應用科學史和教具提高學生生物核心素養

鄭淑芬

摘要：生物核心素養是公民科學素養構成中重要的組成部分，主要包括生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任四個方面。筆者以《遺傳信息的傳遞》一課為例，從生物發展科學史、合理應用教具兩方面，初步討論在高中生物課堂教學中提升學生生物學核心素養問題。

關鍵詞：科學史；教具；生物核心素養

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2020）04-0159

“生物核心素養是公民科學素養構成中重要的組成部分，主要包括生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任四個方面。”筆者以《遺傳信息的傳遞》一課為例從生物發展科學史、合理應用教具兩方面初步討論在高中生物課堂教學中提升學生生物學核心素養的問題。

一、應用科學史引出課題，提高學生認知能力

筆者以兩則科學史導入，引起學生關注本課題。

第一則科學史：“1956年，美國科學家科恩伯格發表論文“Enzymic synthesis of deoxyribonucleic acid”（脫氧核糖核酸的酶促合成），證明了DNA能夠復制，獲得了1959年諾貝爾醫學或生理學獎”。

第二則科學史：“1986年，美國凱利·穆利斯（Kary Mullis）發表《Specific enzymatic amplification of DNA in vitro： the polymerase chain reaction》（體外特異性DNA擴增：聚合酶鏈式反應，簡稱：PCR技術），他獲得了1993年諾貝爾化學獎”。

二、利用圖片、模型等教具，讓學生溫故知新，掌握生物概念

教師投影展示圖片，并利用已學的知識回答下列問題。1.DNA復制的時間是什么時候？2. DNA存在的場所？推測DNA復制的場所在哪？3.DNA復制需要哪些條件？4.推測DNA分子是如何完成復制過程？

在回答“3. DNA復制需要哪些條件？”這樣有難度的問題時，可以穿插科學史引導學生解決問題。

第三則科學史：“1956年，科恩伯格發現在適宜溫度和pH等條件下，只有在試管中加入4種脫氧核苷酸、大腸桿菌研磨提取液、ATP、少量噬菌體DNA后，DNA含量才會增加，且新合成DNA的堿基比例與噬菌體DNA非常相似”。

筆者適時問題引導：“加入的噬菌體DNA起何作用？”加入的4種脫氧核苷酸起何作用？加入的ATP起何作用？加入的大腸桿菌研磨液起何作用？引導學生順利解決問題。

筆者選擇毛根作為本課教具，因為毛根價格便宜、材質柔軟、顏色多樣，可以任意裁剪不同長度或做出各種形狀。

筆者給學生提供兩種不同長度的紅色、藍色毛根，并向學生說明模板DNA的兩條脫氧核苷酸鏈用兩條藍色毛根表示，新合成的DNA的兩條脫氧核苷酸鏈用兩條紅色毛根表示，讓學生探究DNA分子完成復制可能模式。學生小組合作后就能順利推出DNA全保留、半保留、彌散復制的模式圖。

此時筆者適時呈現第四則科學史——再現科學家們1953年夏天在美國紐約冷泉港會議廳發生關于DNA復制的爭議，既可肯定學生的思維，又可以激發學生的求知欲和批判性思維。

三、結合教師提供的教具探究實驗，讓學生學有所思，激發觀察分析能力

針對“如何設計實驗來探究DNA是如何復制的？”難度大的問題時，筆者嘗試幫助學生分解問題。

1.從結果入手：驗證子代DNA兩條鏈的來源，啟發學生可以用紅色、藍色毛根演示：

若子代DNA兩條鏈為________，為全保留復制；

若子代DNA兩條鏈為________，為半保留復制；

若子代DNA的兩條鏈為________，為彌散復制。

2.整合教具、科學史實，讓學生思有所悟，提升歸納總結能力。

筆者展示圖片教具讓學生用文字描述DNA復制的過程：

3.利用練習，讓學生學以致用，分層次培養學生的解題能力。

首先，筆者選擇了2018年4月浙江生物學考及選考，第22題考查學生解題能力。

真題再現：某研究小組進行“探究DNA的復制過程”的活動，結果如圖所示。其中培養大腸桿菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl，a、b、c表示離心管編號，條帶表示大腸桿菌DNA離心后在離心管中的分布位置。下列敘述錯誤的是（）。

A.本活動運用了同位素示蹤和密度梯度離心技術

B. a管的結果表明該管中的大腸桿菌是在含14NH4Cl的培養液中培養的

C. b管的結果表明該管中的大腸桿菌的DNA都是15N-14N-DNA

D.實驗結果說明DNA分子的復制是半保留復制的

其次，筆者還選擇了一道分層次的練習考查學生在DNA復制過程中堿基計算、復制后DNA數等的問題。

鞏固練習：現將中華倉鼠（2N=22）卵原細胞放在含BrdU、不含胸腺嘧啶脫氧核苷酸（T）的培養液中培養，細胞分裂后用姬姆薩染料染色。DNA雙鏈都不含BrdU的染色體顏色最深，DNA單鏈含BrdU的染色體顏色較深，DNA雙鏈都含BrdU的染色體顏色較淺。

新手區：DNA復制2次后，含T的DNA分子占所有DNA分子的比例。

普通區：若某DNA分子中含有鳥嘌呤脫氧核苷酸200個，經過3次DNA復制，結合了個游離的BrdU。

困難區：有絲分裂第1、2次后期每個細胞中染色體幾條較深、幾條較淺？

專家區：有絲分裂經1、2次分裂后含較深染色體的子細胞比例？

4.再次補充課外多條科學史實，讓學生悟有所行，提高學生社會責任感

筆者展示本堂課的教學內容中涉及到很多的科學家獲獎情況，使學生充滿信心，努力學習，展望美好的未來。

總之，新一輪課程改革重在提升學生生物學核心素養，提升的方法各式各樣，切入點也大不相同，只要一線教師潛心研究，在教學中找到契機，就一定會有所收獲。

（作者單位：浙江省文成中學325300）