用进化思想设计单元复习思路初探

北京

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）的颁布，意味着指向学科核心素养的高中生物学教学改革势在必行。依据《课程标准》中的要求，笔者尝试以进化思想为教学主线，设计高三二轮单元复习思路，将人教版教材必修1《分子与细胞》与人教版教材必修2《遗传与进化》中核心内容进行整合，同时关注学生关键能力的培养。实践表明，该方法在发展学生的学科核心素养方面取得了良好的教学效果。

一、单元复习思路的设计

笔者按照科学发现的逻辑链条设计单元复习思路，将真实的科研情境串联起来，利用经典的科学实验素材展开单元复习，实现学科核心素养的渗透和落实。

二、单元复习的整体框架

图1

三、实施单元复习的具体策略

笔者以生命演化过程为主线，结合单元复习的整体框架，整合教材相关内容开展单元复习。

【总体主线】

生命的物质性→生命需要能量→自我复制。

生命具有物质性，但仅有物质还不能演化出生命，还需要能量抵抗热力学第二定律。但在剧烈变化的地球环境中，比个体永生更重要的是实现生命的自我复制。笔者设计的二轮单元复习就是以此为主线展开的，能够将核心主干知识整合起来，利于学生从进化角度对生命的形成产生整体认知。

【具体主线】

主线一：生命的物质具有特殊性→生命的物质不具有特殊性→组成细胞的分子。

笔者按照科学家对生命演化的认知过程展开复习，首先分析人们对生命物质的三种典型错误认知，然后通过分析维勒实验、米勒实验推翻人们对生命物质认知的三种错误理论，最后带领学生复习组成细胞的分子等相关内容。

主线二：

植物（及部分微生物）通过光合作用将光能转化成化学能储存在葡萄糖中。葡萄糖作为机体的能源物质，通过氧化分解将能量释放并储存在能量通货——ATP中。学生基于ATP合成酶发现过程的相关科学史分析，最终从演化的角度总结出利用ATP合成酶合成ATP的方式，可能催生了地球生命的出现。通过这条主线可带领学生复习光合作用、细胞呼吸、ATP的结构和功能等相关内容。

主线三：

孟德尔以豌豆为实验材料开展植物杂交实验，最终否定了“融合理论”。格里菲斯、艾弗里、赫尔希和蔡斯进行相关实验，证实孟德尔提出的“遗传因子”就是遗传物质DNA。通过这条主线可带领学生复习遗传的规律、DNA是主要遗传物质的相关实验等内容。

主线四：

沃森和克里克提出DNA双螺旋模型的同时，提出了DNA可能的复制方式。基于切赫实验进行分析，不仅可以解决科学家认为生命之初DNA复制存在的难题，同时也能够解释在基因表达的过程中，RNA成为DNA和蛋白质之间的信使的原因。但在部分病毒体内，RNA仍然站在生命的舞台中央，并且RNA具有的缺陷成为了病毒生存的优势。DNA在复制过程中的差错，为生物进化提供了原始材料。通过这条主线教师带领学生复习DNA的结构、RNA的结构、DNA的复制、基因的表达、基因突变、生物进化等内容。

通过这四条主线能够沿着生命演化史将人教版必修1、必修2两本教材中的众多概念重构和整合起来，有利于加深学生对生命本质的认识。利用整合后的相关资源进行教学还利于培养学生的科学思维和科学探究素养，促使学生在对重要概念深入理解的基础上形成生命观念。

四、经典的教学资源

教师可在复习中提供经典的科学史教学资源，更利于在二轮复习中培养学生的高阶思维。

（一）核酶的发现

【资料分析】切赫利用化学提纯方法从大批四膜虫样本里提纯没有被切割的、完整的RNA分子，再同步提纯蛋白质分子，然后将这两种物质混合，切赫预测实验结果如图2所示。

图2

（1）基于切赫预测的实验结果，推测切赫提出的实验假设是_______。

（2）实验发现，在未混合之前RNA已发生剪接反应，切赫推测RNA样品_______，所以他不仅将提纯的RNA清洗干净，而且在试管里合成一条新的RNA分子，然后分别重复上述实验。但实验结果依然发生RNA剪接反应，基于这一实验结果，请你推测其原因可能是_______。

【答案】（1）某些蛋白质分子帮助RNA剪开和连接（2）被污染（或混有蛋白质） RNA可以完成自我剪断和黏合

【解读】这是切赫研究RNA剪接时所进行的科研实验，笔者将经典的科研实验进行合理设计后应用于课堂教学中，利于学生体会科学假设对科学研究的重要意义，同时训练学生作出科学假设的能力，充分发挥了科学史对培养学生高阶思维中创新能力的价值。

（二）基因的转录

【资料分析】噬菌体SP8的DNA分子由两条碱基组成很不平均的L链和H链构成，其中一条链富含嘌呤，另一条互补链则富含嘧啶。Marmur和Duty以侵染枯草杆菌的SP8为实验材料，进行了如图3所示的相关研究。

图3

（1）因为嘌呤比嘧啶相对分子质量大，所以L链和H链在加热变性后可用密度梯度离心的方法将它们分开。由实验结果分析可知，SP8的DNA分子中_______链富含嘌呤。

（2）科学家用SP8侵染枯草杆菌后，从枯草杆菌中分离出RNA，分别与L链和H链混合并缓慢冷却。由实验结果可知，SP8侵染后形成的RNA_______，实验结果说明_______。

（3）如图4表示经过密度梯度离心可能出现的结果，请对下面实验结果进行分析（注：相同碱基数的单链DNA比单链RNA轻）。

图4

若出现图4乙所示实验结果则推测_______________，阐述理由：___________________________________________。

若出现图4丙所示实验结果则推测_______________，阐述理由：______________________________________________。

【答案】（1）H （2）只与H链形成DNA-RNA杂交分子，不与L链形成杂交分子 该RNA是以H链（DNA一条链）为模板转录而来 （3）转录以DNA分子整条链为模板 若出现该结果，则说明单链RNA比单链DNA重 转录不以DNA分子整条链为模板（或转录以基因为基本单位） 若出现该结果，则说明单链RNA比单链DNA轻

【解读】这是Marmur和Duty的噬菌体侵染枯草杆菌实验，笔者将经典的科学实验进行合理设计后应用于课堂教学，加大了思维的开放性，加强了对学生科学表述的逻辑性、缜密性、完整性的训练。

上述两个具体实例，都是进化链上的两个重要节点，按照生物演化发展的顺序，将经典的科学实验转换角度和变换设问方式应用于课堂教学中，通过创设科研情境，更利于考查并训练学生高阶思维能力中的思辨与创新能力，同时也更利于对学生进行解题策略、思路和技巧的训练。

《课程标准》实施建议中提到：注重生物科学史和科学本质的学习，让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，这对提高学生的学科核心素养是很有意义的。将教学内容从以知识为主转变为以思维为主，改变学生的思维模式，帮助学生建立深度认知和批判的思维，这对发展学生的学科核心素养是非常有意义的。本文通过设计单元复习思路，依照科学演化史的逻辑，使学生能够基于材料和概念，提出自己的分析和观点，建立多方向信息传递，在教学过程中逐步发展学生的科学思维，实现生物科学史在培养学科核心素养方面的课程价值。