核心素養視角下的生物科學史專題復習策略

羅惠峰

（廣東省江門市棠下中學 廣東江門 529085）

科學史述說了生物學科發展的脈絡軌跡，是生物學知識體系的重要組成部分，含有豐富的生物學知識、生物學研究思路方法以及獨特的社會價值。教師若能挖掘科學史中豐富的育人資源，精心設計教學過程，讓學生的思維跟隨科學家的足跡一起參與到探索過程中，體會科學家富有創意的思維過程和巧妙的工作方法，將會促進學生理解科學本質和科學研究的思路和方法，學習科學家獻身科學的精神，對發展學生的生物學學科核心素養具有重要意義。由此可見，生物科學史在高考專題復習中的重要性不容忽視。

1 研究高考試題，明確科學史復習方向

研究歷年高考試題發現，命題者常利用科學家的經典實驗創設情境，從科學史中挖掘科學實驗的思路和方法，巧妙設問，考查學生的學科核心素養。近三年高考試題中對科學史考查的典型試題見表1。

表1 近三年高考試題中的科學史考查

從上述統計可看出，近三年全國各地的高考試題對生命科學史的考查主要集中分布在幾個經典實驗，如人類對遺傳物質的探索歷程、DNA雙螺旋結構模型的構建、光合作用的探究歷程等，考查的內容包括實驗思路、實驗方法、實驗操作、實驗證據、實驗結論等，聚焦學生的科學思維和科學探究素養。下面以2021年廣東卷第5題為例加以說明。

（2021年·廣東卷）DNA雙螺旋結構模型的提出是二十世紀自然科學的偉大成就之一。下列研究成果中，為該模型構建提供主要依據的是 （ ）

①赫爾希和蔡斯證明DNA是遺傳物質的實驗

②富蘭克林等拍攝的DNA分子X射線衍射圖譜

③查哥夫發現的DNA中嘌呤含量與嘧啶含量相等

④沃森和克里克提出的DNA半保留復制機制

A.①② B.②③ C.③④ D.①④

參考答案：B。

解題思路：本題以“DNA雙螺旋結構模型的構建”為情境，使考生跟隨科學家的步伐厘清DNA分子結構的構建過程，感悟學科之間的融合。沃森和克里克以富蘭克林等拍攝的DNA分子X射線衍射圖譜，推算出DNA分子呈螺旋結構；從查哥夫發現的DNA中嘌呤含量與嘧啶含量相等，確定了正確的堿基配對方式，所以為該模型構建提供主要依據的是②③。

2 厘清科學史內容，組織專題復習

生物科學史蘊含著豐富的科學思想、科學方法、科學世界觀、科學精神和科學態度等內容，具有很高的教育價值。其中，經典實驗是培養學生科學素養的最好范例，它不僅能激發學生探索生命奧秘的興趣和熱情，更能讓學生從中學習和領會科學的思維方法和工作方法，培養科學態度和科學精神。在組織科學史的專題復習中，教師可從以下四點進行把握。

2.1 回歸教材，梳理科學史

科學史貫穿于人教版普通高中生物學必修和選擇性必修教材中，為使學生更清晰地認識科學史的具體內容，筆者對相關內容進行分類整理（表2）。

表2 教材中的科學史

統計發現，教材中的科學史數量多達23個，多穿插在正文、思考·討論、生物科學史話等欄目中。其中必修教材中的比例高達70%，尤其是必修2更是以“基因的規律——基因在哪里——基因是什么——基因的變化”的科學史主線進行展開。在專題復習教學時，教師對教材的科學史進行歸類，可以更好地引導學生對科學史蘊涵的同質的科學思路和科學方法進行歸納與提煉，提高專題復習效率?？茖W史中涉及的科學方法可以概括歸納為實驗方法、邏輯思維方法和系統思維方法三類。其中，實驗方法包括差速離心法、同位素標記法、控制變量和設計對照實驗、對比實驗、自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”等。邏輯思維方法包括歸納法、提出假說、建構模型、假說-演繹法等。系統思維方法包括視角決定問題、研究能量流動的基本思路等。教師先分類，再以某科學方法為主線整合相關科學史進行專題復習，將促進學生對知識的深度學習。

2.2 聚焦科學方法，發展科學思維

在科學發展的歷程中，科學家為了探索未知的生命現象和生命活動規律，做了大量的實驗和細致的觀察分析，收集到大量的證據和材料，以嚴謹的科學思維進行分析，從而得出結論。因此，在科學史的專題復習中，教師可以科學方法為主線，突出核心概念的生成過程，把分散的知識點連成線、輔以面、結成網，使知識結構化、系統化、規律化。例如，在遺傳的分子基礎的專題復習中，教師將“假說-演繹法”的提出問題、實驗觀察、作出假設、實驗驗證和得出結論5個環節貫穿始終，將基因的功能、結構、復制和本質等知識點線面結合成網（圖1），有利于強化學生整體把握科學方法，發展科學思維。

