指向深度學習的高中生物學科學史教學
——以“DNA是主要的遺傳物質”（第一課時）為例

鄭麗對 張 鋒

（1.福建省漳州市第二中學 福建漳州 363000）

（2.福建省普通教育教學研究室 福建福州 350007）

深度學習是學生在完成概念知識學習的同時，發展生物學學科核心素養和關鍵能力的一種深層次的學習方式。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）提出科學史的學習能幫助學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學研究的思路和方法，有利于發展學生的科學思維和科學探究。在高中進行科學史教學，教師可創設情境，引導學生體驗科學家的探究活動，有效促進學生的深度學習，發展學科核心素養。

1 實現科學史深度學習的策略

不少生物學教師意識到科學史的教學價值，卻找不到適合的方法途徑進行有效教學。究其原因，科學史的教學仍處于淺顯的知識輸出，這些教師忽視了其中蘊含的科學思維和方法的教學；不考慮學生的學習力，一味增加學科史內容的深度和廣度，加重學生的學習負擔；創設科學史相關的問題情境，未作深入分析，學生處于一知半解的境地；過分強調科學史的重要性，要求學生記憶相關事件。此類教學方式都未能有效地發展學生的學科核心素養。教師利用科學史資源進行有效的深度學習，需要關注教學情境的設置、問題解決過程中思維的發展以及學習過程中的深度互動。

1.1 創設情境，搭建深度學習的場景

科學史的深度學習注重學生學習過程中的情感體驗，強調問題情境的適配性。科學史作為深度學習情境素材，能重現學科理論產生的問題情境，幫助學生搭建深度學習的場景，激發學生科學探究的熱情。在科學史資料的轉化過程中，教師應考慮設計能夠引發學生深度學習的問題情境或任務。

1.2 發展思維，落實深度學習的目標

高中生物教材中的科學史資料展現了科學家的探索過程，蘊含了豐富的生物科學思維和方法。科學思維是問題解決的重要思維方法。教學中，教師應引導學生批判性地自我思考，使學生學會應用理論或證據進行科學論證，闡述自己的觀點，外顯解決問題的思維，從而發展生物學學科核心素養。

1.3 加強互動，發揮深度學習的作用

在學生解決問題時，教師應加強學生與任務之間的深度互動，保證學生能夠通過自身的努力學習完成問題的解決，積極主動地參與相關討論和實踐。在指導學生完成學習任務時，教師要引導學生相互啟發、互相傾聽，共同合作交流，厘清問題解決的關鍵思路，活躍學生思維，讓每一個學生融入課堂。

2 例析指向深度學習的科學史教學

下面以“DNA是主要的遺傳物質”的第一課時為例，闡述指向深度學習的科學史教學策略。教師以科學家的探究歷程為線索，通過還原科學家所處時代背景，讓學生更好地理解科學家進行實驗的初衷及原由。但由于認知的局限性及有限的科學史篇幅，學生對本節內容只達到淺層次理解水平，對科學家實驗的背景和本質并不清楚。教師可設置探究實驗，提升學生的科學思維和實驗設計能力，使學生更好地理解科學本質，充分落實生物學學科核心素養的培養。

本節教學思路設計如圖1所示，教師聯系肺炎鏈球菌實驗的科學背景，創設情境，有利于激發學生的探索熱情，引導學生深度思考格里菲斯肺炎鏈球菌轉化實驗，推測轉化因子的存在，從而為理解艾弗里實驗奠定思維基礎。在設置實驗設計環節，教師可讓學生以科學家的思維展開對轉化因子的探索，突破艾弗里實驗的難點。

2.1 創設社會情境，激發深層學習動機

在學生已知DNA是遺傳物質的基礎上，教師帶領學生回顧科學家的研究成果，介紹當時的社會背景：由于科學家對DNA和蛋白質結構認知的差異，絕大多數科學家主張蛋白質是遺傳物質。教師由此引發學生產生認知沖突，激發學生的探索熱情，為接下來的科學史學習奠定情緒基礎。

2.2 創設問題情境，發展高階思維能力

通過對格里菲斯四組實驗的闡述和分析，教師引導學生思考第四組實驗的預期結果。學生深入對比四組實驗，通過觀察預期實驗與實際結果的差異，思考第四組小鼠死亡的原因。這個實驗結果會導致學生認知沖突，教師此時補充資料：格里菲斯對死亡小鼠尸體的解剖，得到了活的S型細菌，并且將其進行培養后所得到子代仍是S型細菌。通過分析資料，學生找到小鼠死亡的原因是體內出現了S型細菌。學生分組討論出現S型細菌的原因。

