高中生物教学中核心素养的培养

2014年12月，教育部全面启动对2004年开始实行的各学科普通高中课程标准的修订工作，本次修订中一项重要的任务就是“凝练核心素养，推动落实‘立德树人根本任务”，要求高中生物教学必须深入挖掘学科核心素养，以核心素养为教学的核心，从三维目标出发，探索高中生物学科素养的培养策略。高中生物学科核心素养包含生命观念、理性思维、科学探究、社会责任4个方面，本文以“DNA分子的结构与基因工程”（该内容涉及人教版高中生物必修2的DNA分子的结构、人教版高中生物选修1的DNA的粗提取与鉴定、人教版高中生物选修3的基因工程）教学为例，谈谈如何在课堂教学中培养学生的学科核心素养。

一、实验先导，事实先导，形成生命观念

生命观念是高中生物学科核心素养具体表现之一，它是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是经过实证后的想法或观点，有助于理解或解释较大范围的相关事件和现象。学生应该在较好地理解了生物学概念性知识的基础上形成生命观念，如结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等，并能够用生命观念认识生命世界、解释生命现象。生物是一门与生活紧密联系的学科，也是一门实验性很强的学科，在教学中，教师可以采用贴近学生生活的事件、实验、视频等引入教学，引导学生由事实得出概念，再由概念形成生命观念。

教学“DNA分子的结构与基因工程”这一内容，教师可以先播放“DNA的粗提取与鉴定”实验微视频，该实验可以在家庭厨房进行并完成视频的拍摄。这个实验以洋葱作为实验材料，将洋葱鳞茎切碎后加入洗涤剂和食盐，然后研磨过滤，在过滤液中加入冷却的酒精（烧酒），3—5分钟后将含有杂质的絮状DNA析出。在做实验过程中，教师要尽可能地让学生尝试用多种材料做实验，如洋葱、香蕉、大蒜头、猕猴桃等。实验结果显示，除了使用材料为猕猴桃的实验效果不是很理想（猕猴桃的颜色对实验结果的观察产生影响），用其他材料做实验产生的效果均很明显。此外，教师还可以让学生用食物料理机和手工研磨的方式操作实验，将结果进行对比，会发现用手工研磨的方式做实验获取的DNA呈丝状，用食物料理机做实验获取的DNA呈絮状。若要进一步检测析出物是否为DNA，那么用手工研磨的方法得到的丝状物更易于挑取，比较适合操作。

教师给学生播放实验微视频，降低了讲解实验过程的难度，提高了学生学习的兴趣。学生通过观看实验微视频，知道了DNA存在于细胞中的事实，再通过构建DNA分子结构模型，初步形成“结构与功能观”的生命观念，为进一步学习基因工程奠定了理论基础。

例如，学习“生命活动的承担者——蛋白质”这一内容时，学生做实验，用双缩脲试剂检测蛋清、豆浆、牛奶、奶粉等是否含有蛋白质，从而得出细胞中确实存在蛋白质这一基本事实。基于事实，学生再展开讨论，观看视频，了解蛋白质的功能，最后总结得出蛋白质的基本单位氨基酸的结构通式。接着，教师出示4种化合物的结构式，让学生判断它们是否属于氨基酸（其中有一种不是），并选取其中的两种氨基酸写出脱水缩合的反应式，写出3种氨基酸脱水缩合后形成的三肽化合物的种类，尝试总结蛋白质的形成过程以及蛋白质结构具有多样性的原因，从而形成“结构与功能观”的生命观念。

其实，对于很多学习内容，教师都可以让学生通过观察实验、操作实验、归纳总结和提炼概念的方式形成生命观念这一生物核心素养，比如：从结构与功能相适应的视角，分析细胞是由多种多样的分子组成，这些分子是各项生命活动的物质基础；从进化与适应观的视角，解释生物的适应性是自然选择的结果；从生命进化观的视角，分析人类活动对生物多样性的影响。

二、构建模型，培养学生理性思维的习惯

理性思维是指基于客观事实和证据，崇尚并形成科学思维的习惯，运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法探讨生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题。本文仅以教学中的模型建构，阐述生物教学中培养学生理性思维的方法。

在教学“DNA分子的结构与基因工程”这一内容时，学生通过观看“DNA的粗提取与鉴定”微视频，已经知道DNA存在于细胞中这一事实。DNA能够贮存遗传信息，控制生物体的遗传与变异，这是由DNA的分子结构所决定。基于这一事实，教师有必要让学生明確DNA分子的结构模型，掌握DNA分子结构具有稳定性、多样性和特异性的特点，并指导学生学会构建DNA分子的结构模型。

实际上，大部分学生构建的DNA分子的结构模型呈链状（如图2、图3、图4），有的学生构建的DNA分子的结构模型呈环状（如图1）。教师让学生将图1和图2进行比较可知，链状DNA分子含有2个游离的磷酸基团，而环状DNA分子不含游离的磷酸基团，再比较图2、图3、图4，便可得出以下结论：DNA分子是由磷酸基团和脱氧核糖交替连接构成基本骨架，具有稳定性；不同的DNA分子碱基对的数目和排列顺序不同，使得DNA具有多样性的特征；特定的DNA具有特定的碱基排列顺序，使得DNA具有特异性的特征。

有的学生在构建DNA分子的结构模型过程中，没有出现DNA分子中磷酸基团、脱氧核糖、含N碱基的数量之比为1∶1∶1（如图5）。拿图2、图3、图4和图5来比较，学生会发现图5有问题，并围绕该问题进行讨论、分析，最后得出答案，这个过程能够培养学生形成理性思维的能力和习惯。

