馮艷萍

(廣東省茂名市信宜中學(xué) 茂名 525300)

生物科學(xué)史以生物學(xué)的發(fā)展為題材，真實(shí)、豐富地反映了生物科學(xué)的研究歷程和生物學(xué)家的學(xué)術(shù)生涯。這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)能促使學(xué)生更加深刻地理解生物學(xué)知識(shí)、更加有效地學(xué)習(xí)科學(xué)研究的方法，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和提高科學(xué)素養(yǎng)。近幾年高考中，對(duì)生物科學(xué)史的考查越來(lái)越受到關(guān)注。2018全國(guó)Ⅰ卷38題以經(jīng)典研究工作的科學(xué)史為素材，考查基因工程中用到的核心技術(shù)及研究設(shè)計(jì)方案，還考查根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析問(wèn)題、得出結(jié)論的概括總結(jié)能力，在科學(xué)探究情境中考查科學(xué)思維。本文通過(guò)對(duì)該題的剖析，提出關(guān)于生物科學(xué)史的教學(xué)建議。

1 原題再現(xiàn)

1.1 2018全國(guó)Ⅰ卷38題 回答下列問(wèn)題：

(1) 博耶(H. Boyer)和科恩(S. Cohen)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿細(xì)胞中進(jìn)行了表達(dá)，該研究除證明了質(zhì)?？梢宰鳛檩d體外，還證明了 (答出兩點(diǎn)即可)。

(2) 體外重組的質(zhì)粒可通過(guò)Ca2+參與的 方法導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞；而體外重組的噬菌體DNA通常需與 組裝成完整噬菌體后，才能通過(guò)侵染的方法將重組噬菌體DNA導(dǎo)入宿主細(xì)胞，在細(xì)菌、心肌細(xì)胞、葉肉細(xì)胞中，可作為重組噬菌體宿主細(xì)胞的是 。

(3) 真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)表達(dá)時(shí)，表達(dá)出的蛋白質(zhì)可能會(huì)被降解。為防止蛋白質(zhì)被降解，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用 的大腸桿菌作為受體細(xì)胞，在蛋白質(zhì)純化的過(guò)程中應(yīng)添加 的抑制劑。

參考答案： (1) 重組DNA還可以進(jìn)入受體細(xì)胞；外源基因可以在原核細(xì)胞中成功表達(dá)；實(shí)現(xiàn)物種之間的基因交流。 (2) 轉(zhuǎn)化 蛋白質(zhì)外殼(衣殼) 細(xì)菌 (3) 不含蛋白酶(基因) 蛋白酶。

1.2 試題背景 試題情境選自高中生物學(xué)教材選修3《現(xiàn)代生物科技專題》(人教版)專題1中對(duì)博耶(H. Boyer)和科恩(S. Cohen)相關(guān)研究成果的介紹。

2 試題特點(diǎn)分析

2.1 通過(guò)生物科學(xué)史理解生物學(xué)概念，解釋相關(guān)事件 本題以1973年，博耶和科恩重組DNA表達(dá)實(shí)驗(yàn)研究的生物科學(xué)史為素材命制，考查了重組DNA、基因工程的核心——基因表達(dá)載體的構(gòu)建、載體的條件、轉(zhuǎn)化的方法和受體細(xì)胞、噬菌體的組成等重要概念的理解。如第(1)小題考查質(zhì)粒能作為載體的條件： ①自我復(fù)制；②有一個(gè)或多個(gè)酶切位點(diǎn)；③有標(biāo)記基因；④安全。很多學(xué)生以為只要理解概念回答條件中的兩點(diǎn)就可以了，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)題目的信息是“導(dǎo)入大腸桿細(xì)胞中進(jìn)行了表達(dá)”和“還證明了什么”。學(xué)生就要運(yùn)用已學(xué)的遺傳物質(zhì)的知識(shí)，理解外源DNA能在不同生物中表達(dá)的原因： ①重組DNA還可以進(jìn)入受體細(xì)胞；②外源基因可以在原核細(xì)胞中成功表達(dá)；③實(shí)現(xiàn)物種之間的基因交流；④共用同一套遺傳密碼。

2.2 運(yùn)用科學(xué)思維方法，探討生命規(guī)律，解決實(shí)際問(wèn)題 第(2)小題主要要求學(xué)生以特定的生物學(xué)事實(shí)為基礎(chǔ)形成相關(guān)的概念。需要學(xué)生通過(guò)科學(xué)思維對(duì)題目中信息進(jìn)行分析；運(yùn)用對(duì)轉(zhuǎn)化方法和基因工程受體細(xì)胞、噬菌體的組成等相關(guān)概念的理解，并對(duì)基因工程中核心步驟內(nèi)容做出正確判斷。很多學(xué)生在看到導(dǎo)入的受體細(xì)胞是大腸桿菌，就認(rèn)為應(yīng)該填“Ca2+處理細(xì)胞法”，卻沒(méi)看清楚題目中已經(jīng)有了標(biāo)明Ca2+參與的轉(zhuǎn)化方法。這小題都要求學(xué)生在科學(xué)史的情境中獲取信息，并考查學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)遷移到其他的實(shí)驗(yàn)中去，理論聯(lián)系實(shí)際，解決實(shí)際問(wèn)題，關(guān)注生命科學(xué)技術(shù)在人類社會(huì)中的應(yīng)用。

