学科核心素养背景下生物科学史话之妙用

郭佳静

摘要以人教版普通高中生物学教材必修1中容易被忽略的科学史话“世界首个人工合成蛋白质的诞生”为例，探讨在教学实践中巧妙利用好科学史提升核心素养的策略：聚焦科学知识中的核心概念，渗透生命观念；借助科学过程开展科学探究，提升科学思维；解读科学文化精神，落实社会责任

关键词 科学史话 核心素养 蛋白质

中图分类号G633. 91文献标志码B

生物科学史是有关生物学科学发生和发展的历史，包含了生物科学知识，生物科学研究方法与过程、科学精神与态度等。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》强调了要重视生物科学史的学习，明确指出“学习生物科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路，理解科学的本质和科学研究的思路和方法，学习科学家献身科学的精神，这对提高学生的生物学学科核心素养是很有意义的”。生物科学史与学科核心素养关系如图1所示。

科学史较完整、真实地展现了科学探究的一般过程，渗透了归纳与概括、演绎与推理等科学思维。学习科学史有利于深化学生对学科科学概念、科学原理的认知，有利于学生更好地发展自身的生命观念，理解生物学知识的本质。科学史中的科学文化，如科学家在探索过程中的科学精神和态度、科学家之间的合作交流与思维碰撞等，有利于唤起学生的社会责任感，使其能积极地参与个人及社会事务的讨论，最终落实了生物学课程立德树人的教育任务。

由此可见，生物学科学史具有非常重要的教育价值，但在实际的教学实践中部分教师关于生物科学史的教学只注重科学知识，忽略科学思维、科学方法与态度；教师的教学方法单一，迫于教学进度在课堂上花费的时间少，或者只是将其当作学生课外自行阅读的素材，从而浪费了很好的教学素材。下面以日常教学中容易被忽略的“科学史话”——世界上第一个人工合成蛋白质的诞生（人教版新教材必修1）为例，探讨如何巧妙利用该科学史话组织教学，提升学生的生物学学科核心素养。

1聚焦核心概念，渗透生命观念

蛋白质是属于分子水平的重要概念，历来是高考的高频考点。牛胰岛素是蛋白类激素，由51个氨基酸，2条多肽链组成。教师可以此为命题素材，围绕蛋白质考查其结构、性质、功能等相关问题。例如，从蛋白质结构的角度，一个牛胰岛素分子共有几个肽键，至少含有几个游离的氨基和羧基，教师也可提供结晶牛胰岛素的平面结构示意图（图2），考查牛胰岛素合成过程相对分子质量的变化等。

再如，教师可以设置如下问题：胰岛素能降低血糖，体现了蛋白质的功能；将结晶牛胰岛素溶液煮沸会破坏其，使其失去生物活性；治疗糖尿病的胰岛素不能口服必须注射的原因是。这些问题的提出有利于学生巩固所学知识，也在学生解题的过程中渗透了生命的物质观、结构和功能观等生命观念。

2开展科学探究，提升科学思维

科学史是科学家进行科学探究的缩影，以生物科学史为载体，组织探究性学习有利于提升学生的科学思维，培养学生的科学探究能力。在“世界上第一个人工合成蛋白质的诞生”科学史教学中，教师可以针对科学家的探究过程设置相应的问题，使学生在问题指引下，沿着科学家的探索思路，领悟科学家的思维过程，领会科学研究的一般方法。也可给学生观看《我是科学家》节目“人工合成胰岛素中，一个少为人知的科学故事”，通过中国科学院王志珍院士通俗易懂的讲解，使学生了解人工合成牛胰岛素的故事。在这个视频中，王院士提到：当时中国科学家选择合成牛胰岛素是基于1955年英国科学家桑格率先测定了牛胰岛素的全部氨基酸序列，牛胰岛素成为当时世界唯一已经知道一级结构的蛋白质。而合成牛胰岛素的瓶颈问题胰岛素A链、B链的重组问题。学生听取讲解，能很好地加深对所学蛋白质结构等相关知识的理解，领会到科学探究的曲折艰辛，意识到学习科学文化知识的实用性。