除了基于建构模型培养学生的理性思维，基于客观事实进行归纳概括也是培养学生理性思维的有效途径。例如，在复习“细胞结构”这一内容时，学生在显微镜下观察到多种多样的细胞、植物细胞的质壁分离与复原、细胞中的叶绿体和线粒体、洋葱根尖细胞的有丝分裂等，从中归纳得出，在显微镜下能够看到的细胞结构有细胞壁、细胞膜（在质壁分离现象中）、线粒体（需健那绿染色）、叶绿体、细胞核、染色体（需龙胆紫等碱性染料染色）。endprint

三、模拟实验，培养学生的科学探究能力

实验是揭示生物学现象和生命规律的最好方法。在高中生物教学中，教师必须培养学生的科学探究能力，引导学生发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施，以及对结果进行交流与讨论，在探究中学会团队合作，勇于创新。

在“DNA分子的结构与基因工程”一课中，学生通过开展DNA分子的粗提取与分离实验、构建DNA分子的结构模型，最后总结得出DNA分子的结构决定着物质的某一性状或功能。有的学生会产生疑问：基因工程是如何改变DNA分子的结构从而改变其功能的呢？实际上，基因工程是在DNA分子水平上的“移花接木”式改造的重组技术。如何“移花”获取目的基因，如何“接木”将目的基因和质粒连接，这些在目前高中实验室现有条件下还无法完成该生物技术实验。选用哪种限制酶获取目的基因和切割质粒？限制酶切割后会产生多少种DNA片段？两种限制酶切割与一种限制酶切割相比具有怎样的优点？在用限制酶处理含有目的基因的DNA片段和质粒时不能破坏哪些结构？

针对这一系列问题，教师可以设计模拟实验来解答，让学生在动手操作中找到答案（图6是切割后的质粒，图7是目的基因）。学生通过模拟实验，在合作探究中得出质粒与目的基因随机连接会形成以下6种重组DNA分子：①2个质粒相连；②质粒的自身环化；③2个目的基因相连；④目的基因的自身环化；⑤质粒与目的基因的正向连接；⑥质粒与目的基因的反向连接。学生在探究一种限制酶得到多种重组DNA分子的基础上，再去探究两种限制酶切割目的基因和质粒，那么，双酶切的优势显而易见，即目的基因和质粒之间可以定向连接。模拟实验使抽象的问题变得具体形象，学生对基因工程的理解也更深刻，动手能力和思维能力也得到了提高。

近几年，高考生物试题的实验题比例占30%左右，除了考查课本中的实验，对学生的实验探究能力要求不断提高。教学中，教师在组织学生开展探究性学习活动时要注意以下几点：一是创设情境，教学时可从标本模型、生活经验、社会热点问题等切入教学；二是鼓励学生观察、思考、提问、提出假说、设计实验方案、开展小组合作探究等；三是重视学生学习报告的完成情况。

四、关注生物学的社会议题，增强社会责任感

生物学科的社会责任是指基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，作出理性的解释和判断，尝试解决生产生活中的生物学问题的担当和能力。例如，学生应当能够以造福人类的态度和价值观，运用生物学知识和思想方法，关注涉及生物学的社会议题，参与讨论并作出理性解释，辨别迷信和伪科学；主动向他人宣传健康生活、关爱生命和保护环境等相关知识；结合本地资源开展科学实践，尝试解决现实生活中与生物学相关的问题。

20世紀80年代，科学家提出了蛋白质工程，通过基因改造生产自然界不存在的蛋白质，被称之为“第二代基因工程”。近几年，基因工程又有了新的突破，具有划时代意义的CRISPR/Cas9基因编辑技术能够简单准确地进行基因定点编辑。以教学“DNA分子的结构与基因工程”为例，课前，教师可以请学生以“3W（是什么、为什么、怎么做）”问题驱动方式收集基因编辑技术的信息并在课堂上展示，由于学生对该技术已有所了解，因此课堂讨论较为热烈，有的学生提出了基因编辑技术可以消除遗传病基因、治疗癌症、延缓人类衰老等观点。当然，对于科技这把“双刃剑”，师生也给出了理性的判断和评价，毕竟基因编辑技术用于治疗某些疾病时有可能带来伦理道德问题，而人口数量过多也可能带来一些社会问题等。通过开展类似的活动，有助于激发学生关注与生命科学相关的社会议题，培养学生参与社会的责任感。

此外，教师还要引导学生多讨论一些与生物学相关的社会议题，多开展社会实践活动，让学生在真实的实践活动中尝试解决生物学问题，增强社会责任感。例如，组织学生讨论器官移植与组织相容性抗原的关系，探讨干细胞移植的价值；结合日常生活，讨论食品中含有过量激素对人类身体的危害；讨论植物激素在生产生活中的应用，尝试提出生产方案。

学科“核心素养”不同于一般的“素养”，也不等同于全面素养或一般素养的“泛核心”，它注重培养学生的自主发展、实践创新、合作探究等能力，突出强调培养学生的个人修养、家国情怀、社会关爱等品格。生物学科是与现实生活联系最为紧密的学科之一，教学中教师要以学生为主体，通过实验、模型构建、讨论等方式组织学生合作探究，培养学生的理性思维，并给予学生实践和展示的机会。

如何迎接新一轮以培养学生学科“核心素养”为核心的高中课程改革，在教学中更好地落实“核心素养”的培养，教师要转变观念，改变教学方式，多思考、多学习、多实践，使学科“核心素养”的培养真正取得效果。

（作者：祁小飞，江苏省苏州市区生物学科带头人，首届苏州市生物学科命题研究与评价中心组成员，多次在苏州市开设公开课和专题讲座。）

（责编 欧孔群）endprint