高中生物教學中核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

2014年12月，教育部全面啟動對2004年開始實行的各學科普通高中課程標準的修訂工作，本次修訂中一項重要的任務(wù)就是“凝練核心素養(yǎng)，推動落實‘立德樹人根本任務(wù)”，要求高中生物教學必須深入挖掘?qū)W科核心素養(yǎng)，以核心素養(yǎng)為教學的核心，從三維目標出發(fā)，探索高中生物學科素養(yǎng)的培養(yǎng)策略。高中生物學科核心素養(yǎng)包含生命觀念、理性思維、科學探究、社會責任4個方面，本文以“DNA分子的結(jié)構(gòu)與基因工程”（該內(nèi)容涉及人教版高中生物必修2的DNA分子的結(jié)構(gòu)、人教版高中生物選修1的DNA的粗提取與鑒定、人教版高中生物選修3的基因工程）教學為例，談?wù)勅绾卧谡n堂教學中培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)。

一、實驗先導，事實先導，形成生命觀念

生命觀念是高中生物學科核心素養(yǎng)具體表現(xiàn)之一，它是指對觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進行解釋后的抽象，是經(jīng)過實證后的想法或觀點，有助于理解或解釋較大范圍的相關(guān)事件和現(xiàn)象。學生應(yīng)該在較好地理解了生物學概念性知識的基礎(chǔ)上形成生命觀念，如結(jié)構(gòu)與功能觀、進化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀等，并能夠用生命觀念認識生命世界、解釋生命現(xiàn)象。生物是一門與生活緊密聯(lián)系的學科，也是一門實驗性很強的學科，在教學中，教師可以采用貼近學生生活的事件、實驗、視頻等引入教學，引導學生由事實得出概念，再由概念形成生命觀念。

教學“DNA分子的結(jié)構(gòu)與基因工程”這一內(nèi)容，教師可以先播放“DNA的粗提取與鑒定”實驗微視頻，該實驗可以在家庭廚房進行并完成視頻的拍攝。這個實驗以洋蔥作為實驗材料，將洋蔥鱗莖切碎后加入洗滌劑和食鹽，然后研磨過濾，在過濾液中加入冷卻的酒精（燒酒），3—5分鐘后將含有雜質(zhì)的絮狀DNA析出。在做實驗過程中，教師要盡可能地讓學生嘗試用多種材料做實驗，如洋蔥、香蕉、大蒜頭、獼猴桃等。實驗結(jié)果顯示，除了使用材料為獼猴桃的實驗效果不是很理想（獼猴桃的顏色對實驗結(jié)果的觀察產(chǎn)生影響），用其他材料做實驗產(chǎn)生的效果均很明顯。此外，教師還可以讓學生用食物料理機和手工研磨的方式操作實驗，將結(jié)果進行對比，會發(fā)現(xiàn)用手工研磨的方式做實驗獲取的DNA呈絲狀，用食物料理機做實驗獲取的DNA呈絮狀。若要進一步檢測析出物是否為DNA，那么用手工研磨的方法得到的絲狀物更易于挑取，比較適合操作。

教師給學生播放實驗微視頻，降低了講解實驗過程的難度，提高了學生學習的興趣。學生通過觀看實驗微視頻，知道了DNA存在于細胞中的事實，再通過構(gòu)建DNA分子結(jié)構(gòu)模型，初步形成“結(jié)構(gòu)與功能觀”的生命觀念，為進一步學習基因工程奠定了理論基礎(chǔ)。

例如，學習“生命活動的承擔者——蛋白質(zhì)”這一內(nèi)容時，學生做實驗，用雙縮脲試劑檢測蛋清、豆?jié){、牛奶、奶粉等是否含有蛋白質(zhì)，從而得出細胞中確實存在蛋白質(zhì)這一基本事實。基于事實，學生再展開討論，觀看視頻，了解蛋白質(zhì)的功能，最后總結(jié)得出蛋白質(zhì)的基本單位氨基酸的結(jié)構(gòu)通式。接著，教師出示4種化合物的結(jié)構(gòu)式，讓學生判斷它們是否屬于氨基酸（其中有一種不是），并選取其中的兩種氨基酸寫出脫水縮合的反應(yīng)式，寫出3種氨基酸脫水縮合后形成的三肽化合物的種類，嘗試總結(jié)蛋白質(zhì)的形成過程以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)具有多樣性的原因，從而形成“結(jié)構(gòu)與功能觀”的生命觀念。

其實，對于很多學習內(nèi)容，教師都可以讓學生通過觀察實驗、操作實驗、歸納總結(jié)和提煉概念的方式形成生命觀念這一生物核心素養(yǎng)，比如：從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的視角，分析細胞是由多種多樣的分子組成，這些分子是各項生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)；從進化與適應(yīng)觀的視角，解釋生物的適應(yīng)性是自然選擇的結(jié)果；從生命進化觀的視角，分析人類活動對生物多樣性的影響。

