基于生物學(xué)事件的學(xué)生核心素養(yǎng)培育

黃新

摘? ?要 生物學(xué)發(fā)展史是一部經(jīng)典生物學(xué)事件交錯(cuò)結(jié)合的歷史，其中蘊(yùn)含了無數(shù)前輩巧妙絕倫的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，教學(xué)中借此創(chuàng)設(shè)問題情境，以引導(dǎo)學(xué)生展開探究、歸納、反思，沿著前輩的研究之路，在潛移默化中提高學(xué)生的生物學(xué)科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 邏輯關(guān)系? 辯證性思考? 編制試題? 知識銜接

學(xué)科的發(fā)展是建立于眾多科學(xué)家對自然現(xiàn)象的分析研究基礎(chǔ)之上的，其研究的過程，實(shí)際上也是人類思維拓展的過程，大多符合人類對新事物認(rèn)識的規(guī)律，有的是建立在對前人研究成果基礎(chǔ)上的進(jìn)一步探索驗(yàn)證，也有的是按科學(xué)發(fā)展的規(guī)律逐漸揭示實(shí)質(zhì)的過程，這些都是培育學(xué)生核心素養(yǎng)的優(yōu)秀素材。

一、通過經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，理清邏輯關(guān)系

新知識的發(fā)現(xiàn)，一般符合人類的認(rèn)知規(guī)律，后來者研究的方向與前人研究的內(nèi)容總是存在著一定的邏輯關(guān)系，該關(guān)系能較好地激發(fā)學(xué)生的思維活動，教材編制過程中往往偏向于事件發(fā)生的時(shí)間順序，卻很少關(guān)注到知識間的邏輯關(guān)系。因此在教學(xué)過程中，可根據(jù)學(xué)生的思維特征，對教材內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

如植物生長素的發(fā)現(xiàn)過程。教材中對這些科學(xué)事件的安排，完全是按照時(shí)間發(fā)生的先后順序進(jìn)行設(shè)置的。具體教學(xué)中，可按照現(xiàn)象（達(dá)爾文發(fā)現(xiàn)植物向光性），進(jìn)而追尋“影響是什么？是否為一種化學(xué)物質(zhì)？”從而引出溫特實(shí)驗(yàn)。在對其分析之前，因?yàn)橐玫江傊虼隧氁确治稣采瓕?shí)驗(yàn)，得出“影響”可透過瓊脂片傳遞給下部之后，然后再重新審視溫特實(shí)驗(yàn)。將胚芽鞘尖端切下來放到瓊脂塊上，切下來的瓊脂塊，如何探究有無來自于尖端的物質(zhì)，能夠促進(jìn)尖端以下部位的生長？瓊脂塊是放在去除胚芽鞘正中間還是放在一側(cè)？對于該問題的求解，可引導(dǎo)學(xué)生分析拜爾實(shí)驗(yàn)。這樣一來，可以溫特實(shí)驗(yàn)的分析為教學(xué)情境，以須要解決的問題帶動對詹森和拜爾實(shí)驗(yàn)的分析，這樣即可沿著學(xué)生的思維特征，將這些經(jīng)典生物學(xué)事件進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而提高學(xué)生分析問題的能力。最后，要求學(xué)生根據(jù)各位科學(xué)家的研究歷程以及結(jié)論，嘗試著解釋胚芽鞘彎向單側(cè)光的原因。教材內(nèi)容的設(shè)置與調(diào)整后的教學(xué)設(shè)計(jì)，如表1、2所示。

二、分析經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)探究能力

新知識發(fā)現(xiàn)的過程，無不是經(jīng)歷艱難曲折的過程，科學(xué)知識的進(jìn)步，是以正確的科學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的，此外還要敢于向權(quán)威挑戰(zhàn)，正視自己的研究成果，突破傳統(tǒng)認(rèn)知，做一個(gè)新認(rèn)知的推動者。眾多精彩絕倫的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，令人產(chǎn)生由衷的佩服，在教學(xué)中，對于一些具有挑戰(zhàn)性而且適合于中學(xué)生思考的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，教師不要將前人的實(shí)驗(yàn)過程直接呈現(xiàn)給學(xué)生，可提出問題，給出實(shí)驗(yàn)材料，引導(dǎo)學(xué)生討論，思考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路，并嘗試著分析出可能的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及相應(yīng)結(jié)論。

