淺談科研論文在高三實驗專題復習中的應用

冀朝輝

摘要：北京高考生物試題越來越重視對“科學探究”和“科學思維”等生物學核心素養(yǎng)的考查，高三復習課上，教師用科研論文創(chuàng)設(shè)真實的實驗探究情境，并引導學生體會科學家的研究思路和科研論文的寫作方法，有利于提高學生的生物學學科核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：科研論文;科學探究;高三復習

生物學新課程的終極理念是提高學生的生物學科核心素養(yǎng)，因此，生物學科核心素養(yǎng)是評價學生的一個重要維度.北京高考理綜生物試題以真實、新穎的科學研究為情境，靈活設(shè)置考題，對學生的科學探究能力、獲取知識能力及在現(xiàn)實生活中運用知識能力等生物學科素養(yǎng)的各個層次進行了全面考查.

“科學探究”是高三實驗專題復習的核心內(nèi)容，高三教師在提升學生的科學探究能力時，通常選擇一些典型試題（特別是往屆高考題），讓學生總結(jié)歸納分析自變量、因變量和書寫實驗結(jié)果、實驗結(jié)論的思路和技巧.由于高考試題在考查的內(nèi)容、形式和方法等方面不斷創(chuàng)新，學生在解答實驗結(jié)論、實驗設(shè)計方案等表述類題目時，往往不能靈活運用所學知識進行科學嚴謹?shù)奈淖直硎?經(jīng)多年高三教學實踐，筆者將真實的科學研究論文引入到復習課上，讓學生通過閱讀論文，體會科研人員如何發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、設(shè)計實驗方案、收集整理實驗數(shù)據(jù)、書寫實驗結(jié)論和推測，然后，學生根據(jù)理解，模仿高考題嘗試出一道練習題.通過多次教學實踐，學生不僅了解了科學家的研究思路、科研論文的寫作方法，而且，深刻領(lǐng)悟了“綜合運用所學知識和方法解決實際問題”“關(guān)注對科學、技術(shù)和社會發(fā)展有重大影響的、與生命科學相關(guān)的突出成就及熱點問題”等，這些高考對學生提出的比較抽象的要求.

1 高三實驗專題的教學內(nèi)容

實驗專題的教學內(nèi)容主要分為教材中的常規(guī)實驗、教材所例舉科學史中涉及的實驗方法、科學探究的一般過程等三個部分.

1.1 教材中的常規(guī)實驗

“教材中的常規(guī)實驗”是指高中生物教材和《考試說明》中要求學生獨立完成的生物學實驗，包括觀察線粒體、質(zhì)壁分離和復原、觀察細胞的有絲分裂和減數(shù)分裂等顯微鏡觀察類實驗和葉綠體色素的提取與分離、DNA的粗提取與鑒定等生物體內(nèi)物質(zhì)的分離與鑒定類實驗，以及微生物培養(yǎng)與分離、植物組織培養(yǎng)等現(xiàn)代生物技術(shù).具體要求是理解實驗目的、原理和要求，了解材料用具，掌握實驗操作步驟，會分析和解釋實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，并得出合理的實驗結(jié)論.這部分內(nèi)容是生物學科的必備知識和技能，是學習“科學探究的一般過程”的基礎(chǔ)。

1.2 教材所列舉科學史中涉及的實驗方法

高中生物教材中列舉了大量的科學史素材，如細胞學說的建立、生物膜的流動鑲嵌模型、細胞核功能的研究、光合作用早期研究簡史、孟德爾遺傳定律的發(fā)現(xiàn)、摩爾根的果蠅伴性遺傳實驗、核酸是遺傳物質(zhì)的證據(jù)、DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的確立、生長素發(fā)現(xiàn)的相關(guān)實驗等.這些素材中包含很多科學家的研究思想和生物實驗技術(shù)等內(nèi)容.受實驗條件的限制，這些實驗無法在高中生物實驗室中完成，但《考試說明》中要求學生不僅深入理解這些實驗方法的原理和主要操作過程，還要靈活運用這些實驗方法解決科研問題.這部分內(nèi)容也是生物學科的必備知識和技能，難度較大.

1.3 科學探究的一般過程 “科學探究的一般過程”是實驗專題的核心內(nèi)容，是教學的重點和難點，也是高考重點考查的內(nèi)容.通常教師依據(jù)《考試說明》要求，按以下五個部分組織教學：

（1）觀察并提出問題.

