吳開其 張 晉 （四川省瀘縣第二中學(xué) 四川瀘州 646100）

1 對(duì)生物學(xué)科思想方法的認(rèn)識(shí)

學(xué)科思想是指對(duì)學(xué)科發(fā)展和學(xué)科學(xué)習(xí)最具影響力的那些觀念、思想和見解。很多時(shí)候，學(xué)科思想與學(xué)科方法并沒(méi)有明確的界限，因此統(tǒng)稱學(xué)科思想方法。筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將高中生物學(xué)的學(xué)科思想方法進(jìn)行以下分類。

（1）本體性學(xué)科思想方法，植根于學(xué)科本身，具有學(xué)科特色，能夠理解和解釋生物學(xué)相關(guān)事件和現(xiàn)象的觀念和思想方法。生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的“生命觀念”，如結(jié)構(gòu)與功能觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀等就是生物學(xué)的本體性學(xué)科思想方法。

（2）條件性學(xué)科思想方法，生物作為一門自然科學(xué)，在問(wèn)題分析和解決上需要自然科學(xué)探究和發(fā)現(xiàn)的通用的思想方法，如實(shí)驗(yàn)探究、模型構(gòu)建、數(shù)據(jù)分析和科學(xué)推理等思想方法。

本體性學(xué)科思想方法和條件性學(xué)科思想方法共同包含著生物學(xué)“生命”和“科學(xué)”的內(nèi)涵，高中生物課程對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的價(jià)值是讓學(xué)生形成基本的生命觀和生物學(xué)基本觀點(diǎn)，提升科學(xué)素養(yǎng)。學(xué)科思想方法的教學(xué)是學(xué)科教學(xué)的靈魂，教師在課堂中需要關(guān)注學(xué)科思想方法的建立，從學(xué)科思想方法入手，讓生物學(xué)科思想方法統(tǒng)攝生物的學(xué)習(xí)。下面以“DNA分子的結(jié)構(gòu)”一節(jié)教學(xué)為例進(jìn)行展示。

2 學(xué)科思想方法統(tǒng)領(lǐng)下的“DNA分子的結(jié)構(gòu)”課堂教學(xué)

2.1 由“功能由結(jié)構(gòu)決定”的觀念起領(lǐng)課堂

教師結(jié)合本章引言里的小詩(shī)“遺傳物質(zhì)是什么，DNA或蛋白質(zhì)，幾多實(shí)驗(yàn)，幾多爭(zhēng)論，謎底已經(jīng)揭曉，主要是DNA”，由此引出DNA作為主要遺傳物質(zhì)，是因?yàn)槠涮赜械墓δ芎徒Y(jié)構(gòu)。以此讓學(xué)生由DNA的功能特點(diǎn)，推測(cè)DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。例如，由“DNA分子是遺傳物質(zhì)，能夠儲(chǔ)存大量信息”的特點(diǎn)，推測(cè)DNA是一個(gè)大分子物質(zhì)并且含有序列性的結(jié)構(gòu)；由“格里菲思肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化試驗(yàn)中，加熱殺死S型細(xì)菌后轉(zhuǎn)化因子仍具有活性”的特點(diǎn)，推測(cè)DNA分子結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定；若是在高三復(fù)習(xí)中，可由“作為遺傳物質(zhì)能準(zhǔn)確將遺傳信息傳遞給子代”的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生推測(cè)DNA要有怎樣的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)才能保證復(fù)制的穩(wěn)定；由“DNA能控制生物性狀，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成”，引導(dǎo)學(xué)生試著猜想DNA需要怎樣的結(jié)構(gòu)才能使遺傳信息得以傳遞和表達(dá)。這樣可以使學(xué)科思想統(tǒng)領(lǐng)整章單元學(xué)習(xí)。

2.2 借助“模型構(gòu)建”分析DNA分子結(jié)構(gòu)承接課堂

首先，拆解模型快速學(xué)習(xí)DNA的結(jié)構(gòu)。教師拿出一個(gè)DNA模型，“模型里面里蘊(yùn)含著DNA分子結(jié)構(gòu)原理，讓我們借助模型進(jìn)行學(xué)習(xí)，小時(shí)候拿到一個(gè)玩具，很想弄懂里面的構(gòu)造原理，因此總想將其……，結(jié)果……”“大家都擁有工匠精神，但缺少抽絲剝繭的工匠技術(shù)?！苯處熡眠@些語(yǔ)言喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)拆解模型進(jìn)行DNA結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，且按“體”—“面”—“線”—“點(diǎn)”的邏輯進(jìn)行教學(xué)，具體參照?qǐng)D1。

圖1 DNA分子的結(jié)構(gòu)教學(xué)邏輯示意圖

其次，小組合作拼接模型并展示模型。小組合作要求：在規(guī)定的3 min內(nèi)，讓小組分工合作按“點(diǎn)”—“線”—“面”—“體”順序，盡量拼接更長(zhǎng)的DNA模型；再讓2~4個(gè)小組代表展示自己小組所拼接的模型，并在黑板上畫出平面結(jié)構(gòu)圖（只需要畫包含最開始的3個(gè)堿基對(duì)的片段且用字母標(biāo)出堿基類型）；其他學(xué)生對(duì)小組拼接的模型和所畫的DNA片段平面圖進(jìn)行評(píng)價(jià)。教師要引導(dǎo)學(xué)生討論不同展示小組DNA片段的不同點(diǎn)（重點(diǎn)關(guān)注堿基對(duì)排列順序），從而使學(xué)生結(jié)合“結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系”推演DNA分子的多樣性，進(jìn)而闡明遺傳信息蘊(yùn)含在DNA的堿基排列順序之中。

