學(xué)科核心素養(yǎng)背景下生物科學(xué)史話之妙用

郭佳靜

摘要以人教版普通高中生物學(xué)教材必修1中容易被忽略的科學(xué)史話“世界首個(gè)人工合成蛋白質(zhì)的誕生”為例，探討在教學(xué)實(shí)踐中巧妙利用好科學(xué)史提升核心素養(yǎng)的策略：聚焦科學(xué)知識(shí)中的核心概念，滲透生命觀念；借助科學(xué)過(guò)程開(kāi)展科學(xué)探究，提升科學(xué)思維；解讀科學(xué)文化精神，落實(shí)社會(huì)責(zé)任

關(guān)鍵詞 科學(xué)史話 核心素養(yǎng) 蛋白質(zhì)

中圖分類號(hào)G633. 91文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

生物科學(xué)史是有關(guān)生物學(xué)科學(xué)發(fā)生和發(fā)展的歷史，包含了生物科學(xué)知識(shí)，生物科學(xué)研究方法與過(guò)程、科學(xué)精神與態(tài)度等。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》強(qiáng)調(diào)了要重視生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)，明確指出“學(xué)習(xí)生物科學(xué)史能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的思路和方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神，這對(duì)提高學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是很有意義的”。生物科學(xué)史與學(xué)科核心素養(yǎng)關(guān)系如圖1所示。

科學(xué)史較完整、真實(shí)地展現(xiàn)了科學(xué)探究的一般過(guò)程，滲透了歸納與概括、演繹與推理等科學(xué)思維。學(xué)習(xí)科學(xué)史有利于深化學(xué)生對(duì)學(xué)科科學(xué)概念、科學(xué)原理的認(rèn)知，有利于學(xué)生更好地發(fā)展自身的生命觀念，理解生物學(xué)知識(shí)的本質(zhì)。科學(xué)史中的科學(xué)文化，如科學(xué)家在探索過(guò)程中的科學(xué)精神和態(tài)度、科學(xué)家之間的合作交流與思維碰撞等，有利于喚起學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，使其能積極地參與個(gè)人及社會(huì)事務(wù)的討論，最終落實(shí)了生物學(xué)課程立德樹(shù)人的教育任務(wù)。

由此可見(jiàn)，生物學(xué)科學(xué)史具有非常重要的教育價(jià)值，但在實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐中部分教師關(guān)于生物科學(xué)史的教學(xué)只注重科學(xué)知識(shí)，忽略科學(xué)思維、科學(xué)方法與態(tài)度；教師的教學(xué)方法單一，迫于教學(xué)進(jìn)度在課堂上花費(fèi)的時(shí)間少，或者只是將其當(dāng)作學(xué)生課外自行閱讀的素材，從而浪費(fèi)了很好的教學(xué)素材。下面以日常教學(xué)中容易被忽略的“科學(xué)史話”——世界上第一個(gè)人工合成蛋白質(zhì)的誕生（人教版新教材必修1）為例，探討如何巧妙利用該科學(xué)史話組織教學(xué)，提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1聚焦核心概念，滲透生命觀念

蛋白質(zhì)是屬于分子水平的重要概念，歷來(lái)是高考的高頻考點(diǎn)。牛胰島素是蛋白類激素，由51個(gè)氨基酸，2條多肽鏈組成。教師可以此為命題素材，圍繞蛋白質(zhì)考查其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能等相關(guān)問(wèn)題。例如，從蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的角度，一個(gè)牛胰島素分子共有幾個(gè)肽鍵，至少含有幾個(gè)游離的氨基和羧基，教師也可提供結(jié)晶牛胰島素的平面結(jié)構(gòu)示意圖（圖2），考查牛胰島素合成過(guò)程相對(duì)分子質(zhì)量的變化等。

再如，教師可以設(shè)置如下問(wèn)題：胰島素能降低血糖，體現(xiàn)了蛋白質(zhì)的功能；將結(jié)晶牛胰島素溶液煮沸會(huì)破壞其，使其失去生物活性；治療糖尿病的胰島素不能口服必須注射的原因是。這些問(wèn)題的提出有利于學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)，也在學(xué)生解題的過(guò)程中滲透了生命的物質(zhì)觀、結(jié)構(gòu)和功能觀等生命觀念。

2開(kāi)展科學(xué)探究，提升科學(xué)思維

科學(xué)史是科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探究的縮影，以生物科學(xué)史為載體，組織探究性學(xué)習(xí)有利于提升學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。在“世界上第一個(gè)人工合成蛋白質(zhì)的誕生”科學(xué)史教學(xué)中，教師可以針對(duì)科學(xué)家的探究過(guò)程設(shè)置相應(yīng)的問(wèn)題，使學(xué)生在問(wèn)題指引下，沿著科學(xué)家的探索思路，領(lǐng)悟科學(xué)家的思維過(guò)程，領(lǐng)會(huì)科學(xué)研究的一般方法。也可給學(xué)生觀看《我是科學(xué)家》節(jié)目“人工合成胰島素中，一個(gè)少為人知的科學(xué)故事”，通過(guò)中國(guó)科學(xué)院王志珍院士通俗易懂的講解，使學(xué)生了解人工合成牛胰島素的故事。在這個(gè)視頻中，王院士提到：當(dāng)時(shí)中國(guó)科學(xué)家選擇合成牛胰島素是基于1955年英國(guó)科學(xué)家桑格率先測(cè)定了牛胰島素的全部氨基酸序列，牛胰島素成為當(dāng)時(shí)世界唯一已經(jīng)知道一級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。而合成牛胰島素的瓶頸問(wèn)題胰島素A鏈、B鏈的重組問(wèn)題。學(xué)生聽(tīng)取講解，能很好地加深對(duì)所學(xué)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)等相關(guān)知識(shí)的理解，領(lǐng)會(huì)到科學(xué)探究的曲折艱辛，意識(shí)到學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識(shí)的實(shí)用性。