二、構(gòu)建模型，培養(yǎng)學生理性思維的習慣

理性思維是指基于客觀事實和證據(jù)，崇尚并形成科學思維的習慣，運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法探討生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學社會議題。本文僅以教學中的模型建構(gòu)，闡述生物教學中培養(yǎng)學生理性思維的方法。

在教學“DNA分子的結(jié)構(gòu)與基因工程”這一內(nèi)容時，學生通過觀看“DNA的粗提取與鑒定”微視頻，已經(jīng)知道DNA存在于細胞中這一事實。DNA能夠貯存遺傳信息，控制生物體的遺傳與變異，這是由DNA的分子結(jié)構(gòu)所決定?；谶@一事實，教師有必要讓學生明確DNA分子的結(jié)構(gòu)模型，掌握DNA分子結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性、多樣性和特異性的特點，并指導學生學會構(gòu)建DNA分子的結(jié)構(gòu)模型。

實際上，大部分學生構(gòu)建的DNA分子的結(jié)構(gòu)模型呈鏈狀（如圖2、圖3、圖4），有的學生構(gòu)建的DNA分子的結(jié)構(gòu)模型呈環(huán)狀（如圖1）。教師讓學生將圖1和圖2進行比較可知，鏈狀DNA分子含有2個游離的磷酸基團，而環(huán)狀DNA分子不含游離的磷酸基團，再比較圖2、圖3、圖4，便可得出以下結(jié)論：DNA分子是由磷酸基團和脫氧核糖交替連接構(gòu)成基本骨架，具有穩(wěn)定性；不同的DNA分子堿基對的數(shù)目和排列順序不同，使得DNA具有多樣性的特征；特定的DNA具有特定的堿基排列順序，使得DNA具有特異性的特征。

有的學生在構(gòu)建DNA分子的結(jié)構(gòu)模型過程中，沒有出現(xiàn)DNA分子中磷酸基團、脫氧核糖、含N堿基的數(shù)量之比為1∶1∶1（如圖5）。拿圖2、圖3、圖4和圖5來比較，學生會發(fā)現(xiàn)圖5有問題，并圍繞該問題進行討論、分析，最后得出答案，這個過程能夠培養(yǎng)學生形成理性思維的能力和習慣。

除了基于建構(gòu)模型培養(yǎng)學生的理性思維，基于客觀事實進行歸納概括也是培養(yǎng)學生理性思維的有效途徑。例如，在復習“細胞結(jié)構(gòu)”這一內(nèi)容時，學生在顯微鏡下觀察到多種多樣的細胞、植物細胞的質(zhì)壁分離與復原、細胞中的葉綠體和線粒體、洋蔥根尖細胞的有絲分裂等，從中歸納得出，在顯微鏡下能夠看到的細胞結(jié)構(gòu)有細胞壁、細胞膜（在質(zhì)壁分離現(xiàn)象中）、線粒體（需健那綠染色）、葉綠體、細胞核、染色體（需龍膽紫等堿性染料染色）。endprint

三、模擬實驗，培養(yǎng)學生的科學探究能力

實驗是揭示生物學現(xiàn)象和生命規(guī)律的最好方法。在高中生物教學中，教師必須培養(yǎng)學生的科學探究能力，引導學生發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現(xiàn)象，進行觀察、提問、實驗設(shè)計、方案實施，以及對結(jié)果進行交流與討論，在探究中學會團隊合作，勇于創(chuàng)新。

在“DNA分子的結(jié)構(gòu)與基因工程”一課中，學生通過開展DNA分子的粗提取與分離實驗、構(gòu)建DNA分子的結(jié)構(gòu)模型，最后總結(jié)得出DNA分子的結(jié)構(gòu)決定著物質(zhì)的某一性狀或功能。有的學生會產(chǎn)生疑問：基因工程是如何改變DNA分子的結(jié)構(gòu)從而改變其功能的呢？實際上，基因工程是在DNA分子水平上的“移花接木”式改造的重組技術(shù)。如何“移花”獲取目的基因，如何“接木”將目的基因和質(zhì)粒連接，這些在目前高中實驗室現(xiàn)有條件下還無法完成該生物技術(shù)實驗。選用哪種限制酶獲取目的基因和切割質(zhì)粒？限制酶切割后會產(chǎn)生多少種DNA片段？兩種限制酶切割與一種限制酶切割相比具有怎樣的優(yōu)點？在用限制酶處理含有目的基因的DNA片段和質(zhì)粒時不能破壞哪些結(jié)構(gòu)？

