核心素养视角下的生物科学史专题复习策略

罗惠峰

（广东省江门市棠下中学 广东江门 529085）

科学史述说了生物学科发展的脉络轨迹，是生物学知识体系的重要组成部分，含有丰富的生物学知识、生物学研究思路方法以及独特的社会价值。教师若能挖掘科学史中丰富的育人资源，精心设计教学过程，让学生的思维跟随科学家的足迹一起参与到探索过程中，体会科学家富有创意的思维过程和巧妙的工作方法，将会促进学生理解科学本质和科学研究的思路和方法，学习科学家献身科学的精神，对发展学生的生物学学科核心素养具有重要意义。由此可见，生物科学史在高考专题复习中的重要性不容忽视。

1 研究高考试题，明确科学史复习方向

研究历年高考试题发现，命题者常利用科学家的经典实验创设情境，从科学史中挖掘科学实验的思路和方法，巧妙设问，考查学生的学科核心素养。近三年高考试题中对科学史考查的典型试题见表1。

表1 近三年高考试题中的科学史考查

从上述统计可看出，近三年全国各地的高考试题对生命科学史的考查主要集中分布在几个经典实验，如人类对遗传物质的探索历程、DNA双螺旋结构模型的构建、光合作用的探究历程等，考查的内容包括实验思路、实验方法、实验操作、实验证据、实验结论等，聚焦学生的科学思维和科学探究素养。下面以2021年广东卷第5题为例加以说明。

（2021年·广东卷）DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是 （ ）

①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验

②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱

③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等

④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制

A.①② B.②③ C.③④ D.①④

参考答案：B。

解题思路：本题以“DNA双螺旋结构模型的构建”为情境，使考生跟随科学家的步伐厘清DNA分子结构的构建过程，感悟学科之间的融合。沃森和克里克以富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱，推算出DNA分子呈螺旋结构；从查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等，确定了正确的碱基配对方式，所以为该模型构建提供主要依据的是②③。

2 厘清科学史内容，组织专题复习

生物科学史蕴含着丰富的科学思想、科学方法、科学世界观、科学精神和科学态度等内容，具有很高的教育价值。其中，经典实验是培养学生科学素养的最好范例，它不仅能激发学生探索生命奥秘的兴趣和热情，更能让学生从中学习和领会科学的思维方法和工作方法，培养科学态度和科学精神。在组织科学史的专题复习中，教师可从以下四点进行把握。

2.1 回归教材，梳理科学史

科学史贯穿于人教版普通高中生物学必修和选择性必修教材中，为使学生更清晰地认识科学史的具体内容，笔者对相关内容进行分类整理（表2）。

表2 教材中的科学史

统计发现，教材中的科学史数量多达23个，多穿插在正文、思考·讨论、生物科学史话等栏目中。其中必修教材中的比例高达70%，尤其是必修2更是以“基因的规律——基因在哪里——基因是什么——基因的变化”的科学史主线进行展开。在专题复习教学时，教师对教材的科学史进行归类，可以更好地引导学生对科学史蕴涵的同质的科学思路和科学方法进行归纳与提炼，提高专题复习效率。科学史中涉及的科学方法可以概括归纳为实验方法、逻辑思维方法和系统思维方法三类。其中，实验方法包括差速离心法、同位素标记法、控制变量和设计对照实验、对比实验、自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”等。逻辑思维方法包括归纳法、提出假说、建构模型、假说-演绎法等。系统思维方法包括视角决定问题、研究能量流动的基本思路等。教师先分类，再以某科学方法为主线整合相关科学史进行专题复习，将促进学生对知识的深度学习。

2.2 聚焦科学方法，发展科学思维

在科学发展的历程中，科学家为了探索未知的生命现象和生命活动规律，做了大量的实验和细致的观察分析，收集到大量的证据和材料，以严谨的科学思维进行分析，从而得出结论。因此，在科学史的专题复习中，教师可以科学方法为主线，突出核心概念的生成过程，把分散的知识点连成线、辅以面、结成网，使知识结构化、系统化、规律化。例如，在遗传的分子基础的专题复习中，教师将“假说-演绎法”的提出问题、实验观察、作出假设、实验验证和得出结论5个环节贯穿始终，将基因的功能、结构、复制和本质等知识点线面结合成网（图1），有利于强化学生整体把握科学方法，发展科学思维。