教师也可以尝试把科学家的经典实验设计成探究性的课题。例如，教师可将该素材转化为探究问题：胰岛素是治疗糖尿病的特效药，但其在牛等动物体内含量很少，很难通过提取大量制备，现欲通过人工方法合成牛胰岛素，请结合所学知识简要说出实验思路？学生依据已学知识，从蛋白质的结构出发，提出“获得合成牛胰岛素的氨基酸→将氨基酸按照一定序列结合合成胰岛素的A链和B链→将胰岛素的A链和B链组合形成蛋白质→检测合成的牛胰岛素是否具有天然牛胰岛素的活性”的实验思路。当然，学生的思路可能多种多样，教师要充分倾听学生的想法，然后展示青年科学家合成牛胰岛素的全过程，引导学生比较分析。这个学习过程无疑是对学生的科学思维和科学探究素养的培养。

另外，为纪念人工全合成结晶牛胰岛素50周年，国家核心期刊《生命科学》2015第27卷第6期刊登了参与结晶牛胰岛素合成工作者的专题文章，从不同角度還原了当时牛胰岛素合成的过程。教师可推荐学生课后阅读，了解更多有关牛胰岛素合成的细节。

3解读科学精神，落实社会责任

在牛胰岛素合成的背后是中国科学家的默默付出，无私奉献。为使学生能更进一步地了解这些故事，教师可选择视频大揭秘《完美结晶：人工合成牛胰岛素》给学生看，视频以照片、录像等再次重现这段科学史的全过程，无形之中落实了教育立德树人的根本任务：人工合成牛胰岛素是在急需向世界证明中国实力的特殊年代背景下立项的，而学术界当时认为这是尚不可能做到的事情。青年科学家怀揣满腔热血投入研究，敢为人先，期盼通过成功合成牛胰岛素引起全世界的关注，证明中国人“有志气，有能力”，由此激发学生为国家争取荣誉的社会责任感。由于当时中苏关系走向冰点，欧美国家全力想把新中国扼杀在摇篮中，中国无法进口到合成胰岛素的17种氨基酸，于是青年科学家从零开始，亲手建立合成氨基酸的产房，自己带着防毒面具去生产，不怕苦，不怕死。整个研究条件很艰苦，但没有人抱怨，整个研究过程有困难，有失败，有停滞，但科学家们不畏挫折，历经6年零9个月，取得成功。这些启示学生成功需要坚持不懈，不惧困难，在国家荣誉面前更要不计个人得失，凡是以大局为重，无私奉献；团结协作，淡薄名利，默契配合，也是把不可能的任务变为可能的关键因素。这些都组成了鲜活的“胰岛素精神”，即使在当代，依然值得好好学习。如果教师能够把这些教育资源很好地利用起来，利用班会或课堂时间组织学生看完视频并发表感想，在教学时间有限的情况下直接向学生拓展这段科学史背后的小故事等，可以激发学生的学习兴趣，提高学生对科学发展的关注度，对于培养学生的社会责任，落实立德树人的教育任务都具有非常重要的意义。

英国科学促进会（BAAS）主席惠威尔曾说过：“我们要教给年轻人的，与其说是科学结论，不如说是科学方法，更不如说是科学史。”生物科学史蕴含着丰富的教育资源，教师要善于通过多种方式巧妙地将生物科学史融入教学实践中，不仅要关注生物科学史中蕴含的科学知识，同时也要帮助学生领悟科学史中的科学思维和科学探究方法，更要注重科学史中科学家在进行科学探究过程中所表现出来的科学精神对学生的影响，从而巧妙地利用生物科学史教学，真正将生物课程核心素养的培养目标落到实处。