用進化思想設計單元復習思路初探

北京

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）的頒布，意味著指向學科核心素養的高中生物學教學改革勢在必行。依據《課程標準》中的要求，筆者嘗試以進化思想為教學主線，設計高三二輪單元復習思路，將人教版教材必修1《分子與細胞》與人教版教材必修2《遺傳與進化》中核心內容進行整合，同時關注學生關鍵能力的培養。實踐表明，該方法在發展學生的學科核心素養方面取得了良好的教學效果。

一、單元復習思路的設計

筆者按照科學發現的邏輯鏈條設計單元復習思路，將真實的科研情境串聯起來，利用經典的科學實驗素材展開單元復習，實現學科核心素養的滲透和落實。

二、單元復習的整體框架

圖1

三、實施單元復習的具體策略

筆者以生命演化過程為主線，結合單元復習的整體框架，整合教材相關內容開展單元復習。

【總體主線】

生命的物質性→生命需要能量→自我復制。

生命具有物質性，但僅有物質還不能演化出生命，還需要能量抵抗熱力學第二定律。但在劇烈變化的地球環境中，比個體永生更重要的是實現生命的自我復制。筆者設計的二輪單元復習就是以此為主線展開的，能夠將核心主干知識整合起來，利于學生從進化角度對生命的形成產生整體認知。

【具體主線】

主線一：生命的物質具有特殊性→生命的物質不具有特殊性→組成細胞的分子。

筆者按照科學家對生命演化的認知過程展開復習，首先分析人們對生命物質的三種典型錯誤認知，然后通過分析維勒實驗、米勒實驗推翻人們對生命物質認知的三種錯誤理論，最后帶領學生復習組成細胞的分子等相關內容。

主線二：

植物（及部分微生物）通過光合作用將光能轉化成化學能儲存在葡萄糖中。葡萄糖作為機體的能源物質，通過氧化分解將能量釋放并儲存在能量通貨——ATP中。學生基于ATP合成酶發現過程的相關科學史分析，最終從演化的角度總結出利用ATP合成酶合成ATP的方式，可能催生了地球生命的出現。通過這條主線可帶領學生復習光合作用、細胞呼吸、ATP的結構和功能等相關內容。

主線三：

孟德爾以豌豆為實驗材料開展植物雜交實驗，最終否定了“融合理論”。格里菲斯、艾弗里、赫爾希和蔡斯進行相關實驗，證實孟德爾提出的“遺傳因子”就是遺傳物質DNA。通過這條主線可帶領學生復習遺傳的規律、DNA是主要遺傳物質的相關實驗等內容。

主線四：

沃森和克里克提出DNA雙螺旋模型的同時，提出了DNA可能的復制方式?；谇泻諏嶒炦M行分析，不僅可以解決科學家認為生命之初DNA復制存在的難題，同時也能夠解釋在基因表達的過程中，RNA成為DNA和蛋白質之間的信使的原因。但在部分病毒體內，RNA仍然站在生命的舞臺中央，并且RNA具有的缺陷成為了病毒生存的優勢。DNA在復制過程中的差錯，為生物進化提供了原始材料。通過這條主線教師帶領學生復習DNA的結構、RNA的結構、DNA的復制、基因的表達、基因突變、生物進化等內容。

通過這四條主線能夠沿著生命演化史將人教版必修1、必修2兩本教材中的眾多概念重構和整合起來，有利于加深學生對生命本質的認識。利用整合后的相關資源進行教學還利于培養學生的科學思維和科學探究素養，促使學生在對重要概念深入理解的基礎上形成生命觀念。