針對這一系列問題，教師可以設(shè)計模擬實驗來解答，讓學生在動手操作中找到答案（圖6是切割后的質(zhì)粒，圖7是目的基因）。學生通過模擬實驗，在合作探究中得出質(zhì)粒與目的基因隨機連接會形成以下6種重組DNA分子：①2個質(zhì)粒相連；②質(zhì)粒的自身環(huán)化；③2個目的基因相連；④目的基因的自身環(huán)化；⑤質(zhì)粒與目的基因的正向連接；⑥質(zhì)粒與目的基因的反向連接。學生在探究一種限制酶得到多種重組DNA分子的基礎(chǔ)上，再去探究兩種限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，那么，雙酶切的優(yōu)勢顯而易見，即目的基因和質(zhì)粒之間可以定向連接。模擬實驗使抽象的問題變得具體形象，學生對基因工程的理解也更深刻，動手能力和思維能力也得到了提高。

近幾年，高考生物試題的實驗題比例占30%左右，除了考查課本中的實驗，對學生的實驗探究能力要求不斷提高。教學中，教師在組織學生開展探究性學習活動時要注意以下幾點：一是創(chuàng)設(shè)情境，教學時可從標本模型、生活經(jīng)驗、社會熱點問題等切入教學；二是鼓勵學生觀察、思考、提問、提出假說、設(shè)計實驗方案、開展小組合作探究等；三是重視學生學習報告的完成情況。

四、關(guān)注生物學的社會議題，增強社會責任感

生物學科的社會責任是指基于生物學的認識，參與個人與社會事務(wù)的討論，作出理性的解釋和判斷，嘗試解決生產(chǎn)生活中的生物學問題的擔當和能力。例如，學生應(yīng)當能夠以造福人類的態(tài)度和價值觀，運用生物學知識和思想方法，關(guān)注涉及生物學的社會議題，參與討論并作出理性解釋，辨別迷信和偽科學；主動向他人宣傳健康生活、關(guān)愛生命和保護環(huán)境等相關(guān)知識；結(jié)合本地資源開展科學實踐，嘗試解決現(xiàn)實生活中與生物學相關(guān)的問題。

20世紀80年代，科學家提出了蛋白質(zhì)工程，通過基因改造生產(chǎn)自然界不存在的蛋白質(zhì)，被稱之為“第二代基因工程”。近幾年，基因工程又有了新的突破，具有劃時代意義的CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)能夠簡單準確地進行基因定點編輯。以教學“DNA分子的結(jié)構(gòu)與基因工程”為例，課前，教師可以請學生以“3W（是什么、為什么、怎么做）”問題驅(qū)動方式收集基因編輯技術(shù)的信息并在課堂上展示，由于學生對該技術(shù)已有所了解，因此課堂討論較為熱烈，有的學生提出了基因編輯技術(shù)可以消除遺傳病基因、治療癌癥、延緩人類衰老等觀點。當然，對于科技這把“雙刃劍”，師生也給出了理性的判斷和評價，畢竟基因編輯技術(shù)用于治療某些疾病時有可能帶來倫理道德問題，而人口數(shù)量過多也可能帶來一些社會問題等。通過開展類似的活動，有助于激發(fā)學生關(guān)注與生命科學相關(guān)的社會議題，培養(yǎng)學生參與社會的責任感。

此外，教師還要引導學生多討論一些與生物學相關(guān)的社會議題，多開展社會實踐活動，讓學生在真實的實踐活動中嘗試解決生物學問題，增強社會責任感。例如，組織學生討論器官移植與組織相容性抗原的關(guān)系，探討干細胞移植的價值；結(jié)合日常生活，討論食品中含有過量激素對人類身體的危害；討論植物激素在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，嘗試提出生產(chǎn)方案。

學科“核心素養(yǎng)”不同于一般的“素養(yǎng)”，也不等同于全面素養(yǎng)或一般素養(yǎng)的“泛核心”，它注重培養(yǎng)學生的自主發(fā)展、實踐創(chuàng)新、合作探究等能力，突出強調(diào)培養(yǎng)學生的個人修養(yǎng)、家國情懷、社會關(guān)愛等品格。生物學科是與現(xiàn)實生活聯(lián)系最為緊密的學科之一，教學中教師要以學生為主體，通過實驗、模型構(gòu)建、討論等方式組織學生合作探究，培養(yǎng)學生的理性思維，并給予學生實踐和展示的機會。

如何迎接新一輪以培養(yǎng)學生學科“核心素養(yǎng)”為核心的高中課程改革，在教學中更好地落實“核心素養(yǎng)”的培養(yǎng)，教師要轉(zhuǎn)變觀念，改變教學方式，多思考、多學習、多實踐，使學科“核心素養(yǎng)”的培養(yǎng)真正取得效果。

（作者：祁小飛，江蘇省蘇州市區(qū)生物學科帶頭人，首屆蘇州市生物學科命題研究與評價中心組成員，多次在蘇州市開設(shè)公開課和專題講座。）

（責編 歐孔群）endprint