淺談科研論文在高三實驗專題復習中的應用

冀朝輝

摘要：北京高考生物試題越來越重視對“科學探究”和“科學思維”等生物學核心素養(yǎng)的考查，高三復習課上，教師用科研論文創(chuàng)設真實的實驗探究情境，并引導學生體會科學家的研究思路和科研論文的寫作方法，有利于提高學生的生物學學科核心素養(yǎng).

關鍵詞：科研論文;科學探究;高三復習

生物學新課程的終極理念是提高學生的生物學科核心素養(yǎng)，因此，生物學科核心素養(yǎng)是評價學生的一個重要維度.北京高考理綜生物試題以真實、新穎的科學研究為情境，靈活設置考題，對學生的科學探究能力、獲取知識能力及在現(xiàn)實生活中運用知識能力等生物學科素養(yǎng)的各個層次進行了全面考查.

“科學探究”是高三實驗專題復習的核心內(nèi)容，高三教師在提升學生的科學探究能力時，通常選擇一些典型試題（特別是往屆高考題），讓學生總結歸納分析自變量、因變量和書寫實驗結果、實驗結論的思路和技巧.由于高考試題在考查的內(nèi)容、形式和方法等方面不斷創(chuàng)新，學生在解答實驗結論、實驗設計方案等表述類題目時，往往不能靈活運用所學知識進行科學嚴謹?shù)奈淖直硎?經(jīng)多年高三教學實踐，筆者將真實的科學研究論文引入到復習課上，讓學生通過閱讀論文，體會科研人員如何發(fā)現(xiàn)問題、提出假設、設計實驗方案、收集整理實驗數(shù)據(jù)、書寫實驗結論和推測，然后，學生根據(jù)理解，模仿高考題嘗試出一道練習題.通過多次教學實踐，學生不僅了解了科學家的研究思路、科研論文的寫作方法，而且，深刻領悟了“綜合運用所學知識和方法解決實際問題”“關注對科學、技術和社會發(fā)展有重大影響的、與生命科學相關的突出成就及熱點問題”等，這些高考對學生提出的比較抽象的要求.

1 高三實驗專題的教學內(nèi)容

實驗專題的教學內(nèi)容主要分為教材中的常規(guī)實驗、教材所例舉科學史中涉及的實驗方法、科學探究的一般過程等三個部分.

1.1 教材中的常規(guī)實驗

“教材中的常規(guī)實驗”是指高中生物教材和《考試說明》中要求學生獨立完成的生物學實驗，包括觀察線粒體、質壁分離和復原、觀察細胞的有絲分裂和減數(shù)分裂等顯微鏡觀察類實驗和葉綠體色素的提取與分離、DNA的粗提取與鑒定等生物體內(nèi)物質的分離與鑒定類實驗，以及微生物培養(yǎng)與分離、植物組織培養(yǎng)等現(xiàn)代生物技術.具體要求是理解實驗目的、原理和要求，了解材料用具，掌握實驗操作步驟，會分析和解釋實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，并得出合理的實驗結論.這部分內(nèi)容是生物學科的必備知識和技能，是學習“科學探究的一般過程”的基礎。

1.2 教材所列舉科學史中涉及的實驗方法

高中生物教材中列舉了大量的科學史素材，如細胞學說的建立、生物膜的流動鑲嵌模型、細胞核功能的研究、光合作用早期研究簡史、孟德爾遺傳定律的發(fā)現(xiàn)、摩爾根的果蠅伴性遺傳實驗、核酸是遺傳物質的證據(jù)、DNA分子雙螺旋結構的確立、生長素發(fā)現(xiàn)的相關實驗等.這些素材中包含很多科學家的研究思想和生物實驗技術等內(nèi)容.受實驗條件的限制，這些實驗無法在高中生物實驗室中完成，但《考試說明》中要求學生不僅深入理解這些實驗方法的原理和主要操作過程，還要靈活運用這些實驗方法解決科研問題.這部分內(nèi)容也是生物學科的必備知識和技能，難度較大.

