以史為輪，驅動生物學課堂活動

商爽

摘 要：生物學的發展實質是科學史的發展。以生物學經典研究過程與發現成果為材料開展課堂活動，符合學生認知發展規律，有利于學生生物學概念的形成。筆者在“工具酶的發現和基因工程的誕生”這一節的教學活動設計中，以科學史作為驅動，開展小組討論、模型構建等課堂活動，激發學生的學習興趣，發展學生生物學核心素養。

關鍵詞：科學史;驅動;生物學;課堂活動

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A???? 文章編號：1992-7711（2019）02-077-2

美國著名的科學史家薩頓說過：“一部科學史，在很大程度上就是一部工具史，這些工具，無論有形或無形，由一系列人物創造出來，以解決他們遇到的某些問題，每種工具和方法都是人類智慧的結晶?！鄙锟茖W史反映了生物學家在特定的知識背景下，以科學的思維方法，發現并解決生物學問題的歷程。生物課堂教學中通過重現生物學史，以歷史上的相關素材為依據開展學習活動，有助于學生構建概念網絡，發展理性思維，養成社會責任。本文以“工具酶的發現和基因工程的誕生”一節的教學活動設計為例說明科學史在生物課堂活動中的應用。

一、分子遺傳理論的初步形成

提供視頻：不同人們的愿望（農民希望豐收、養殖戶希望有良種畜禽、小孩希望治病不用打針吃藥等）。

過渡：上述這些愿望都可以通過生物技術來實現。然而，任何技術都必須建立在堅實的理論基礎之上。

提供材料1： （1）1944年，3位科學家通過肺炎雙球菌轉化實驗，發現DNA是該菌的遺傳物質。此后科學家陸續發現其它細胞生物的遺傳物質均為DNA。

（2）1953年，沃森和克里克提出了DNA分子的雙螺旋模型。

（3）1958年，弗朗西斯·克里克提出中心法則，解釋了遺傳現象的本質。

（4）1961年，首個密碼子被破解，隨后幾年科學家破解了其它密碼子，并提出了遺傳密碼的普遍性。

課堂活動1：小組討論：面對這些科學成果，你對改造生物有什么大膽的想法？

設計意圖：根據已有的理論依據，發散思維，大膽設想，并互相交流想法，理解基因工程實現的3個理論基礎，指出基因工程是“實現夢想”的有效方法，可以培養學生運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。

二、載體質粒的發現

過渡：要將一種生物的基因導入到另一種生物中去，必須要有相應的工具。

提供材料2：（1）1946年，發現了第一種質粒：大腸桿菌的F因子。

（2）1957年，日本學者發現質粒介導抗生素抗性基因的轉移。

（3）在上世紀60年代，科學家陸續發現各種細菌質粒，且它們可以介導細菌致育性和藥物抗性等許多基因的轉移。

課堂活動2：小組討論：質粒為什么能介導基因轉移？這對基因工程有何意義？

設計意圖：學生通過分析已有資料，聯系課本知識，歸納概括，得出“質粒之所以能發生轉移是因為具有控制質粒DNA轉移的基因，質粒是優質的基因工程載體”，有助于學生發展科學思維，形成“結構與功能相適應”的生命觀。

三、工具酶的發現

過渡：將基因與質粒連接，基因便可隨質粒從一種生物轉移到另一種生物中，關鍵是如何連接。

提供材料3：（1）1967年，在三個實驗室同時發現了DNA連接酶。它是一種DNA鏈上缺口酶。其作用如圖1。

（2）1969年，科學家成功分離出第一個基因。

過渡：DNA連接酶的發現有何意義？有了基因、質粒、DNA連接酶，是否可以將基因連接到質粒上，形成重組DNA了呢。

提供材料4：1970年，科學家發現了限制性核酸內切酶，如EcoR I，其作用如圖2。

課堂活動3：模擬重組DNA（質粒）的形成過程：

提供學生含基因P的DNA（紙質平面模型）、質粒的紙質模型、剪刀（模擬限制性核酸內切酶EcoR I）、膠帶紙（模擬DNA連接酶）。

（1）根據已有知識，如何將基因P從DNA中切取出來？請操作處理。

（2）對質粒應做何種處理？請操作處理。

（3）如果把經EcoR I處理的P基因與質粒放在一起，再加入DNA連接酶，會發生什么現象？請探討可能的結果，并操作處理。

設計意圖：通過“基因工程工具的先后發現”的學習，學生感悟“生物科學的發展不是一蹴而就的，而是一個不斷繼承和創新的過程”。模擬重組DNA分子的形成過程的活動，可激發學生的學習興趣，通過分析P基因與質粒經同種限制性核酸酶處理后再用DNA連接酶處理所產生的可能結果，有利于培養學生演繹推理、方案實施、模型構建的能力，發展學生團隊合作、勇于創新的精神。

四、基因工程的誕生與概念

提供材料5：（1）1972年，科學家首次用同種限制性核酸內切酶切割SV40和λ噬菌體DNA，然后用DNA連接酶進行連接，形成了重組DNA分子。

（2）1973年，科學家將來自兩種大腸桿菌的含四環素抗性基因的質粒和含卡那霉素抗性基因的質粒分別用同種限制性核酸內切酶切割，然后用DNA連接酶連接，形成重組DNA分子轉入大腸桿菌，產生了同時具有抗四環素和抗卡那霉素的性狀的菌種。

課堂活動4：討論小結：給基因工程的概念下一個定義，并指出基因工程的核心是什么。

設計意圖：通過本節課的活動和學習，學生已具有了對基因工程的初步理解。通過對素材的整理分析，給出基因工程的基本概念，并指出核心形成重組DNA分子，可進一步提升學生歸納概括和抓住事物重點及本質的能力。了解生物學學科發展情況，有利于提高學生學習興趣。

結語

課堂活動是培養學生科學思維，提高核心素養的重要載體。但筆者在長期的教學中發現，課堂活動也易流于形式或是缺乏優質的探究材料。科學史是科學精神的積淀，蘊藏著豐富的教學素材。在課堂中科學運用生物學史，能使學生跟隨科學探索的腳步汲取知識的同時，發散思維，體驗科學精神。圍繞經典的歷史背景和研究過程來設計活動，不僅能使學生清楚知識的來龍去脈，使基礎知識學得更加扎實，還能夠培養學生探索、研究的興趣，大大提高學生的科學思維能力和創新能力，全面提高學生的生物學核心素養。

[參考文獻]

[1]宣文惠.經典的科學研究與高中生物教學[J].合肥學院學報（自然科學版），2004（14）.