如在進(jìn)行動物激素調(diào)節(jié)教學(xué)過程中，人類發(fā)現(xiàn)的第一種動物激素“促胰液素”的實(shí)驗(yàn)非常經(jīng)典，能較好地鍛煉學(xué)生的思維。在教學(xué)中，教師可首先提出問題：人進(jìn)食不久，即可出現(xiàn)胰腺分泌胰液，那么胰液的分泌是如何調(diào)節(jié)的呢？以此導(dǎo)入到胰液分泌調(diào)節(jié)的原因分析，繼續(xù)提出當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)界鑒于神經(jīng)調(diào)節(jié)的主體認(rèn)知，普遍認(rèn)為，胃酸刺激小腸的神經(jīng)，將興奮傳給胰腺，使胰腺分泌胰液。展示法國學(xué)者沃泰默實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在學(xué)生討論之后，教師可展示出斯他林和貝利斯的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而證明了胰液分泌是激素調(diào)節(jié)的結(jié)果。為了強(qiáng)化學(xué)生敢于質(zhì)疑的心理，教師可引用教材中巴甫洛夫?qū)σ纫悍置诘恼J(rèn)知及感慨，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生思想的共鳴。設(shè)計(jì)見圖1所示

三、運(yùn)用經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，編制原創(chuàng)試題

作為生物學(xué)發(fā)展中的利器，經(jīng)典實(shí)驗(yàn)有著獨(dú)到的思維方式，其中蘊(yùn)含著極為縝密的實(shí)驗(yàn)原理，而變量的設(shè)置、實(shí)驗(yàn)步驟的呈現(xiàn)，無不體現(xiàn)了前輩科學(xué)家多次思考與探究的歷程。生物學(xué)試題的設(shè)計(jì)，大都需要較為新穎的試題背景，不少教師一味追求時(shí)尚化，盡可能采用科學(xué)前沿的新信息，作為命題的框架，而很少關(guān)注到教材經(jīng)典實(shí)驗(yàn)背后的故事。教材中的實(shí)驗(yàn)為了學(xué)生閱讀的需要，往往對原有的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了簡化處理，教師可翻閱原始的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，從中尋找出與考試說明相關(guān)的問題，以考查學(xué)生對新知識的理解能力。

例題：20世紀(jì)70年代，科學(xué)家利用小鼠進(jìn)行了一系列體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。感受R型細(xì)菌與S型細(xì)菌之間的轉(zhuǎn)化過程，如圖3所示。請回答下列有關(guān)問題：

（1）青霉素是一種常用的廣譜抗菌素，通過抑制細(xì)菌細(xì)胞壁的合成起殺菌作用，無青霉素抗性的細(xì)菌與青霉素接觸，易導(dǎo)致細(xì)菌死亡的原因最可能是? ? ? 。

（2）在實(shí)驗(yàn)4死亡的小鼠中能夠分離出? ? ? ? 型細(xì)菌，S型細(xì)菌出現(xiàn)的變異類型為? ? ? ? 。該S型菌與正常的個(gè)體完全相同嗎？其原因是什么？? ? ? ? 。

（3）除了用顯微鏡觀察細(xì)菌有無莢膜或在固體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，以觀察菌落特征外，據(jù)圖2可知，你還可以通過怎樣的方法來區(qū)分R型和S型細(xì)菌？? ? ? ? ? ? 。

（4）圖3中步驟? ? ? ? 是將S型細(xì)菌加熱殺死的過程;S型細(xì)菌的DNA雙鏈片段與A細(xì)胞膜表面的相關(guān)DNA結(jié)合蛋白結(jié)合，其中一條鏈在? ? ? ?酶的作用下分解，另一條鏈與感受態(tài)特異蛋白結(jié)合進(jìn)入R型細(xì)菌細(xì)胞內(nèi);C細(xì)胞經(jīng)DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂后，產(chǎn)生大量的S型細(xì)菌導(dǎo)致小鼠患敗血癥死亡，S型細(xì)菌的致病性與緊貼在細(xì)胞壁外側(cè)的? ? ? ? （一種結(jié)構(gòu)）有關(guān)，細(xì)菌此結(jié)構(gòu)的有無受? ? ? ?控制。

（5）實(shí)驗(yàn)4中死亡的小鼠體內(nèi)R型菌數(shù)量的變化有何特點(diǎn)？? ? ? ? ，請嘗試著解釋其形成的原因? ? ? ? 。