1.3 科學探究的一般過程 “科學探究的一般過程”是實驗專題的核心內(nèi)容，是教學的重點和難點，也是高考重點考查的內(nèi)容.通常教師依據(jù)《考試說明》要求，按以下五個部分組織教學：

（1）觀察并提出問題.

（2）做出假設.

（3）設計實驗、預期結果.

（4）進行實驗并記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù).

（5）深入分析實驗結果，得出令人信服的實驗結論.

這部分內(nèi)容是科學探究能力的較高要求，是體現(xiàn)學生綜合科學素養(yǎng)和創(chuàng)新、創(chuàng)造能力的重要方面.

2 高考實驗分析題的考查要求和學生存在的問題

縱觀近幾年北京高考理綜生物的“實驗分析題”，都是以社會關注的問題、與生活實踐聯(lián)系緊密的學科前沿問題為背景和切入點，通過巧妙的創(chuàng)新設計考查學生的科學探究和創(chuàng)新能力.該類型的試題重在引導學生勇于探究、關注科學與社會的關系、思考科學進步如何造福人類.

例如2017年的第29題和30題圍繞觀察與比較、分析與綜合、演繹與推理、抽象與概括等關鍵能力分層設問，逐級考查.第29題的第（3）小題和第30題的第（3）小題，分別通過讓學生設計實驗方案和遺傳育種方案，重點考查了學生的演繹與推理能力（在對信息進行深入加工、整合、推理的基礎上，演繹出推論）和創(chuàng)新能力（經(jīng)獨立思考，提出所給信息以外的觀點并能自圓其說）.

在平時教學過程中，雖然做了大量的習題，但學生的實驗探究能力提升的速度較慢，甚至在一模練習后，多數(shù)學生在新情景下，解決比較復雜問題的能力和創(chuàng)新能力仍然較弱，解答開放性的題目時沒有思路，不知從什么角度回答問題.一些學生依據(jù)探究目的，找出或設計自變量、因變量、控制變量的能力較差，導致他們不會設計實驗方案，不能用準確的語言來描述實驗的結果.

基于上述分析，筆者認為要想較大幅度地提升學生的學習成績，實驗專題的復習應圍繞“科學探究”這一核心素養(yǎng)，摒棄“題?！?，注重培養(yǎng)學生科學探究的興趣，使其養(yǎng)成科學思維的習慣;注重分析實驗現(xiàn)象背后的生物學原理;在嘗試用實驗的方法解決實際問題時，注重培養(yǎng)和提升學生的做出假設和預期、設計可行的實驗方案等能力，開拓和活躍學生的思維.

3 以科研論文組織教學提升學生的科學探究能力

科研論文真實地展示生物學知識的新進展、新穎的研究方法和技術、科學家應用假說演繹、建立模型等科學方法解決實際問題的過程、實事求是的科學態(tài)度和質疑創(chuàng)新的科學精神.因此，科研論文具有獨特的教育價值和魅力，教師可以精選一些符合高中生認知水平、北京高考命題特點的科研論文，在對其進行適當加工處理后引入到課堂教學中.

3.1 利用科研論文提升應用嚴謹?shù)纳飳W語言描述實驗結果和結論的能力

運用科學嚴謹?shù)奈淖直硎龌卮饐栴}是理性思維的一個重要表現(xiàn)，是利于學生未來發(fā)展的重要素養(yǎng)之一.教學中，筆者發(fā)現(xiàn)一些學生在描述實驗結果和結論時，不會正確使用“差異不顯著”“差異顯著”“明顯高于”“明顯低于”“抑制”“緩解”等生物學術語.

