基于生物学事件的学生核心素养培育

黄新

摘   要 生物学发展史是一部经典生物学事件交错结合的历史，其中蕴含了无数前辈巧妙绝伦的实验设计，教学中借此创设问题情境，以引导学生展开探究、归纳、反思，沿着前辈的研究之路，在潜移默化中提高学生的生物学科素养。

关键词 逻辑关系  辩证性思考  编制试题  知识衔接

学科的发展是建立于众多科学家对自然现象的分析研究基础之上的，其研究的过程，实际上也是人类思维拓展的过程，大多符合人类对新事物认识的规律，有的是建立在对前人研究成果基础上的进一步探索验证，也有的是按科学发展的规律逐渐揭示实质的过程，这些都是培育学生核心素养的优秀素材。

一、通过经典实验，理清逻辑关系

新知识的发现，一般符合人类的认知规律，后来者研究的方向与前人研究的内容总是存在着一定的逻辑关系，该关系能较好地激发学生的思维活动，教材编制过程中往往偏向于事件发生的时间顺序，却很少关注到知识间的逻辑关系。因此在教学过程中，可根据学生的思维特征，对教材内容进行适当的调整。

如植物生长素的发现过程。教材中对这些科学事件的安排，完全是按照时间发生的先后顺序进行设置的。具体教学中，可按照现象（达尔文发现植物向光性），进而追寻“影响是什么？是否为一种化学物质？”从而引出温特实验。在对其分析之前，因为要用到琼脂，因此须要先分析詹森实验，得出“影响”可透过琼脂片传递给下部之后，然后再重新审视温特实验。将胚芽鞘尖端切下来放到琼脂块上，切下来的琼脂块，如何探究有无来自于尖端的物质，能够促进尖端以下部位的生长？琼脂块是放在去除胚芽鞘正中间还是放在一侧？对于该问题的求解，可引导学生分析拜尔实验。这样一来，可以温特实验的分析为教学情境，以须要解决的问题带动对詹森和拜尔实验的分析，这样即可沿着学生的思维特征，将这些经典生物学事件进行综合分析，进而提高学生分析问题的能力。最后，要求学生根据各位科学家的研究历程以及结论，尝试着解释胚芽鞘弯向单侧光的原因。教材内容的设置与调整后的教学设计，如表1、2所示。

二、分析经典实验，培养探究能力

新知识发现的过程，无不是经历艰难曲折的过程，科学知识的进步，是以正确的科学实验为基础的，此外还要敢于向权威挑战，正视自己的研究成果，突破传统认知，做一个新认知的推动者。众多精彩绝伦的实验设计，令人产生由衷的佩服，在教学中，对于一些具有挑战性而且适合于中学生思考的经典实验，教师不要将前人的实验过程直接呈现给学生，可提出问题，给出实验材料，引导学生讨论，思考实验设计的思路，并尝试着分析出可能的实验现象以及相应结论。

如在进行动物激素调节教学过程中，人类发现的第一种动物激素“促胰液素”的实验非常经典，能较好地锻炼学生的思维。在教学中，教师可首先提出问题：人进食不久，即可出现胰腺分泌胰液，那么胰液的分泌是如何调节的呢？以此导入到胰液分泌调节的原因分析，继续提出当时学术界鉴于神经调节的主体认知，普遍认为，胃酸刺激小肠的神经，将兴奋传给胰腺，使胰腺分泌胰液。展示法国学者沃泰默实验设计，在学生讨论之后，教师可展示出斯他林和贝利斯的实验，进而证明了胰液分泌是激素调节的结果。为了强化学生敢于质疑的心理，教师可引用教材中巴甫洛夫对胰液分泌的认知及感慨，实现了学生思想的共鸣。设计见图1所示

三、运用经典实验，编制原创试题

作为生物学发展中的利器，经典实验有着独到的思维方式，其中蕴含着极为缜密的实验原理，而变量的设置、实验步骤的呈现，无不体现了前辈科学家多次思考与探究的历程。生物学试题的设计，大都需要较为新颖的试题背景，不少教师一味追求时尚化，尽可能采用科学前沿的新信息，作为命题的框架，而很少关注到教材经典实验背后的故事。教材中的实验为了学生阅读的需要，往往对原有的实验进行了简化处理，教师可翻阅原始的实验设计，从中寻找出与考试说明相关的问题，以考查学生对新知识的理解能力。

