基于科學史引領的單元學習活動過程設計

【摘要】將科學史融入課堂，在科學史引領下開展課堂教學，具有較好的情境連續(xù)性，通過分析和討論科學史，構建生物學知識，有利于學生學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。以“基因的本質”單元為例，在分析單元內容和整理相關科學史的基礎上，進行單元學習活動的過程設計，有利于促進學生深度學習。

【關鍵詞】科學史；單元學習；基因的本質

一個實踐活動的開展，僅靠單一的課時很難完成。因此，應改變課堂教學設計的角度，從一課時的教學設計轉變?yōu)閱卧虒W設計。

一、單元學習內容分析

“基因的本質”是人教版高中生物學必修2“遺傳與進化”中的重要單元。教材前兩章介紹了孟德爾的遺傳規(guī)律，知道遺傳因子就是基因；解釋了基因在染色體上，那么基因到底是什么？這個問題既是科學家要探索的謎題，也是學生學習前兩章后產生的疑問。本章中介紹了“DNA是主要的遺傳物質”的三個經典實驗，講述了Watson和Crick構建DNA雙螺旋結構模型的故事，描寫了DNA半保留復制的實驗證據，特別是假說演繹法的推理演繹過程，最后一節(jié)借助多組資料，思考基因與DNA的關系，理解基因通常是有遺傳效應的DNA片段。總之，本章按照科學史的順序，前后關聯，構成了一幅“困惑—聯想—假說—求證”的動態(tài)圖景，一步步引導學生認識基因的本質。因此，本章適合運用科學史來組織教學。

科學史素材是本單元的教學主線。都說質疑是創(chuàng)新的起點，科學史料的描述中科學家都是以質疑作為研究的起點，通過嚴謹的邏輯推理思維探究實驗的研究過程，尋找實驗的證據。引導學生追隨科學家的思路，在學習的過程中培養(yǎng)他們獲取信息和批判思維的能力。根據單元學習的內容分析，整理出該單元的邏輯結構如圖1。

二、相關科學史內容的整理

科學史1：1920年，蛋白質是生物體的遺傳物質，此觀點在科學界占據著重要地位。

科學史2：1928年，英國微生物學家格里菲思利用小鼠和肺炎鏈球菌為實驗材料，探究肺炎鏈球菌致使小鼠死亡的情況。經實驗分析，作出推斷：加熱致死的S型細菌中的“轉化因子”使R型活細菌轉化為S型活細菌。

科學史3：1940，艾弗里和他的同事利用加熱致死的S型細菌破碎后的細胞提取物，進行蛋白酶、RNA酶、DNA酶等去除提取物中的相關物質，再將處理后的細胞提取物分別于R型活細菌混合培養(yǎng)，觀察培養(yǎng)基中菌落的生長類型并得出結論：DNA是遺傳物質。但是當時普遍認為蛋白質是遺傳物質的權威觀念嚴重受阻，艾弗里的結論石沉大海。

科學史4：1952年，完美的噬菌體侵染細菌的實驗，結束了DNA和蛋白質，誰是遺傳物質的爭論，得出結論：DNA才是噬菌體的遺傳物質。完成這一實驗的科學家是赫爾希和蔡斯。

科學史5：煙草花葉病毒感染煙草葉細胞的實驗。利用煙草花葉病毒的蛋白質和RNA分別感染煙草，出現蛋白質不能使煙草感染病毒，而RNA可以。由此說明，在這些病毒中，RNA是遺傳物質。

科學史6：1940年，科學家威爾金斯和富蘭克林的DNA衍射圖譜給了Watson和Crick很大的啟發(fā)，由此推算DNA呈雙螺旋結構。

科學史7：1952年春天，奧地利生物化學家查哥夫用生物化學的方法研究DNA分子的組成，得出在DNA分子中，嘌呤的含量總是等于嘧啶的含量，即A=T，C=G。

科學史8：20世紀50年代后，Watson和Crick在英國劍橋大學合作，在DNA分子的X射線衍射圖和嘌呤含量等于嘧啶含量的基礎上，確定在DNA分子中，磷酸和脫氧核糖排列在外側，堿基排列在內側。經過再三努力，DNA雙螺旋結構終于在1953年公布出來。1962年，Watson、Crick和威爾金斯因這一研究成果共同獲得了諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。

科學史9：1958年，巧妙的DNA半保留復制的實驗，成功證明了DNA的復制方式是半保留復制。這一成果屬于科學家梅塞爾森和斯塔爾。

科學史10：大腸桿菌細胞擬核中的1個DNA分子中基因數量與堿基對數量的比較；人類46個DNA分子中堿基對的數量與基因數量的比較；水母中的綠色熒光蛋白基因在轉基因小鼠的細胞中表達等實驗或數據。

三、單元學習目標

1.闡述DNA分子是主要遺傳物質的探索過程；知道自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”；初步形成結構與功能觀。認同人類對遺傳物質的認識是不斷發(fā)展和完善的過程。

2.解析DNA的雙螺旋結構，概述DNA結構的主要特點，制作DNA雙螺旋結構模型。認同合作交流在科學研究中的重要性，認同多學科交叉在生物學科發(fā)展中的重要性。

3.理解科學史資料提供的實驗證據，運用假說演繹法，概述DNA復制的過程。

4.通過資料分析，說明基因與DNA的關系；舉例說明基因通常是有遺傳效應的DNA片段。

四、單元學習過程設計

單元教學設計的重要組成部分和關鍵環(huán)節(jié)是學習過程的設計，學習的過程應該循序漸進，層層深入。包括問題的設置、情境的創(chuàng)設、概念的生成、素養(yǎng)目標的培養(yǎng)和學習的方式等內容。“基因的本質”單元學習過程設計如表1。

綜上所述，“基因的本質”這一單元的學習，通過科學史作為素材和主線來組織教學，還原知識的形成過程，訓練了學生的思維，促進概念的生成，提高學生的學科核心素養(yǎng)。將科學史以資料的形式呈現，使科學史更加具體、完整、逐漸深入，帶領學生體會生物學經典實驗的設計思路和研究方法，認同假說—演繹法的科研價值，發(fā)展了學生的科學思維，培養(yǎng)了科學精神。

【參考文獻】

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