图1 遗传的分子基础的结构图

2.3 巧用实验设计，提升科学探究能力

生物科学史的经典实验往往涉及实验原理、实验目的、实验操作、实验结果和实验结论等。因此，教师从实验设计的思路来统领生物科学史的专题复习，不仅能加深学生对生物科学史的理解，还能强化学生对科学探究基本思路和方法的掌握，提高其实验设计、分析及解决实际问题的能力，凸显学生核心素养的发展。例如，对于“细胞核的功能”内容下的资料2“蝾螈受精卵横溢实验”和资料3“变形虫横切和核移植实验”，教师在复习时可引导学生从“细胞核具有控制细胞代谢的作用”的实验结论出发：①分析自变量（有无细胞核）、因变量（变形虫能否正常生活）等实验变量。②自主设计实验，理顺实验思路：取同种、生理状态相同的细胞，随机均分为2组，一组去核，另一组不作处理。在相同且适宜的条件下培养一段时间，观察两组细胞的代谢能否正常进行。在引导学生分析实验结果的基础上，为进一步增强实验的说服力，教师再引导学生进行核移植实验的完善。学生分析资料2与资料3的实验思路的相同点。③归纳对照类型，分析实验中采用的对照以及相互对照和自身对照间的区别。

此外，在复习“研究激素的方法”时，教师可引导学生运用“假说-演绎法”设计实验，验证“胰腺能分泌抗糖尿病的物质”。教师提问：提出此假说的依据是什么？学生回答：切除胰腺的狗会患上与人的糖尿病类似的疾病。教师追问：能否从胰腺提取液中获得胰岛素？该如何提取胰岛素，又如何设计实验证明胰岛素的功能？实验设计中运用了控制自变量的何种原理？学生得出：不能。因为胰岛素会被胰腺分泌的胰蛋白酶分解；提取胰岛素时，可以结扎一只狗的胰管，使其胰腺萎缩，残留胰岛，并制备胰腺提取液；同时摘除另一只狗的胰腺，使其患上实验性糖尿病，并注射前者的胰腺提取液；测定患病狗的血糖浓度。先摘除胰腺运用了“减法原理”，再注射从萎缩胰腺中提取的提取物运用了“加法原理”。

以学生先设计实验、教师再重现科学家的经典实验的方式，学生可以发现自己的想法和科学家异曲同工，从而获得成功的体验。这既提高了学生科学探究实验的设计能力，又让学生体会到科学发现的严谨，同时加深对科学方法的理解。

2.4 弘扬科学精神，彰显科学品质

科学史的学习不在于科学史实的掌握，而在于领悟科学史中所蕴涵的科学思想、科学方法和科学精神。例如，教师介绍1965年我国的科学家经过坚持不懈的努力，人工合成了世界上第一个合成蛋白质——具有生物活性的牛胰岛素结晶，标志着人类在探索生命奥秘的征途中向前跨进了重要的一步。在此基础上，教师继续补充我国科学家于1981年在世界上首次合成具有生物活性的核糖核酸——酵母丙氨酸转移核糖核酸（酵母tRNA），表明这些都是我国科学家集体智慧的结晶，我国生物科学技术的不断发展需要排除万难、协作攻关的科学精神引领和推动。教师以此鼓舞正处高考复习阶段的学生树立为祖国争光、为人类贡献的崇高志向。教师以我国科学家的科学发现为素材，弘扬科学精神，潜移默化地增强学生的民族自豪感，也增强了学生为祖国发展拼搏的社会责任感。此外，教师在专题复习教学中可适时运用生物科学史的素材进行原创命题，使用真实生动的情境，促进学生对问题的分析和思考，从而深化对科学精神的理解，提升科学品质：

【原创试题】继1965年我国科学家世界上首次人工合成蛋白质——具有生物活性的结晶牛胰岛素后，我国科学家于1981年又在世界上首次合成具有生物活性的核糖核酸——酵母丙氨酸转移核糖核酸（酵母tRNA）。下列叙述错误的是（ ）

A.胰岛素具有调节作用，能降低血糖浓度

B.酵母tRNA的含磷量远高于胰岛素

C.酵母tRNA能携带丙氨酸转移到核糖体

D.明确生物大分子的功能即可合成该结构

综上所述，科学史中蕴含着丰富的育人价值。在生物科学史的专题复习时，教师可以整合相关的生物科学史，鼓励和引导学生像科学家一样提出问题，寻找证据，设计实验方案，进而领会科学思维和科学方法，培养科学态度和科学精神。