（2）做出假設(shè).

（3）設(shè)計實驗、預期結(jié)果.

（4）進行實驗并記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù).

（5）深入分析實驗結(jié)果，得出令人信服的實驗結(jié)論.

這部分內(nèi)容是科學探究能力的較高要求，是體現(xiàn)學生綜合科學素養(yǎng)和創(chuàng)新、創(chuàng)造能力的重要方面.

2 高考實驗分析題的考查要求和學生存在的問題

縱觀近幾年北京高考理綜生物的“實驗分析題”，都是以社會關(guān)注的問題、與生活實踐聯(lián)系緊密的學科前沿問題為背景和切入點，通過巧妙的創(chuàng)新設(shè)計考查學生的科學探究和創(chuàng)新能力.該類型的試題重在引導學生勇于探究、關(guān)注科學與社會的關(guān)系、思考科學進步如何造福人類.

例如2017年的第29題和30題圍繞觀察與比較、分析與綜合、演繹與推理、抽象與概括等關(guān)鍵能力分層設(shè)問，逐級考查.第29題的第（3）小題和第30題的第（3）小題，分別通過讓學生設(shè)計實驗方案和遺傳育種方案，重點考查了學生的演繹與推理能力（在對信息進行深入加工、整合、推理的基礎(chǔ)上，演繹出推論）和創(chuàng)新能力（經(jīng)獨立思考，提出所給信息以外的觀點并能自圓其說）.

在平時教學過程中，雖然做了大量的習題，但學生的實驗探究能力提升的速度較慢，甚至在一模練習后，多數(shù)學生在新情景下，解決比較復雜問題的能力和創(chuàng)新能力仍然較弱，解答開放性的題目時沒有思路，不知從什么角度回答問題.一些學生依據(jù)探究目的，找出或設(shè)計自變量、因變量、控制變量的能力較差，導致他們不會設(shè)計實驗方案，不能用準確的語言來描述實驗的結(jié)果.

基于上述分析，筆者認為要想較大幅度地提升學生的學習成績，實驗專題的復習應圍繞“科學探究”這一核心素養(yǎng)，摒棄“題?！?，注重培養(yǎng)學生科學探究的興趣，使其養(yǎng)成科學思維的習慣;注重分析實驗現(xiàn)象背后的生物學原理;在嘗試用實驗的方法解決實際問題時，注重培養(yǎng)和提升學生的做出假設(shè)和預期、設(shè)計可行的實驗方案等能力，開拓和活躍學生的思維.

3 以科研論文組織教學提升學生的科學探究能力

科研論文真實地展示生物學知識的新進展、新穎的研究方法和技術(shù)、科學家應用假說演繹、建立模型等科學方法解決實際問題的過程、實事求是的科學態(tài)度和質(zhì)疑創(chuàng)新的科學精神.因此，科研論文具有獨特的教育價值和魅力，教師可以精選一些符合高中生認知水平、北京高考命題特點的科研論文，在對其進行適當加工處理后引入到課堂教學中.

3.1 利用科研論文提升應用嚴謹?shù)纳飳W語言描述實驗結(jié)果和結(jié)論的能力

運用科學嚴謹?shù)奈淖直硎龌卮饐栴}是理性思維的一個重要表現(xiàn)，是利于學生未來發(fā)展的重要素養(yǎng)之一.教學中，筆者發(fā)現(xiàn)一些學生在描述實驗結(jié)果和結(jié)論時，不會正確使用“差異不顯著”“差異顯著”“明顯高于”“明顯低于”“抑制”“緩解”等生物學術(shù)語.

針對學生的不足之處，筆者從一些科研論文中摘取了實驗結(jié)果，課堂上組織學生準確描述實驗結(jié)果并得出實驗結(jié)論.例如，從博士論文《寄生植物南方菟絲子對激素的響應及其傳遞植物間系統(tǒng)性抗蟲信號的研究》中摘錄了如下實驗結(jié)果：