例题：20世纪70年代，科学家利用小鼠进行了一系列体内转化实验，如图2所示。感受R型细菌与S型细菌之间的转化过程，如图3所示。请回答下列有关问题：

（1）青霉素是一种常用的广谱抗菌素，通过抑制细菌细胞壁的合成起杀菌作用，无青霉素抗性的细菌与青霉素接触，易导致细菌死亡的原因最可能是      。

（2）在实验4死亡的小鼠中能够分离出        型细菌，S型细菌出现的变异类型为        。该S型菌与正常的个体完全相同吗？其原因是什么？        。

（3）除了用显微镜观察细菌有无荚膜或在固体培养基中培养，以观察菌落特征外，据图2可知，你还可以通过怎样的方法来区分R型和S型细菌？            。

（4）图3中步骤        是将S型细菌加热杀死的过程;S型细菌的DNA双链片段与A细胞膜表面的相关DNA结合蛋白结合，其中一条链在       酶的作用下分解，另一条链与感受态特异蛋白结合进入R型细菌细胞内;C细胞经DNA复制和细胞分裂后，产生大量的S型细菌导致小鼠患败血症死亡，S型细菌的致病性与紧贴在细胞壁外侧的        （一種结构）有关，细菌此结构的有无受       控制。

（5）实验4中死亡的小鼠体内R型菌数量的变化有何特点？        ，请尝试着解释其形成的原因        。

参考答案：（1）细菌细胞吸水过多，细胞膜过度膨胀发生破裂（2）S型和R型基因重组不完全相同，因为转化形成的S型菌含有S型和R型菌的DNA （3）用注射法，通过观察小鼠的生活情况来区分 （4）① 核酸（或DNA）水解 荚膜 DNA（或控制荚膜合成的基因） （5）增多→减少→增多  起始段小鼠未产生大量对抗R型菌的抗体，故其会增多，后来逐渐形成大量相应抗体，导致R菌数量减少，再后来随着S型菌的出现，导致小鼠免疫能力降低，造成R型菌大量繁殖。

肺炎双球菌的转化实验是证明DNA是遗传物质的经典实验，其中经历了格里菲斯和艾弗里两位前辈的研究历程，研究思路明确，逻辑性较强。在教学中，可提出如下问题引导学生展开思考：R型细菌和S型细菌性状出现差异的根本和直接原因是什么？直接注入R型活菌，其能否长时间存留于小鼠体内？注入S型活菌之后，小鼠为何会导致死亡？同时注入S型死菌和R型活菌，导致小鼠死亡，其体内发现的S型活菌从何而来？该S型活菌与正常的S菌完全相同吗？

四、活用经典实验，实现知识衔接

在生物学的发展中，后来人的研究历程，大多是在前辈研究的思路上进一步展开的，研究的出发点往往立足于前辈研究的不足之处。在教学中，教师可巧用这两点，适时地引导学生展开思考，从而实现前后知识片段间的自然衔接。

在进行DNA是主要遗传物质的教学中，肺炎双球菌的转化实验最大不足之处在于提取的DNA上仍然含有0.02%的蛋白质，教师可就此设问：为了消除人们对残留蛋白质的怀疑，如果再次设计实验中所选用的生物，从物质组成上要具有什么特点？学生可回答出：再次实验的生物从物质组成上要尽可能满足只含DNA与蛋白质，接下来教师可利用多媒体展示噬菌体的结构图，播放噬菌体侵染细菌的动画视频，让学生尝试着描述其过程，并思考问题：亲代噬菌体的哪种物质进入细菌体内？哪种物质留在细菌体外？增殖过程所需的原料有哪些？由哪种生物提供？子代噬菌体的DNA分子、蛋白质分子的元素来源是什么？学生通过对模拟动画的观察，即可回答出上述问题，教师即可提出启发式的问题：这是模拟动画，那么其制作的依据是什么呢？很明显是科学依据，如何设计实验才能证明亲代噬菌体注入细菌的物质是DNA呢？学生自然会提到同位素示踪法，从而进一步展开教学。

通过利用教材内外的经典生物学事件，巧设启发式问题链，引领学生思维活动，深入教学实际，以达到学生对新知识的心领神会。新课标指出，高中生物学课程要“展示生物学的基本内容，反映自然科学的本质”，这就要求教师在教学过程中积极创设较为真实的教学情境，引导学生思考生物学现象发生的本质原因，明确生命科学的生命属性，以提高其学科素养以及认知能力。

参考文献

[1]  中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]  朱正威，趙占良.普通高中课程标准实验教科书教师用书：生物：必修3稳态与环境[M].北京：人民教育出版社，2017.

【责任编辑   孙晓雯】