教師也可以嘗試把科學(xué)家的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成探究性的課題。例如，教師可將該素材轉(zhuǎn)化為探究問(wèn)題：胰島素是治療糖尿病的特效藥，但其在牛等動(dòng)物體內(nèi)含量很少，很難通過(guò)提取大量制備，現(xiàn)欲通過(guò)人工方法合成牛胰島素，請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)簡(jiǎn)要說(shuō)出實(shí)驗(yàn)思路？學(xué)生依據(jù)已學(xué)知識(shí)，從蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)出發(fā)，提出“獲得合成牛胰島素的氨基酸→將氨基酸按照一定序列結(jié)合合成胰島素的A鏈和B鏈→將胰島素的A鏈和B鏈組合形成蛋白質(zhì)→檢測(cè)合成的牛胰島素是否具有天然牛胰島素的活性”的實(shí)驗(yàn)思路。當(dāng)然，學(xué)生的思路可能多種多樣，教師要充分傾聽(tīng)學(xué)生的想法，然后展示青年科學(xué)家合成牛胰島素的全過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生比較分析。這個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程無(wú)疑是對(duì)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)。

另外，為紀(jì)念人工全合成結(jié)晶牛胰島素50周年，國(guó)家核心期刊《生命科學(xué)》2015第27卷第6期刊登了參與結(jié)晶牛胰島素合成工作者的專題文章，從不同角度還原了當(dāng)時(shí)牛胰島素合成的過(guò)程。教師可推薦學(xué)生課后閱讀，了解更多有關(guān)牛胰島素合成的細(xì)節(jié)。

3解讀科學(xué)精神，落實(shí)社會(huì)責(zé)任

在牛胰島素合成的背后是中國(guó)科學(xué)家的默默付出，無(wú)私奉獻(xiàn)。為使學(xué)生能更進(jìn)一步地了解這些故事，教師可選擇視頻大揭秘《完美結(jié)晶：人工合成牛胰島素》給學(xué)生看，視頻以照片、錄像等再次重現(xiàn)這段科學(xué)史的全過(guò)程，無(wú)形之中落實(shí)了教育立德樹(shù)人的根本任務(wù)：人工合成牛胰島素是在急需向世界證明中國(guó)實(shí)力的特殊年代背景下立項(xiàng)的，而學(xué)術(shù)界當(dāng)時(shí)認(rèn)為這是尚不可能做到的事情。青年科學(xué)家懷揣滿腔熱血投入研究，敢為人先，期盼通過(guò)成功合成牛胰島素引起全世界的關(guān)注，證明中國(guó)人“有志氣，有能力”，由此激發(fā)學(xué)生為國(guó)家爭(zhēng)取榮譽(yù)的社會(huì)責(zé)任感。由于當(dāng)時(shí)中蘇關(guān)系走向冰點(diǎn)，歐美國(guó)家全力想把新中國(guó)扼殺在搖籃中，中國(guó)無(wú)法進(jìn)口到合成胰島素的17種氨基酸，于是青年科學(xué)家從零開(kāi)始，親手建立合成氨基酸的產(chǎn)房，自己帶著防毒面具去生產(chǎn)，不怕苦，不怕死。整個(gè)研究條件很艱苦，但沒(méi)有人抱怨，整個(gè)研究過(guò)程有困難，有失敗，有停滯，但科學(xué)家們不畏挫折，歷經(jīng)6年零9個(gè)月，取得成功。這些啟示學(xué)生成功需要堅(jiān)持不懈，不懼困難，在國(guó)家榮譽(yù)面前更要不計(jì)個(gè)人得失，凡是以大局為重，無(wú)私奉獻(xiàn)；團(tuán)結(jié)協(xié)作，淡薄名利，默契配合，也是把不可能的任務(wù)變?yōu)榭赡艿年P(guān)鍵因素。這些都組成了鮮活的“胰島素精神”，即使在當(dāng)代，依然值得好好學(xué)習(xí)。如果教師能夠把這些教育資源很好地利用起來(lái)，利用班會(huì)或課堂時(shí)間組織學(xué)生看完視頻并發(fā)表感想，在教學(xué)時(shí)間有限的情況下直接向?qū)W生拓展這段科學(xué)史背后的小故事等，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生對(duì)科學(xué)發(fā)展的關(guān)注度，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任，落實(shí)立德樹(shù)人的教育任務(wù)都具有非常重要的意義。

英國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)（BAAS）主席惠威爾曾說(shuō)過(guò)：“我們要教給年輕人的，與其說(shuō)是科學(xué)結(jié)論，不如說(shuō)是科學(xué)方法，更不如說(shuō)是科學(xué)史。”生物科學(xué)史蘊(yùn)含著豐富的教育資源，教師要善于通過(guò)多種方式巧妙地將生物科學(xué)史融入教學(xué)實(shí)踐中，不僅要關(guān)注生物科學(xué)史中蘊(yùn)含的科學(xué)知識(shí)，同時(shí)也要幫助學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)史中的科學(xué)思維和科學(xué)探究方法，更要注重科學(xué)史中科學(xué)家在進(jìn)行科學(xué)探究過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的科學(xué)精神對(duì)學(xué)生的影響，從而巧妙地利用生物科學(xué)史教學(xué)，真正將生物課程核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)落到實(shí)處。