馮艷萍

(廣東省茂名市信宜中學 茂名 525300)

生物科學史以生物學的發(fā)展為題材，真實、豐富地反映了生物科學的研究歷程和生物學家的學術生涯。這些內(nèi)容的學習能促使學生更加深刻地理解生物學知識、更加有效地學習科學研究的方法，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和提高科學素養(yǎng)。近幾年高考中，對生物科學史的考查越來越受到關注。2018全國Ⅰ卷38題以經(jīng)典研究工作的科學史為素材，考查基因工程中用到的核心技術及研究設計方案，還考查根據(jù)實驗分析問題、得出結(jié)論的概括總結(jié)能力，在科學探究情境中考查科學思維。本文通過對該題的剖析，提出關于生物科學史的教學建議。

1 原題再現(xiàn)

1.1 2018全國Ⅰ卷38題 回答下列問題：

(1) 博耶(H. Boyer)和科恩(S. Cohen)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導入大腸桿細胞中進行了表達，該研究除證明了質(zhì)粒可以作為載體外，還證明了 (答出兩點即可)。

(2) 體外重組的質(zhì)?？赏ㄟ^Ca2+參與的 方法導入大腸桿菌細胞；而體外重組的噬菌體DNA通常需與 組裝成完整噬菌體后，才能通過侵染的方法將重組噬菌體DNA導入宿主細胞，在細菌、心肌細胞、葉肉細胞中，可作為重組噬菌體宿主細胞的是 。

(3) 真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細胞內(nèi)表達時，表達出的蛋白質(zhì)可能會被降解。為防止蛋白質(zhì)被降解，在實驗中應選用 的大腸桿菌作為受體細胞，在蛋白質(zhì)純化的過程中應添加 的抑制劑。

參考答案： (1) 重組DNA還可以進入受體細胞；外源基因可以在原核細胞中成功表達；實現(xiàn)物種之間的基因交流。 (2) 轉(zhuǎn)化 蛋白質(zhì)外殼(衣殼) 細菌 (3) 不含蛋白酶(基因) 蛋白酶。

1.2 試題背景 試題情境選自高中生物學教材選修3《現(xiàn)代生物科技專題》(人教版)專題1中對博耶(H. Boyer)和科恩(S. Cohen)相關研究成果的介紹。

2 試題特點分析

2.1 通過生物科學史理解生物學概念，解釋相關事件 本題以1973年，博耶和科恩重組DNA表達實驗研究的生物科學史為素材命制，考查了重組DNA、基因工程的核心——基因表達載體的構(gòu)建、載體的條件、轉(zhuǎn)化的方法和受體細胞、噬菌體的組成等重要概念的理解。如第(1)小題考查質(zhì)粒能作為載體的條件： ①自我復制；②有一個或多個酶切位點；③有標記基因；④安全。很多學生以為只要理解概念回答條件中的兩點就可以了，并沒有發(fā)現(xiàn)題目的信息是“導入大腸桿細胞中進行了表達”和“還證明了什么”。學生就要運用已學的遺傳物質(zhì)的知識，理解外源DNA能在不同生物中表達的原因： ①重組DNA還可以進入受體細胞；②外源基因可以在原核細胞中成功表達；③實現(xiàn)物種之間的基因交流；④共用同一套遺傳密碼。

2.2 運用科學思維方法，探討生命規(guī)律，解決實際問題 第(2)小題主要要求學生以特定的生物學事實為基礎形成相關的概念。需要學生通過科學思維對題目中信息進行分析；運用對轉(zhuǎn)化方法和基因工程受體細胞、噬菌體的組成等相關概念的理解，并對基因工程中核心步驟內(nèi)容做出正確判斷。很多學生在看到導入的受體細胞是大腸桿菌，就認為應該填“Ca2+處理細胞法”，卻沒看清楚題目中已經(jīng)有了標明Ca2+參與的轉(zhuǎn)化方法。這小題都要求學生在科學史的情境中獲取信息，并考查學生運用所學的知識遷移到其他的實驗中去，理論聯(lián)系實際，解決實際問題，關注生命科學技術在人類社會中的應用。