2.3 追溯學(xué)科交叉中的科學(xué)史延伸課堂

回顧科學(xué)史。選取科學(xué)史中對(duì)科學(xué)發(fā)展起推動(dòng)作用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行教學(xué)。比如故事化地講述1952年春天奧地利科學(xué)家查哥夫訪問(wèn)劍橋大學(xué)?！癆t first，they talked some issues about protein，and then，Crick asked about the research status of DNA.After a word，‘1：1’.Chargaff paused a moment and just said.”教師聲情并茂地展現(xiàn)化學(xué)家提到克里克時(shí)的情景。接著，故事化地呈現(xiàn)在1952年威爾金斯給沃森展示富蘭克林拍攝的B型DNA圖片時(shí)的情景。教師拿出一張打印好的DNA的X晶體衍射圖并且有感情地講述：“When Watson saw the picture，‘what a beautiful and clear picture only the double DNA chain can be show.’he said excitedly.”讓學(xué)生仿佛看到當(dāng)時(shí)沃森得到物理學(xué)家點(diǎn)撥時(shí)的喜悅。多年后，也許學(xué)生已經(jīng)忘了DNA的分子結(jié)構(gòu)，但依然會(huì)記得曾經(jīng)物理學(xué)家和化學(xué)家共同成就這一偉大發(fā)現(xiàn)，同時(shí)讓學(xué)生埋下了在學(xué)科交叉中創(chuàng)新的意識(shí)。

在回顧歷史中，展望未來(lái)歷史，教師可結(jié)合對(duì)X射線晶體衍射技術(shù)的簡(jiǎn)單介紹延伸到該技術(shù)對(duì)當(dāng)今結(jié)構(gòu)生物學(xué)中研究蛋白質(zhì)和DNA的研究幫助，再介紹我國(guó)結(jié)構(gòu)生物學(xué)家施一公在X射線晶體學(xué)上的一些研究成果以及當(dāng)今國(guó)際結(jié)構(gòu)生物學(xué)取得的重大成果。如介紹2017年Science公布的且與英國(guó)劍橋大學(xué)相關(guān)的年度十大科學(xué)進(jìn)展——低溫電子顯微鏡技術(shù)，并介紹這種結(jié)構(gòu)生物學(xué)主流技術(shù)應(yīng)用對(duì)醫(yī)學(xué)和人類的貢獻(xiàn)。這樣讓學(xué)生深刻理解人類認(rèn)識(shí)的意義、過(guò)程與方法，從而使學(xué)生能夠走入歷史并具有創(chuàng)造未來(lái)歷史的能力、品格與情懷。

3 學(xué)科思想方法統(tǒng)領(lǐng)下的教學(xué)對(duì)生物學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的啟示

3.1 培養(yǎng)學(xué)生“生命觀念”的核心素養(yǎng)

學(xué)科思想方法統(tǒng)領(lǐng)下，教師在確定課程目標(biāo)時(shí)必須聯(lián)系章節(jié)之間的關(guān)系，確定學(xué)科大概念“遺傳信息主要編碼在DNA分子上”。課后，學(xué)生問(wèn)及“在課堂開始提及DNA作為主要遺傳物質(zhì)，是因?yàn)橛衅涮赜械墓δ芎徒Y(jié)構(gòu)。那么，也可作為遺傳物質(zhì)的RNA和DNA相比結(jié)構(gòu)和功能上的優(yōu)點(diǎn)是什么？”學(xué)生已經(jīng)在圍繞新課標(biāo)中的大概念“親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上”思考問(wèn)題。這樣，難道教師還擔(dān)心當(dāng)學(xué)生遇到“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明一種病毒是以DNA和RNA作為遺傳物質(zhì)”這樣的高考題時(shí)，會(huì)不知所措嗎？

3.2 培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)思維”的核心素養(yǎng)

本節(jié)課借助“模型構(gòu)建”的學(xué)科方法進(jìn)行DNA結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，需要將DNA結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)通過(guò)教師的組織（學(xué)科活動(dòng)）將其“泡”開。拆解模型是為了快速獲得結(jié)構(gòu)機(jī)理，拼接模型是為了讓學(xué)生再次自主實(shí)踐，使學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的學(xué)科方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)自身在“模型與建?！钡倪^(guò)程中得到發(fā)展，生物學(xué)“科學(xué)思維”核心素養(yǎng)自然得到培養(yǎng)。

3.3 培養(yǎng)學(xué)生“社會(huì)責(zé)任”的核心素養(yǎng)

對(duì)于本節(jié)，模型構(gòu)建的科學(xué)方法和相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)，是前人為了探求生命科學(xué)真理歷經(jīng)曲折后總結(jié)的寶貴經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生從歷史中感受物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)在生物領(lǐng)域創(chuàng)造的奇跡，讓學(xué)生在科學(xué)發(fā)展中見識(shí)科學(xué)技術(shù)的與日更新與社會(huì)進(jìn)步，將STEAM和STS的融合教育觀念一點(diǎn)一滴地浸潤(rùn)課堂。