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1、合理利用科学史素材促进探究性学习,（1）例析科学史在生物课堂教学中的应用 论文省一等奖（2）光合作用 市级公开课,一、生命科学史的教育价值 生命科学史对于培养学生的生物学素养乃至科学素养具有积极的意义，在探究性学习中将发挥重要的作用。,（一）生命科学史揭示了人们思考和解决生物学问题的思想历程 生命科学史展示了科学家所处的时代背景，记录着科学家的思想以及思想转变，而科学家的思想以及思想转变与他们从事的科学探究是密切相关的。这对学习者形成正确的思想具有积极的教育意义。,（二）生命科学史展示了生命科学各个学科形成的历史 如遗传学的建立和发展经历了细胞遗传学、群体遗传学、微生物遗传学和分子遗传学等阶段
2、的发展。如果孟德尔不运用数学知识对数据进行统计分析，就不能发现遗传规律；如果没有细胞学的发展，萨顿就不能认识到遗传因子与染色体之间的联系；总之，如果不依靠各方面的知识，就不可能打开解决问题的思路。,（三）生命科学史揭示了自然科学的本质 自然科学从本质上表现出以下特征：定量化、观察、实验、科学过程、在自我更正中完善和积累。,定量化的特点是将生命科学和数学结合在一起。观察与实验是生命科学的基石。生命科学史显示了产生每个知识点的科学过程。生命科学也是在自我更正的过程中积累和进步的。从进化论的发展可以看出，生命科学知识是在科学家对前人的结论不断质疑、不断证实的基础上进行自我更正的过程中积累起来的。了解
3、生命科学史，对培养研究者和学习者的批判性思维是有积极意义的，同时也能加深学习者正确认识绝对真理和相对真理的关系，从事实中提高哲学素养。,（四）生命科学史是前人探究生物学知识的科学过程史 每一个知识点的产生过程，就是一个探究的过程。学习生命科学史是能够把结论和过程方法兼顾统一起来的有效途径之一，这样做不仅有助于了解每个知识点的来龙去脉，而且从其中的一些典型事件中可以学习到前人的科学探究方法。,（五）生命科学史展示了人们的合作过程 DNA双螺旋结构的问题表明从事不同学科研究的人，掌握的知识和技术是不同的，而且不同学科背景的人带来了不同的思维方式，他们的合作为解决问题提供了不同的思路，他们在解决问题
4、中相互启发，相互补充，相互促进，同时共享了研究成果。,（六）生命科学史展示了各种观点的碰撞和论争过程 生命科学史展示了在探究知识的过程中科学家所持观点之间的碰撞和论争，在碰撞与论争中，知识得到不断的澄清。,如针对由什么物质引起发酵的问题，李比希和巴斯德展开了争论。巴斯德提出酿酒中发酵是由于酵母细胞的存在，没有活细胞的存在，糖类是不可能变成酒清的；李比希坚持认为引起发酵的是酵母细胞中的某些物质，这些物质只有在酵母细胞死亡并且裂解之后才能发挥作用。1897年毕希纳用实验证明了李比希认为引起发酵的是酵母细胞中的某些物质的观点是对的。,（七）生命科学史展示了成功的实验与选择合适的实验对象是分不开的 孟
5、德尔选择了豌豆；摩尔根选择了果蝇；细胞学说的创始人施旺选用具有相似于植物细胞壁的动物脊索细胞和软骨细胞。,由以上事例说明了选择合适的研究对象对解决问题非常关键。这些事实给予我们的启示是：基础教育阶段生物新课程中的探究教学，也涉及选择探究对象的问题，要解决好探究问题，必须先选择好探究对象。,（八）生命科学史呈现着科学家的科学态度、科学精神和科学世界观 科学态度就是实事求是；科学精神就是敢于怀疑、敢于求真、敢于创新；科学世界观就是要认识到世界是可知的，同时还要关注科技发展对社会的影响，养成负责任的态度。,二、科学史融入学科教学的原则,（一）少而精原则 如介绍发现DNA是遗传物质的科学史实时，教材采
6、用资料分析的方法，呈现这一发现的科学背景和大致历程，然后再引导学生从科学哲学、科学方法、科学精神、科学态度及实验技术等角度思考问题。重要的不是使所有学生都能得出标准答案，而是使学生能够从一个科学史实出发，通过不同角度的分析，从科学前辈那里汲取营养，用以提高自己的科学素养与人文素养。,（二）循序渐进原则 由表及里，重在引导学生对科学史作出理性的评价与分析。,（三）价值优先原则 能给学生多方面启迪，避免为写历史而写历史的内容就具有较高教育价值。,三、实例,光合作用,诺贝尔奖曾被先后六次授予从事光合作用研究并作出杰出贡献的科学家,1915年诺贝尔奖化学奖 德国 威尔施泰特 研究叶绿素,1937年诺贝
7、尔奖化学奖 瑞士 卡勒因 研究胡萝卜素,1961年诺贝尔奖化学奖 英国 卡尔文 发现卡尔文循环,1978年诺贝尔奖化学奖 英国 米切尔 化学渗透学说、光合作用ATP形成的机理,1988年诺贝尔奖化学奖 德国 戴森霍弗、胡贝尔、米歇尔 研究光合作用反应中心,1970年诺贝尔奖化学奖 阿根廷 卢伊斯 费德里科 莱洛伊尔 发现碳核苷酸在生物合成碳水化合物过程的作用,重温光合作用的研究历史领会知识的形成过程感悟科学家的思想和方法,1、总方程式的提出,2、光反应和暗反应（碳反应）的确定,3、光合作用机理的研究（卡尔文实验、光合作用单位、光合作用中心、电子传递、光合磷酸化等）,4、最新的一些研究成就,光合