四、經典的教學資源

教師可在復習中提供經典的科學史教學資源，更利于在二輪復習中培養學生的高階思維。

（一）核酶的發現

【資料分析】切赫利用化學提純方法從大批四膜蟲樣本里提純沒有被切割的、完整的RNA分子，再同步提純蛋白質分子，然后將這兩種物質混合，切赫預測實驗結果如圖2所示。

圖2

（1）基于切赫預測的實驗結果，推測切赫提出的實驗假設是_______。

（2）實驗發現，在未混合之前RNA已發生剪接反應，切赫推測RNA樣品_______，所以他不僅將提純的RNA清洗干凈，而且在試管里合成一條新的RNA分子，然后分別重復上述實驗。但實驗結果依然發生RNA剪接反應，基于這一實驗結果，請你推測其原因可能是_______。

【答案】（1）某些蛋白質分子幫助RNA剪開和連接（2）被污染（或混有蛋白質） RNA可以完成自我剪斷和黏合

【解讀】這是切赫研究RNA剪接時所進行的科研實驗，筆者將經典的科研實驗進行合理設計后應用于課堂教學中，利于學生體會科學假設對科學研究的重要意義，同時訓練學生作出科學假設的能力，充分發揮了科學史對培養學生高階思維中創新能力的價值。

（二）基因的轉錄

【資料分析】噬菌體SP8的DNA分子由兩條堿基組成很不平均的L鏈和H鏈構成，其中一條鏈富含嘌呤，另一條互補鏈則富含嘧啶。Marmur和Duty以侵染枯草桿菌的SP8為實驗材料，進行了如圖3所示的相關研究。

圖3

（1）因為嘌呤比嘧啶相對分子質量大，所以L鏈和H鏈在加熱變性后可用密度梯度離心的方法將它們分開。由實驗結果分析可知，SP8的DNA分子中_______鏈富含嘌呤。

（2）科學家用SP8侵染枯草桿菌后，從枯草桿菌中分離出RNA，分別與L鏈和H鏈混合并緩慢冷卻。由實驗結果可知，SP8侵染后形成的RNA_______，實驗結果說明_______。

（3）如圖4表示經過密度梯度離心可能出現的結果，請對下面實驗結果進行分析（注：相同堿基數的單鏈DNA比單鏈RNA輕）。

圖4

若出現圖4乙所示實驗結果則推測_______________，闡述理由：___________________________________________。

若出現圖4丙所示實驗結果則推測_______________，闡述理由：______________________________________________。

【答案】（1）H （2）只與H鏈形成DNA-RNA雜交分子，不與L鏈形成雜交分子 該RNA是以H鏈（DNA一條鏈）為模板轉錄而來 （3）轉錄以DNA分子整條鏈為模板 若出現該結果，則說明單鏈RNA比單鏈DNA重 轉錄不以DNA分子整條鏈為模板（或轉錄以基因為基本單位） 若出現該結果，則說明單鏈RNA比單鏈DNA輕

【解讀】這是Marmur和Duty的噬菌體侵染枯草桿菌實驗，筆者將經典的科學實驗進行合理設計后應用于課堂教學，加大了思維的開放性，加強了對學生科學表述的邏輯性、縝密性、完整性的訓練。

上述兩個具體實例，都是進化鏈上的兩個重要節點，按照生物演化發展的順序，將經典的科學實驗轉換角度和變換設問方式應用于課堂教學中，通過創設科研情境，更利于考查并訓練學生高階思維能力中的思辨與創新能力，同時也更利于對學生進行解題策略、思路和技巧的訓練。

《課程標準》實施建議中提到：注重生物科學史和科學本質的學習，讓學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學研究的思路和方法，這對提高學生的學科核心素養是很有意義的。將教學內容從以知識為主轉變為以思維為主，改變學生的思維模式，幫助學生建立深度認知和批判的思維，這對發展學生的學科核心素養是非常有意義的。本文通過設計單元復習思路，依照科學演化史的邏輯，使學生能夠基于材料和概念，提出自己的分析和觀點，建立多方向信息傳遞，在教學過程中逐步發展學生的科學思維，實現生物科學史在培養學科核心素養方面的課程價值。