這道問題是一道開放性問題，能夠有效激發學生的批判性思維。學生根據所學知識和自我認知，主要提出三種觀點：①在R型細菌的影響下，加熱殺死的S型細菌死而復生；②在加熱殺死的S型細菌影響下，R型菌轉化為S型細菌；③R型細菌和加熱殺死的S型細菌混合后，成為S型細菌。基于學生提出的各種可能性，教師鼓勵學生提出相關證據，支持或否定某種觀點，以此發展學生的批判性思維。在教師的引導下，學生能夠例舉蛋白質高溫變性失活這一證據否定第一種可能，例舉格里菲斯培養S型菌后子代都是S型菌這一證據否定第三種可能。最后，學生通過對問題抽絲剝繭式的探討，水到渠成地得出格里菲斯實驗的結論。

2.3 創設實驗情境，提升科學探究能力

在傳統的科學史教學中，教師只是簡單地呈現科學家所做的實驗，并對其進行粗淺分析，無法達到科學史教育的深層意義。教師應引導學生沿著科學家探索歷程，使用合適的研究方法體驗真實的探究過程。在學生得出加熱殺死的S型細菌中存在某種轉化因子后，教師并沒有馬上分析下一位科學家的實驗，而是創設了實驗情境，引導學生思考：如果你是當時的科學家，你該如何設計實驗證明轉化因子是什么物質？并基于此實驗情境，引導學生設計實驗進行驗證。通過提出“轉化因子究竟是什么”這一問題，學生思考如何尋找轉化因子，促進實驗探究活動的開展。

對于這個問題，學生一開始設計意識并不強，未能找到問題解決的突破口。因此，教師利用自制的教具幫助學生深入理解問題：利用紙盒模擬含R型細菌的培養基，不同顏色的海洋球分別代表加熱殺死的S型細菌所含物質（多糖、蛋白質、脂質、RNA、DNA等）；并將這些海洋球用透明袋子裝起來，模擬S型細菌個體。

教師展示S型細菌模型，引導學生思考轉化因子實驗的關鍵步驟。各小組討論后，學生代表通過一次取出一顆代表不同物質的海洋球放到模擬R型細菌培養基的紙盒。教師可啟發學生實驗思路：將S型細菌中不同的物質分離提純（圖2），分別與R型細菌培養基混合后，預測培養基中細菌的生長情況。此種想法符合目前學生掌握的生物學知識的情況，教師介紹“當時科學技術手段不成熟，無法徹底分離提純物質”，讓學生明確此方法并不適合，由此思考另一種實驗思路。

教師取出一顆海洋球，再把剩下的組分放到模擬R型細菌培養基的紙盒。學生已經具備一定的思路，通過教師簡單的提示，能夠馬上聯想去除某種物質，再把剩下的組分與R型細菌混合（圖3），預期培養基中細菌的生長情況。最終通過師生互動，學生基本確定實驗思路，并掌握相關的科學實驗原理。在此基礎上，學生補充完善導學案中的實驗設計，并進行交流討論。

2.4 再現科學實驗情境，領悟科學探究精神

通過設計尋找轉化因子的探究實驗，學生能夠掌握當時科學家的科學思維和方法，成功突破尋找轉化因子實驗的難點與疑點，更好地理解艾弗里肺炎鏈球菌實驗。教師再現艾弗里當時實驗的過程和當時科學界的反響，學生能夠了解“科學家結論的得出并不是主觀臆斷”，而是通過一代又一代科學家實驗的佐證，深刻理解科學知識的形成是一個不斷修正的過程。

3 總結

科學史的學習應該是“知其然而知其所以然”，學生不僅應該要掌握科學實驗結論，更應該掌握科學結論提出過程中所蘊含的科學思維和方法，做到舉一反三。本節課通過實驗設計策略的實施，教師引導學生嘗試自主設計實驗，交流和評價實驗設計，促進其對科學史的深度學習。學生通過層層遞進式的分析討論，充分理解并掌握科學實驗的背景及過程。

教師自制教具進行實驗啟發，幫助學生順利提出實驗思路，以此了解每一個科學實驗的進行。學生在各種討論碰撞中完成交流討論、大膽推測，有利于批判性思維的提升，養成敢于質疑與否定的科學精神。學生基于科學史和真實實驗情境的學習，有利于進一步理解科學本質，掌握科學思維和方法。導學案中實驗設計的文字表述可以提升學生的生物學語言表達能力，規范用語。

教材由于篇幅有限，不能完整地呈現整個科學史過程，學生在理解上存在一定障礙。這就要求教師能夠在課前做好備課工作，盡可能地還原科學史，做到心中有數，將有效的資源融入課堂，幫助學生更好地學好科學史，實現科學史教學真正的教育價值，促進學生的深度學習。