針對學生的不足之處，筆者從一些科研論文中摘取了實驗結果，課堂上組織學生準確描述實驗結果并得出實驗結論.例如，從博士論文《寄生植物南方菟絲子對激素的響應及其傳遞植物間系統(tǒng)性抗蟲信號的研究》中摘錄了如下實驗結果：

根據(jù)實驗結果，學生很容易得出脫落酸（ ABA）抑制番茄種子萌發(fā)的結論，但對于脫落酸（ABA）對菟絲子種子萌發(fā)的影響產(chǎn)生了不同的意見，多數(shù)學生認為用不同濃度ABA處理菟絲子種子后，與對照組相比，種子的萌發(fā)率最終都達到了或接近100%，因此，他們使用了“抑制作用較弱”“影響不顯著”“無影響”“無作用”“延遲”等生物學術語.少數(shù)學生忽視了萌發(fā)率曲線的變化趨勢相同，錯誤認為菟絲子種子萌發(fā)率曲線有明顯差異，所以，使用了“有抑制作用”“影響顯著”等生物學術語，經(jīng)過討論，這些學生及時發(fā)現(xiàn)和糾正了自己的錯誤.筆者展示了論文的部分內(nèi)容，令學生們感到困惑的是論文作者的表述為“菟絲子種子對ABA誘導的種子萌發(fā)不敏感”.筆者及時引導學生閱讀論文中有關實驗目的的表述，即“對許多植物來說，外源ABA通常會導致發(fā)芽延遲.因此，南方菟絲子是否也會在種子萌發(fā)期間對ABA敏感性下降？”.短暫的思考之后，學生們明白了必須根據(jù)實驗目的書寫實驗結論.

教學實踐表明：通過有目的地選擇科研論文的實驗結果進行分析討論，學生比較容易理解和掌握正確書寫實驗結果和結論的方法之一是依據(jù)論文的研究目的，準確使用生物學術語.

3.2 應用科研論文提升設計實驗方案的能力

找出或設計自變量、因變量，進而設計可行的實驗方案是科學探究的重要環(huán)節(jié)，也是多數(shù)學生的薄弱環(huán)節(jié).

筆者搜索到發(fā)表在《作物學報》中的“水稻極矮突變體s2 - 47對赤霉素的響應及基因定位研究”一文，經(jīng)過加工處理，在課堂上給學生們?nèi)缦滦畔ⅲ?/p>

“通過EMS誘變“日本晴”水稻獲得1個極端矮化突變體s2 - 47，其表現(xiàn)型為極度矮化、葉色深綠、不能抽穗結實.由于植物的矮化大多與赤霉素（ GA）有關，于是研究人員做了一系列實驗來探究s2 - 47極端矮化與CA的關系.”

筆者讓學生討論研究人員應該設計哪些實驗？經(jīng)過一番討論，多數(shù)學生認為，首先測定矮化突變株的赤霉素含量，如果低于野生型，說明矮化的原因是赤霉素合成不足;如果赤霉素含量等于或高于野生型，則需檢測突變體的赤霉素信號傳遞途徑是否正常，但都提不出具體的檢測方法.筆者鼓勵學生對實驗方案進行補充、修正.于是，學生又提出給突變體施加適量的外源赤霉素，觀察突變體的高度是否恢復正常，這樣可進一步證明突變體矮化是否由赤霉素合成異常導致的.討論結束后，筆者將研究論文發(fā)給學生，學生們都頗有興趣地閱讀起來.閱讀完論文，學生對自己設計的實驗方案感到滿意，同時，被論文中證明赤霉素信號傳遞途徑是否正常的巧妙實驗所折服.

教學實踐表明：在教師的引導下，學生能夠依據(jù)實驗目的，靈活運用與植物激素相關的知識設計實驗方案并做出假設和預期.通過閱讀科研論文，學生不僅學會了科學探究的一般方法，掌握了科學探究的基本技能，還開闊了視野，活躍了思維.

在高三實驗專題復習過程中適當引入科研論文，能夠有效提升學生的科學探究和理性思維等生物學核心素養(yǎng).學生在了解科學家如何思考問題、研究問題、怎樣分析現(xiàn)象得出結論的同時，還感受到靈活運用生物學知識解決生產(chǎn)實踐問題的樂趣.

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