根據(jù)實驗結(jié)果，學生很容易得出脫落酸（ ABA）抑制番茄種子萌發(fā)的結(jié)論，但對于脫落酸（ABA）對菟絲子種子萌發(fā)的影響產(chǎn)生了不同的意見，多數(shù)學生認為用不同濃度ABA處理菟絲子種子后，與對照組相比，種子的萌發(fā)率最終都達到了或接近100%，因此，他們使用了“抑制作用較弱”“影響不顯著”“無影響”“無作用”“延遲”等生物學術(shù)語.少數(shù)學生忽視了萌發(fā)率曲線的變化趨勢相同，錯誤認為菟絲子種子萌發(fā)率曲線有明顯差異，所以，使用了“有抑制作用”“影響顯著”等生物學術(shù)語，經(jīng)過討論，這些學生及時發(fā)現(xiàn)和糾正了自己的錯誤.筆者展示了論文的部分內(nèi)容，令學生們感到困惑的是論文作者的表述為“菟絲子種子對ABA誘導的種子萌發(fā)不敏感”.筆者及時引導學生閱讀論文中有關(guān)實驗目的的表述，即“對許多植物來說，外源ABA通常會導致發(fā)芽延遲.因此，南方菟絲子是否也會在種子萌發(fā)期間對ABA敏感性下降？”.短暫的思考之后，學生們明白了必須根據(jù)實驗目的書寫實驗結(jié)論.

教學實踐表明：通過有目的地選擇科研論文的實驗結(jié)果進行分析討論，學生比較容易理解和掌握正確書寫實驗結(jié)果和結(jié)論的方法之一是依據(jù)論文的研究目的，準確使用生物學術(shù)語.

3.2 應用科研論文提升設(shè)計實驗方案的能力

找出或設(shè)計自變量、因變量，進而設(shè)計可行的實驗方案是科學探究的重要環(huán)節(jié)，也是多數(shù)學生的薄弱環(huán)節(jié).

筆者搜索到發(fā)表在《作物學報》中的“水稻極矮突變體s2 - 47對赤霉素的響應及基因定位研究”一文，經(jīng)過加工處理，在課堂上給學生們?nèi)缦滦畔ⅲ?/p>

“通過EMS誘變“日本晴”水稻獲得1個極端矮化突變體s2 - 47，其表現(xiàn)型為極度矮化、葉色深綠、不能抽穗結(jié)實.由于植物的矮化大多與赤霉素（ GA）有關(guān)，于是研究人員做了一系列實驗來探究s2 - 47極端矮化與CA的關(guān)系.”

筆者讓學生討論研究人員應該設(shè)計哪些實驗？經(jīng)過一番討論，多數(shù)學生認為，首先測定矮化突變株的赤霉素含量，如果低于野生型，說明矮化的原因是赤霉素合成不足;如果赤霉素含量等于或高于野生型，則需檢測突變體的赤霉素信號傳遞途徑是否正常，但都提不出具體的檢測方法.筆者鼓勵學生對實驗方案進行補充、修正.于是，學生又提出給突變體施加適量的外源赤霉素，觀察突變體的高度是否恢復正常，這樣可進一步證明突變體矮化是否由赤霉素合成異常導致的.討論結(jié)束后，筆者將研究論文發(fā)給學生，學生們都頗有興趣地閱讀起來.閱讀完論文，學生對自己設(shè)計的實驗方案感到滿意，同時，被論文中證明赤霉素信號傳遞途徑是否正常的巧妙實驗所折服.

教學實踐表明：在教師的引導下，學生能夠依據(jù)實驗目的，靈活運用與植物激素相關(guān)的知識設(shè)計實驗方案并做出假設(shè)和預期.通過閱讀科研論文，學生不僅學會了科學探究的一般方法，掌握了科學探究的基本技能，還開闊了視野，活躍了思維.

在高三實驗專題復習過程中適當引入科研論文，能夠有效提升學生的科學探究和理性思維等生物學核心素養(yǎng).學生在了解科學家如何思考問題、研究問題、怎樣分析現(xiàn)象得出結(jié)論的同時，還感受到靈活運用生物學知識解決生產(chǎn)實踐問題的樂趣.

參考文獻：

[1]劉恩山.中學生物學教學論[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]蘇明學.援引科學研究案例組織遺傳學專題復習[J].生物學通報，2017，52 （2）：33 - 37.

[3]李晨晨等.水稻極矮突變體s2 -47對赤霉素的響應及基因定位研究[J].作物學報，2013，39（10）：1766 -1774.

[4]李娟.寄生植物南方菟絲子對激素的響應及其傳遞植物間系統(tǒng)性抗蟲信號的研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學，2015.