參考答案：（1）細(xì)菌細(xì)胞吸水過多，細(xì)胞膜過度膨脹發(fā)生破裂（2）S型和R型基因重組不完全相同，因?yàn)檗D(zhuǎn)化形成的S型菌含有S型和R型菌的DNA （3）用注射法，通過觀察小鼠的生活情況來區(qū)分 （4）① 核酸（或DNA）水解 莢膜 DNA（或控制莢膜合成的基因） （5）增多→減少→增多? 起始段小鼠未產(chǎn)生大量對抗R型菌的抗體，故其會增多，后來逐漸形成大量相應(yīng)抗體，導(dǎo)致R菌數(shù)量減少，再后來隨著S型菌的出現(xiàn)，導(dǎo)致小鼠免疫能力降低，造成R型菌大量繁殖。

肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)是證明DNA是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，其中經(jīng)歷了格里菲斯和艾弗里兩位前輩的研究歷程，研究思路明確，邏輯性較強(qiáng)。在教學(xué)中，可提出如下問題引導(dǎo)學(xué)生展開思考：R型細(xì)菌和S型細(xì)菌性狀出現(xiàn)差異的根本和直接原因是什么？直接注入R型活菌，其能否長時(shí)間存留于小鼠體內(nèi)？注入S型活菌之后，小鼠為何會導(dǎo)致死亡？同時(shí)注入S型死菌和R型活菌，導(dǎo)致小鼠死亡，其體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的S型活菌從何而來？該S型活菌與正常的S菌完全相同嗎？

四、活用經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)知識銜接

在生物學(xué)的發(fā)展中，后來人的研究歷程，大多是在前輩研究的思路上進(jìn)一步展開的，研究的出發(fā)點(diǎn)往往立足于前輩研究的不足之處。在教學(xué)中，教師可巧用這兩點(diǎn)，適時(shí)地引導(dǎo)學(xué)生展開思考，從而實(shí)現(xiàn)前后知識片段間的自然銜接。

在進(jìn)行DNA是主要遺傳物質(zhì)的教學(xué)中，肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)最大不足之處在于提取的DNA上仍然含有0.02%的蛋白質(zhì)，教師可就此設(shè)問：為了消除人們對殘留蛋白質(zhì)的懷疑，如果再次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中所選用的生物，從物質(zhì)組成上要具有什么特點(diǎn)？學(xué)生可回答出：再次實(shí)驗(yàn)的生物從物質(zhì)組成上要盡可能滿足只含DNA與蛋白質(zhì)，接下來教師可利用多媒體展示噬菌體的結(jié)構(gòu)圖，播放噬菌體侵染細(xì)菌的動畫視頻，讓學(xué)生嘗試著描述其過程，并思考問題：親代噬菌體的哪種物質(zhì)進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)？哪種物質(zhì)留在細(xì)菌體外？增殖過程所需的原料有哪些？由哪種生物提供？子代噬菌體的DNA分子、蛋白質(zhì)分子的元素來源是什么？學(xué)生通過對模擬動畫的觀察，即可回答出上述問題，教師即可提出啟發(fā)式的問題：這是模擬動畫，那么其制作的依據(jù)是什么呢？很明顯是科學(xué)依據(jù)，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)才能證明親代噬菌體注入細(xì)菌的物質(zhì)是DNA呢？學(xué)生自然會提到同位素示蹤法，從而進(jìn)一步展開教學(xué)。

通過利用教材內(nèi)外的經(jīng)典生物學(xué)事件，巧設(shè)啟發(fā)式問題鏈，引領(lǐng)學(xué)生思維活動，深入教學(xué)實(shí)際，以達(dá)到學(xué)生對新知識的心領(lǐng)神會。新課標(biāo)指出，高中生物學(xué)課程要“展示生物學(xué)的基本內(nèi)容，反映自然科學(xué)的本質(zhì)”，這就要求教師在教學(xué)過程中積極創(chuàng)設(shè)較為真實(shí)的教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生思考生物學(xué)現(xiàn)象發(fā)生的本質(zhì)原因，明確生命科學(xué)的生命屬性，以提高其學(xué)科素養(yǎng)以及認(rèn)知能力。

參考文獻(xiàn)

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【責(zé)任編輯? ?孫曉雯】