2.3 側(cè)重科學探究能力，展現(xiàn)科學思維的形成 如第(3)小題，就要求學生掌握一定的科學探究能力，采用了開放度較高的設問和呈現(xiàn)形式，需要學生獲取題干信息，進行一定的邏輯思考后組織語言精確表達。學生可以擺脫教材和固有的解題思路的束縛，創(chuàng)造性進行思考、分析和作答。從題干中的信息“防止蛋白質(zhì)被分解”“蛋白質(zhì)純化過程需要添加什么抑制劑”，學生便需要開展邏輯思考： 由于使蛋白質(zhì)分解的是蛋白酶，而根據(jù)中心法則，蛋白酶的合成是由基因控制的，因此作為受體細胞的大腸桿菌就應該不含有蛋白質(zhì)酶基因或者不含蛋白酶。而最后一問考查蛋白質(zhì)純化的信息，雖然蛋白質(zhì)純化并不是學習選修3學生所熟悉的內(nèi)容，但是題目并不側(cè)重考查它的概念及過程，而是聯(lián)系題干中的信息可以組織答案——“蛋白質(zhì)酶抑制劑”。

3 教學建議

從學科核心素養(yǎng)養(yǎng)成的角度來看，生物學學科作為一門實驗性學科，強調(diào)注重學生科學探究能力和科學思維的形成。而通過生物科學史的教學，力求在評價學生的生物學學科核心素養(yǎng)的同時，引導學生“像科學家一樣思考”，構(gòu)建科學概念，感悟科學精神，理解科學本質(zhì)。所以在教學過程中注意以下幾點：

3.1 注重科學思維的培養(yǎng)，提高學生獲取信息的能力 課程標準中是這樣描述部分科學史內(nèi)容的： 分析細胞學說的建立過程，說明光合作用以及對它的認識過程，總結(jié)人類對遺傳物質(zhì)的探索過程，分析孟德爾遺傳實驗的科學方法等。分析、總結(jié)都屬于理解水平，這就需要學生形成科學思維，從材料中獲取信息，并遷移利用信息。

因此，在教學過程中，教師采取探究思路引導學生學習科學史，按照“發(fā)現(xiàn)問題—分析問題—確定自變量—做出假設—設計實驗—實施實驗方案—觀察實驗結(jié)果—得出實驗結(jié)論”進行。通過這樣的教學方式，調(diào)動了學生學習的主觀能動性，主動地探索生物學知識，了解知識的本質(zhì)，同時對在生物學學科長期學習和思考中逐步形成科學的思維和邏輯推理、信息加工等能力的提升有積極的促進作用。

3.2 注重形成生物科學的研究方法，提升學生的探究能力 教師在進行科學史教學時，挖掘教學內(nèi)容中的科學探究內(nèi)涵，使學生在感受、理解知識的產(chǎn)生和發(fā)展過程中，掌握科學探究的基本方法。在潛移默化中，培養(yǎng)學生的探究精神和創(chuàng)造性思維品質(zhì)。

例如，在學習探索生長素發(fā)現(xiàn)時，通過學生親身演繹達爾文、詹森、拜爾和溫特的實驗，讓學生深刻感受科學家的探索思路，使學生再發(fā)現(xiàn)和再創(chuàng)造這些知識；讓學生進一步了解科學家是怎樣發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的，培養(yǎng)學生的探究能力，這是科學史與探究整合的有效途徑。通過向光性原理(科學的發(fā)展新觀點)的學習，并回顧生長素的發(fā)現(xiàn)過程，學生便充分領悟科學發(fā)現(xiàn)的過程是： 觀察現(xiàn)象→提出問題→進行實驗→提出假說→實驗驗證→得出結(jié)論，并概括出生物科學研究的基本方法是“假說—演繹法”。

3.3 注重培養(yǎng)學生生物學學科的社會責任意識 通過學習生物科學史，基于科學家的理論和探究的過程(如這道高考題中“重組DNA表達實驗的成功”)，學生參與討論，做出正確的判斷或科學的解釋。學生通過學到的知識嘗試解決生活中的生物學問題，這就是生物科學的社會責任。通過學習科學家探索真理的事跡，培養(yǎng)學生渴求科學知識、熱愛科學、獻身科學的情感。

(項目基金： 廣東省教育科研“十三五”規(guī)劃2018年度研究課題“基于‘先行組織者’策略下的高中生物教學案例研究”，No.2108YQJK306)