8、作用的研究历程,光合作用总方程式的提出,1642 海尔蒙特,1771 普利斯特利,1779 英格豪斯,1864 萨克斯,1880 恩吉尔曼,光合作用原料有水,植物可以更新空气,只有在光照下，绿叶才能更新空气,光合作用需要光，产物还有淀粉,氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所,光合作用场所：,光合作用条件：,光合作用原料：,光合作用产物：,叶绿体,光,二氧化碳、水,有机物、氧气,光反应和暗反应(碳反应)两个阶段的确定,1937年 希尔,1941年 鲁宾和卡门,20世纪50年代中 San Pietro,20世纪初中 布莱克曼、瓦伯格,1954年 阿农,1937 英国 希尔 希尔反应,希尔
9、反应说明：（1）光合作用的单位(场所)是什么? （2）在光合作用H2O被分解成O2和氢，氢具有什么特性？（3）在光合作用产生O2时不一定需要什么的参加？（4）说明H2O的分解与CO2的利用可能是几个过程？,希尔第一次明确把光合作用过程区分为两个阶段,1941年, 美国科学家鲁宾(Ruben) 和卡门(Kamen) 利用同位素18O标记的CO2进行光合作用证明了O2来至H2O分解。20世纪50年代中, San Pietro 等证明叶绿体光下进行希尔反应可还原辅酶 (NADP+ ) , 形成还原性辅酶（ NADPH），肯定了它是光合作用重要的能量转换反应产物。,20世纪初英国的布莱克曼（Black
10、man）、德国的瓦伯格(O.Warburg)等人在研究光强、温度和CO2浓度对光合作用影响时发现,在弱光下增加光强能提高光合速率，但当光强增加到一定值时，再增加光强则不再提高光合速率。这时要提高温度或CO2浓度才能提高光合速率。按照光化学原理，光化学反应是不受温度影响的，而一般的化学反应则和温度有密切关系。,用藻类进行闪光试验，在光能量相同的前提下，一种用连续照光，另一种用闪光照射，中间隔一定暗期，发现后者光合效率是连续光下的200%400%。,布莱克曼将光合作用分为需光的光反应和不需光的暗反应两个阶段,两则材料说明什么?,1954年美国科学家阿农(D.I.Arnon)等发现在光下的叶绿体，不
11、供给CO2时，既积累NADPH也积累ATP；进一步，撤去光照，供给CO2，发现NADPH和ATP被消耗，并有有机物（CH2O）产生。,思考:光反应和碳反应之间的关系?,H2O,光,ATP,NADPH,O2,CO2,糖,光反应,碳反应,光反应和碳反应的关系：,对光合作用机理的深入研究,碳反应的研究（卡尔文实验）,美国加州大学贝克利分校的马尔文卡尔文与他的同事们在20世纪40年代到50年代中期, 利用C14标记的CO2研究一种小球藻藻，以确定该植物在光合作用中如何进行碳反应。经9年左右的时间,他终于弄清了光合作用中二氧化碳同化的循环式途径，被称为卡尔文循环。为此，他被授予1961年度的诺贝尔化学奖
12、金。,1、卡尔文以小球藻为主要研究对象,利用14CO2饲喂植物经过不同时间的照光(数秒直至数十分钟)后，迅速将小球藻放进沸酒精中杀死，使酶反应终止，提取产物利用行双向纸层析法技术分离,利用利用放射自显影法鉴定放射性碳存在于哪些化合物中。在30秒光照后，卡尔文找到了C3、C5和C6、C7等20余种带有14C标记的化合物。当把光照时间缩短为5秒时， 一种C3(磷酸甘油酸)占全部放射性的90,思考:(1)卡尔文运用了那些研究方法？(2)被标记的碳元素首先出现在哪一种化合物中？说明了什么?,2、在实验中，卡尔文发现在光照和二氧化碳的供应下一种C3 （三磷酸甘油酸，PGA）和C5 （核酮糖二磷酸，RUB
13、P）很快达到饱和并保持稳定。但当把灯关掉后，保持二氧化碳的供应，C3 的浓度急速升高，同时C5 的浓度。如果在保持光照下突然中断二氧化碳的供应，则C5 就积累起来，C3 就急速降低。,思考：1、 C3 与C5之间是怎样的关系？2、在碳反应中物质转变是怎样一个过程？,碳反应过程（卡尔文循环）,3,3,6,1,5,固定,还原,再生,碳反应中的物质变化,CO2的固定：,C3的还原：,C5（RuBP）的再生：,5 三碳糖 3 C5,3C5（RuBP）+ 3CO2 6 C3（3-磷酸甘油酸）,光合作用总方程式的提出,1642 海尔蒙特,1771 普利斯特利,1779 英格豪斯,1864 萨克斯,1880 恩吉尔曼,光反应和暗反应(碳反应)两个阶段的确定,1937年 希尔,1941年 鲁宾和卡门,20世纪50年代中 San Pietro,20世纪初中 布莱克曼、瓦伯格,1954年 阿农,碳反应的研究,20世纪40年代到50年代中期 卡尔文研究小组,小结,
