以史为轮，驱动生物学课堂活动

商爽

摘 要：生物学的发展实质是科学史的发展。以生物学经典研究过程与发现成果为材料开展课堂活动，符合學生认知发展规律，有利于学生生物学概念的形成。笔者在“工具酶的发现和基因工程的诞生”这一节的教学活动设计中，以科学史作为驱动，开展小组讨论、模型构建等课堂活动，激发学生的学习兴趣，发展学生生物学核心素养。

关键词：科学史;驱动;生物学;课堂活动

中图分类号：G633.91 文献标识码：A     文章编号：1992-7711（2019）02-077-2

美国著名的科学史家萨顿说过：“一部科学史，在很大程度上就是一部工具史，这些工具，无论有形或无形，由一系列人物创造出来，以解决他们遇到的某些问题，每种工具和方法都是人类智慧的结晶。”生物科学史反映了生物学家在特定的知识背景下，以科学的思维方法，发现并解决生物学问题的历程。生物课堂教学中通过重现生物学史，以历史上的相关素材为依据开展学习活动，有助于学生构建概念网络，发展理性思维，养成社会责任。本文以“工具酶的发现和基因工程的诞生”一节的教学活动设计为例说明科学史在生物课堂活动中的应用。

一、分子遗传理论的初步形成

提供视频：不同人们的愿望（农民希望丰收、养殖户希望有良种畜禽、小孩希望治病不用打针吃药等）。

过渡：上述这些愿望都可以通过生物技术来实现。然而，任何技术都必须建立在坚实的理论基础之上。

提供材料1： （1）1944年，3位科学家通过肺炎双球菌转化实验，发现DNA是该菌的遗传物质。此后科学家陆续发现其它细胞生物的遗传物质均为DNA。

（2）1953年，沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋模型。

（3）1958年，弗朗西斯·克里克提出中心法则，解释了遗传现象的本质。

（4）1961年，首个密码子被破解，随后几年科学家破解了其它密码子，并提出了遗传密码的普遍性。

课堂活动1：小组讨论：面对这些科学成果，你对改造生物有什么大胆的想法？

设计意图：根据已有的理论依据，发散思维，大胆设想，并互相交流想法，理解基因工程实现的3个理论基础，指出基因工程是“实现梦想”的有效方法，可以培养学生运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。

二、载体质粒的发现

过渡：要将一种生物的基因导入到另一种生物中去，必须要有相应的工具。

提供材料2：（1）1946年，发现了第一种质粒：大肠杆菌的F因子。

（2）1957年，日本学者发现质粒介导抗生素抗性基因的转移。

（3）在上世纪60年代，科学家陆续发现各种细菌质粒，且它们可以介导细菌致育性和药物抗性等许多基因的转移。

课堂活动2：小组讨论：质粒为什么能介导基因转移？这对基因工程有何意义？

设计意图：学生通过分析已有资料，联系课本知识，归纳概括，得出“质粒之所以能发生转移是因为具有控制质粒DNA转移的基因，质粒是优质的基因工程载体”，有助于学生发展科学思维，形成“结构与功能相适应”的生命观。

三、工具酶的发现

过渡：将基因与质粒连接，基因便可随质粒从一种生物转移到另一种生物中，关键是如何连接。

提供材料3：（1）1967年，在三个实验室同时发现了DNA连接酶。它是一种DNA链上缺口酶。其作用如图1。

（2）1969年，科学家成功分离出第一个基因。

过渡：DNA连接酶的发现有何意义？有了基因、质粒、DNA连接酶，是否可以将基因连接到质粒上，形成重组DNA了呢。

提供材料4：1970年，科学家发现了限制性核酸内切酶，如EcoR I，其作用如图2。

课堂活动3：模拟重组DNA（质粒）的形成过程：

提供学生含基因P的DNA（纸质平面模型）、质粒的纸质模型、剪刀（模拟限制性核酸内切酶EcoR I）、胶带纸（模拟DNA连接酶）。

（1）根据已有知识，如何将基因P从DNA中切取出来？请操作处理。

（2）对质粒应做何种处理？请操作处理。

（3）如果把经EcoR I处理的P基因与质粒放在一起，再加入DNA连接酶，会发生什么现象？请探讨可能的结果，并操作处理。

设计意图：通过“基因工程工具的先后发现”的学习，学生感悟“生物科学的发展不是一蹴而就的，而是一个不断继承和创新的过程”。模拟重组DNA分子的形成过程的活动，可激发学生的学习兴趣，通过分析P基因与质粒经同种限制性核酸酶处理后再用DNA连接酶处理所产生的可能结果，有利于培养学生演绎推理、方案实施、模型构建的能力，发展学生团队合作、勇于创新的精神。

四、基因工程的诞生与概念

提供材料5：（1）1972年，科学家首次用同种限制性核酸内切酶切割SV40和λ噬菌体DNA，然后用DNA连接酶进行连接，形成了重组DNA分子。

（2）1973年，科学家将来自两种大肠杆菌的含四环素抗性基因的质粒和含卡那霉素抗性基因的质粒分别用同种限制性核酸内切酶切割，然后用DNA连接酶连接，形成重组DNA分子转入大肠杆菌，产生了同时具有抗四环素和抗卡那霉素的性状的菌种。

课堂活动4：讨论小结：给基因工程的概念下一个定义，并指出基因工程的核心是什么。

设计意图：通过本节课的活动和学习，学生已具有了对基因工程的初步理解。通过对素材的整理分析，给出基因工程的基本概念，并指出核心形成重组DNA分子，可进一步提升学生归纳概括和抓住事物重点及本质的能力。了解生物学学科发展情况，有利于提高学生学习兴趣。

结语

课堂活动是培养学生科学思维，提高核心素养的重要载体。但笔者在长期的教学中发现，课堂活动也易流于形式或是缺乏优质的探究材料。科学史是科学精神的积淀，蕴藏着丰富的教学素材。在课堂中科学运用生物学史，能使学生跟随科学探索的脚步汲取知识的同时，发散思维，体验科学精神。围绕经典的历史背景和研究过程来设计活动，不仅能使学生清楚知识的来龙去脉，使基础知识学得更加扎实，还能够培养学生探索、研究的兴趣，大大提高学生的科学思维能力和创新能力，全面提高学生的生物学核心素养。

[参考文献]

[1]宣文惠.经典的科学研究与高中生物教学[J].合肥学院学报（自然科学版），2004（14）.