圖1 遺傳的分子基礎的結構圖

2.3 巧用實驗設計，提升科學探究能力

生物科學史的經典實驗往往涉及實驗原理、實驗目的、實驗操作、實驗結果和實驗結論等。因此，教師從實驗設計的思路來統領生物科學史的專題復習，不僅能加深學生對生物科學史的理解，還能強化學生對科學探究基本思路和方法的掌握，提高其實驗設計、分析及解決實際問題的能力，凸顯學生核心素養的發展。例如，對于“細胞核的功能”內容下的資料2“蠑螈受精卵橫溢實驗”和資料3“變形蟲橫切和核移植實驗”，教師在復習時可引導學生從“細胞核具有控制細胞代謝的作用”的實驗結論出發：①分析自變量（有無細胞核）、因變量（變形蟲能否正常生活）等實驗變量。②自主設計實驗，理順實驗思路：取同種、生理狀態相同的細胞，隨機均分為2組，一組去核，另一組不作處理。在相同且適宜的條件下培養一段時間，觀察兩組細胞的代謝能否正常進行。在引導學生分析實驗結果的基礎上，為進一步增強實驗的說服力，教師再引導學生進行核移植實驗的完善。學生分析資料2與資料3的實驗思路的相同點。③歸納對照類型，分析實驗中采用的對照以及相互對照和自身對照間的區別。

此外，在復習“研究激素的方法”時，教師可引導學生運用“假說-演繹法”設計實驗，驗證“胰腺能分泌抗糖尿病的物質”。教師提問：提出此假說的依據是什么？學生回答：切除胰腺的狗會患上與人的糖尿病類似的疾病。教師追問：能否從胰腺提取液中獲得胰島素？該如何提取胰島素，又如何設計實驗證明胰島素的功能？實驗設計中運用了控制自變量的何種原理？學生得出：不能。因為胰島素會被胰腺分泌的胰蛋白酶分解；提取胰島素時，可以結扎一只狗的胰管，使其胰腺萎縮，殘留胰島，并制備胰腺提取液；同時摘除另一只狗的胰腺，使其患上實驗性糖尿病，并注射前者的胰腺提取液；測定患病狗的血糖濃度。先摘除胰腺運用了“減法原理”，再注射從萎縮胰腺中提取的提取物運用了“加法原理”。

以學生先設計實驗、教師再重現科學家的經典實驗的方式，學生可以發現自己的想法和科學家異曲同工，從而獲得成功的體驗。這既提高了學生科學探究實驗的設計能力，又讓學生體會到科學發現的嚴謹，同時加深對科學方法的理解。

2.4 弘揚科學精神，彰顯科學品質

科學史的學習不在于科學史實的掌握，而在于領悟科學史中所蘊涵的科學思想、科學方法和科學精神。例如，教師介紹1965年我國的科學家經過堅持不懈的努力，人工合成了世界上第一個合成蛋白質——具有生物活性的牛胰島素結晶，標志著人類在探索生命奧秘的征途中向前跨進了重要的一步。在此基礎上，教師繼續補充我國科學家于1981年在世界上首次合成具有生物活性的核糖核酸——酵母丙氨酸轉移核糖核酸（酵母tRNA），表明這些都是我國科學家集體智慧的結晶，我國生物科學技術的不斷發展需要排除萬難、協作攻關的科學精神引領和推動。教師以此鼓舞正處高考復習階段的學生樹立為祖國爭光、為人類貢獻的崇高志向。教師以我國科學家的科學發現為素材，弘揚科學精神，潛移默化地增強學生的民族自豪感，也增強了學生為祖國發展拼搏的社會責任感。此外，教師在專題復習教學中可適時運用生物科學史的素材進行原創命題，使用真實生動的情境，促進學生對問題的分析和思考，從而深化對科學精神的理解，提升科學品質：

【原創試題】繼1965年我國科學家世界上首次人工合成蛋白質——具有生物活性的結晶牛胰島素后，我國科學家于1981年又在世界上首次合成具有生物活性的核糖核酸——酵母丙氨酸轉移核糖核酸（酵母tRNA）。下列敘述錯誤的是（ ）

A.胰島素具有調節作用，能降低血糖濃度

B.酵母tRNA的含磷量遠高于胰島素

C.酵母tRNA能攜帶丙氨酸轉移到核糖體

D.明確生物大分子的功能即可合成該結構

綜上所述，科學史中蘊含著豐富的育人價值。在生物科學史的專題復習時，教師可以整合相關的生物科學史，鼓勵和引導學生像科學家一樣提出問題，尋找證據，設計實驗方案，進而領會科學思維和科學方法，培養科學態度和科學精神。