2.3 側(cè)重科學(xué)探究能力，展現(xiàn)科學(xué)思維的形成 如第(3)小題，就要求學(xué)生掌握一定的科學(xué)探究能力，采用了開(kāi)放度較高的設(shè)問(wèn)和呈現(xiàn)形式，需要學(xué)生獲取題干信息，進(jìn)行一定的邏輯思考后組織語(yǔ)言精確表達(dá)。學(xué)生可以擺脫教材和固有的解題思路的束縛，創(chuàng)造性進(jìn)行思考、分析和作答。從題干中的信息“防止蛋白質(zhì)被分解”“蛋白質(zhì)純化過(guò)程需要添加什么抑制劑”，學(xué)生便需要開(kāi)展邏輯思考： 由于使蛋白質(zhì)分解的是蛋白酶，而根據(jù)中心法則，蛋白酶的合成是由基因控制的，因此作為受體細(xì)胞的大腸桿菌就應(yīng)該不含有蛋白質(zhì)酶基因或者不含蛋白酶。而最后一問(wèn)考查蛋白質(zhì)純化的信息，雖然蛋白質(zhì)純化并不是學(xué)習(xí)選修3學(xué)生所熟悉的內(nèi)容，但是題目并不側(cè)重考查它的概念及過(guò)程，而是聯(lián)系題干中的信息可以組織答案——“蛋白質(zhì)酶抑制劑”。

3 教學(xué)建議

從學(xué)科核心素養(yǎng)養(yǎng)成的角度來(lái)看，生物學(xué)學(xué)科作為一門實(shí)驗(yàn)性學(xué)科，強(qiáng)調(diào)注重學(xué)生科學(xué)探究能力和科學(xué)思維的形成。而通過(guò)生物科學(xué)史的教學(xué)，力求在評(píng)價(jià)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生“像科學(xué)家一樣思考”，構(gòu)建科學(xué)概念，感悟科學(xué)精神，理解科學(xué)本質(zhì)。所以在教學(xué)過(guò)程中注意以下幾點(diǎn)：

3.1 注重科學(xué)思維的培養(yǎng)，提高學(xué)生獲取信息的能力 課程標(biāo)準(zhǔn)中是這樣描述部分科學(xué)史內(nèi)容的： 分析細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立過(guò)程，說(shuō)明光合作用以及對(duì)它的認(rèn)識(shí)過(guò)程，總結(jié)人類對(duì)遺傳物質(zhì)的探索過(guò)程，分析孟德?tīng)栠z傳實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法等。分析、總結(jié)都屬于理解水平，這就需要學(xué)生形成科學(xué)思維，從材料中獲取信息，并遷移利用信息。

因此，在教學(xué)過(guò)程中，教師采取探究思路引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)史，按照“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—分析問(wèn)題—確定自變量—做出假設(shè)—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案—觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果—得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論”進(jìn)行。通過(guò)這樣的教學(xué)方式，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，主動(dòng)地探索生物學(xué)知識(shí)，了解知識(shí)的本質(zhì)，同時(shí)對(duì)在生物學(xué)學(xué)科長(zhǎng)期學(xué)習(xí)和思考中逐步形成科學(xué)的思維和邏輯推理、信息加工等能力的提升有積極的促進(jìn)作用。

3.2 注重形成生物科學(xué)的研究方法，提升學(xué)生的探究能力 教師在進(jìn)行科學(xué)史教學(xué)時(shí)，挖掘教學(xué)內(nèi)容中的科學(xué)探究?jī)?nèi)涵，使學(xué)生在感受、理解知識(shí)的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程中，掌握科學(xué)探究的基本方法。在潛移默化中，培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和創(chuàng)造性思維品質(zhì)。

例如，在學(xué)習(xí)探索生長(zhǎng)素發(fā)現(xiàn)時(shí)，通過(guò)學(xué)生親身演繹達(dá)爾文、詹森、拜爾和溫特的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生深刻感受科學(xué)家的探索思路，使學(xué)生再發(fā)現(xiàn)和再創(chuàng)造這些知識(shí)；讓學(xué)生進(jìn)一步了解科學(xué)家是怎樣發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，這是科學(xué)史與探究整合的有效途徑。通過(guò)向光性原理(科學(xué)的發(fā)展新觀點(diǎn))的學(xué)習(xí)，并回顧生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，學(xué)生便充分領(lǐng)悟科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程是： 觀察現(xiàn)象→提出問(wèn)題→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)→提出假說(shuō)→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→得出結(jié)論，并概括出生物科學(xué)研究的基本方法是“假說(shuō)—演繹法”。

3.3 注重培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科的社會(huì)責(zé)任意識(shí) 通過(guò)學(xué)習(xí)生物科學(xué)史，基于科學(xué)家的理論和探究的過(guò)程(如這道高考題中“重組DNA表達(dá)實(shí)驗(yàn)的成功”)，學(xué)生參與討論，做出正確的判斷或科學(xué)的解釋。學(xué)生通過(guò)學(xué)到的知識(shí)嘗試解決生活中的生物學(xué)問(wèn)題，這就是生物科學(xué)的社會(huì)責(zé)任。通過(guò)學(xué)習(xí)科學(xué)家探索真理的事跡，培養(yǎng)學(xué)生渴求科學(xué)知識(shí)、熱愛(ài)科學(xué)、獻(xiàn)身科學(xué)的情感。

(項(xiàng)目基金： 廣東省教育科研“十三五”規(guī)劃2018年度研究課題“基于‘先行組織者’策略下的高中生物教學(xué)案例研究”，No.2108YQJK306)