠水而不是土壤);他忽(空气);给土壤称重时应注意什么?(烘干);实验中土壤重量也有少量减少,除了实验误差外,最可能的原因是什么?(植物吸收了其中的矿质元素)。

1771年英国化学家普利斯特,把一只点燃的蜡烛和一只小白鼠分别放在密闭的玻璃罩内,蜡烛不久就熄灭了,小白鼠也很快死去;但他将点燃的蜡烛与绿色植物一起放在一个密闭的玻璃罩内,蜡烛则不容易熄灭;将小白鼠与绿色植物一起放在玻璃罩内,小白鼠也不容易窒息而死。实验证明植物能够改善因蜡烛燃烧而损坏的空气。                                                         

 

问:当时普利斯特的实验有时成功,有时却不能重复上述结果,他自己也不知道是为什么。你知道原因吗?(在光下就成功,在暗处就不成功)。

1779年英杰豪斯用个月500多次的植物对,证明植在光下才能改空气。他用藻类植物作为实验材料,方法如右图。                                            

问:英杰豪斯选用藻类植物作为实验材料有什么优点?(有利于观察、收集和检验所释放出的气体);该实验是否是对照实验?(是,属自身条件对照);实验中所需控制的单一变量什么?(光照);普利斯特和英杰豪斯的实验都证明了植物能产生氧气,但是能否证明植物在放出氧气的同时,吸收了二氧化碳?(不能)。

上述实验说明,选择合适的实验材料并科学设计实验过程是实

1804沙斯修通量分析氧化碳

解释定性分析,并举例说明。

1864年德国科学家萨克斯把绿叶放在暗处几小时,然后将叶片一半曝光,另一半遮光,过一段时间,用碘蒸气处理叶片,发现曝光的一半叶片呈蓝色,而遮光的一半叶片没有发生颜色变化。

问:实验前为什么把绿叶放在暗处几小时?(让叶片中的营养物质消耗掉);该实验的实验组和对照组分别是什么?(曝光的一半叶片和遮光一半叶片);实验结果说明什么?(植物在光下合成了淀粉)。

          绿          

1880年德国科学家恩吉尔曼把载有水绵和好氧细菌的临时装片暴露在光下,在显微镜下发现好氧细菌集中在叶绿体受光部位的周围。他又将棱镜产生的光谱投射到丝状的水绵体上,发现好氧性细菌在水绵周围的聚集情况如右图。

问:选用水绵作为实验材料的优点是什么?(丝状绿藻,含带状螺旋形叶绿体,有利于直接观察光合作用发生的位置);实验说明了什么?(①叶绿体是光合作用的场所;②光合作用的作用光谱与叶绿体色素的吸收光谱基本一致,即红光区和蓝紫光区光合作用最强)。

恩吉尔曼能在精密技术条件尚未发展的时代,以简单的,然而却是极其精巧的实验,揭示了这一重要的科学规律,令人叹服!

20世纪30年代,凡·涅尔比较了不同生物的光合作用过程,发现它们有共同之处,例如:

绿色植物   CO22H2O→(CH2O)+O2H2O

紫硫细菌   CO22H2S→(CH2O)+2S↓+H2O

红细菌     CO22H2→(CH2O)+H2O

凡·涅尔因此做出推测……

问:通过比较上述反应式,你是否也能做出相应推测?(既然紫硫细菌光合作用产生的硫来自原料H2S,那么绿色植物光合作用产生的氧气也应该来自原料中的H2O,而不是CO2)。

1939年~1940年,英国科学家希尔参考前人的研究成果,从磨碎的叶子中提取叶绿体加上氧化剂铁离子等,在不吸收二氧化碳的情况下,成功地制造出了氧气。这就是著名的希尔反应。

H218O

CO2

18O2

H2O

C18O2

O2

藻类植物

问:希尔反应说明什么?(①证明光合作用产生的氧气来自水的分解;②更有意义的是,这一发现将光合作用区分为两个阶段:即光反应阶段和暗反应阶段)。

20世纪40年代初,美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究了这个问题。如图。

用于追踪物质运行和变化过程的同位素叫做示踪元素,用示踪元素标记的化合物,其化学性质并不会改变。人们可以根据这种化合物的放射性,对有关的一系列化学反应进行追踪。这种科学研究方法叫做同位素标记法,这种方法在自然科学研究领域被广泛应用。

1949年~1957年,美国生物化学家卡尔文领导的研究小组利用含有放射性同位素14C的二氧化碳进行实验,经过艰苦努力,终于基本确定了光合作用中二氧化碳的环式代谢途径(即卡尔文循环)。卡尔文因此获诺贝尔奖。

……

光合作用于1771年被发现,历经200余年,对光合作用的研究不断小有所成,其中有6次因有重大突破而获诺贝尔奖。但是,直到今日我们仍不能说已经完全破解了光合作用的每一个细节。现在,光反应过程的模拟实验已取得成功。已经能够人工合成叶绿体,甚至已有人做成了“人工树叶”。现在科学家们正在全力以赴地投入模拟暗反应过程。经过大胆的实验,已成功地用一种金属络合物催化二氧化碳,使其变成简单的有机化合物。人类一直梦想着有朝一日能够人工合成粮食,从而掀起世界性“绿色革命”,彻底解决粮食问题。尽管在探索中还会有数不清的困难,但我们坚信这一天一定会来到。

科学大师的经典故事是最好的榜样。教材中这样的例子还有很多:斯巴兰让尼的巧妙、福格特的创意、道尔顿的敏锐、孟德尔的严谨和执着、沃森和克里克的完美合作与非凡想象……他们的成功绝非偶然,我们应当引导学生从中得到更多的启示。



作者:福建师大… 文章来源:本站原创
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