（如皋市第一中學 江蘇南通 226500）

新課標、新教材、新高考是近年高中課改的熱詞，伴隨著新教材的全面啟用，標志著第八次基礎(chǔ)教育課程改革全面落地生根?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）提出“著眼于學生適應未來社會發(fā)展和個人生活的需要，從生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等方面發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)，充分體現(xiàn)課程的學科特點和育人價值”。如何將高中生物學的“生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任”四大核心素養(yǎng)落實在教學過程中，是一線教師需要思考與研究的。下面結(jié)合自己的教學實踐，以“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”為例，就如何引導學生在探究“遺傳物質(zhì)是什么”的同時，發(fā)展學生的科學思維和科學探究等學科核心素養(yǎng)進行了實踐和探索。

1 高中生物學科核心素養(yǎng)概述

《課程標準》提出“以發(fā)展學生生物學學科核心素養(yǎng)為宗旨，構(gòu)建課程內(nèi)容”。學科核心素養(yǎng)是第八次基礎(chǔ)教育課程改革的新亮點，是學科育人價值的體現(xiàn)。高中生物學學科核心素養(yǎng)是在傳統(tǒng)的“知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀”等三維目標基礎(chǔ)上整合凝練而來的，是學生通過生物學學習而逐步發(fā)展起來的，解決面向真實情境中的實際問題時所表現(xiàn)出來的必備品格和關(guān)鍵能力以及正確的價值觀，包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。在實際教學過程中，落實學科核心素養(yǎng)，教師必須以課程內(nèi)容為載體，全面落實立德樹人根本任務(wù)為抓手進行教學設(shè)計。學生在課程內(nèi)容的學習過程中通過觀察真實世界中的生命現(xiàn)象進行生命規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、質(zhì)疑以及實驗方案的設(shè)計與實施等，理解并解釋生物學相關(guān)實驗現(xiàn)象和科學史實，以達到探究生命活動規(guī)律，解決實際問題的目標。學生在探究生命規(guī)律過程中，逐步形成尊重事實和證據(jù)、崇尚嚴謹和務(wù)實的求知態(tài)度；在解決真實問題的過程中，培養(yǎng)團隊合作意識與創(chuàng)新思維的能力；在參與個人與社會事務(wù)的討論中，形成正確的生命觀念等。

2 基于學科核心素養(yǎng)的教學實踐探析

“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”是普通高中生物新教材必修2模塊“基因的本質(zhì)”一章的第一節(jié)，該節(jié)是在前面“遺傳因子的發(fā)現(xiàn)”“基因和染色體的關(guān)系”基礎(chǔ)上基于科學探究的歷程展開，是后續(xù)有關(guān)“基因本質(zhì)”進一步學習探究的基礎(chǔ)。

2.1 教學設(shè)計思路分析

新教材中“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”一節(jié)以“遺傳物質(zhì)是什么”為探究主線，真實呈現(xiàn)了這段科學史的探究歷程：格里菲思的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗、艾弗里的肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實驗、赫爾?！趟沟氖删w侵染細菌實驗。新教材以上述三個實驗為主線，真實還原了科學家發(fā)現(xiàn)“DNA是遺傳物質(zhì)”的歷程，最后通過歸納比較的方式呈現(xiàn)了“RNA病毒的遺傳物質(zhì)是RNA”這一科學史實，從而引導學生歸納出“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的觀念。具體教學設(shè)計思路如圖1所示。

圖1 教學設(shè)計思路

2.2 教學過程分析

2.2.1 創(chuàng)設(shè)情境，導入學習

教師播放“遺傳物質(zhì)的探究歷程”記錄片導入新課，呈現(xiàn)早期科學家們對遺傳物質(zhì)推測的過程，創(chuàng)設(shè)情境，提出問題：遺傳物質(zhì)可能是什么？

學生觀看視頻，思考問題。

教學設(shè)計意圖：教師通過視頻創(chuàng)設(shè)探究遺傳物質(zhì)的情境導入新課，激發(fā)學生對“遺傳物質(zhì)是什么”的探究欲望，引導學生對遺傳物質(zhì)是什么進行探究，形成尊重事實和證據(jù)、崇尚嚴謹和務(wù)實的求知態(tài)度。

2.2.2 項目任務(wù)1——分析格里菲思的細菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗和艾弗里的細菌體外轉(zhuǎn)化實驗

教師展示格里菲思所做的肺炎鏈球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗示意圖（圖2）和艾弗里所做的肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實驗示意圖（圖3），要求學生仔細觀察兩圖，分析實驗過程和結(jié)果，回答下列問題：實驗①、②對比說明什么？實驗②、③對比說明什么？實驗②～④對比說明什么？

圖2 格里菲思的細菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗

圖3 艾弗里的細菌體外轉(zhuǎn)化實驗

學生回答：實驗①、②對比說明R型菌無毒、S型菌有毒；實驗②、③對比說明加熱殺死S型菌無毒；實驗②～④對比說明加熱殺死S型菌能使部分R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌。

教師歸納：根據(jù)此實驗可以得出結(jié)論，S型菌中含有一種“轉(zhuǎn)化因子”使R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌。

教師繼續(xù)追問：艾弗里的細菌體外轉(zhuǎn)化實驗在格里菲思的實驗基礎(chǔ)上做了一些改進，請簡述他的設(shè)計思路。設(shè)計圖3中的第五組實驗的目的是什么？

學生總結(jié)，得出：艾弗里的細菌體外轉(zhuǎn)化實驗的設(shè)計思路：對S型菌中的物質(zhì)（多糖、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、DNA等）進行提取、分離，分別單獨觀察各種物質(zhì)對細菌的轉(zhuǎn)化作用。圖3中的第五組實驗的目的與第一組中“提取物DNA和R型菌混合培養(yǎng)”進行對照，進一步證明“轉(zhuǎn)化因子”是DNA。

教師引導學生歸納，得出：DNA是使R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌的“轉(zhuǎn)化因子”，即DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是。并提出問題：艾弗里的實驗遭到當時部分科學家的質(zhì)疑，原因是其提取的DNA中有少量蛋白質(zhì)雜質(zhì)。如果你是當時的科學家如何進一步進行探究呢？

教學設(shè)計意圖：教師以圖片的形式呈現(xiàn)格里菲思和艾弗里的細菌轉(zhuǎn)化實驗，引導學生分析實驗設(shè)計的原理及設(shè)計思路，培養(yǎng)學生分析問題以及設(shè)計對照實驗的能力。接著，教師通過關(guān)于艾弗里實驗的問題進行過渡。此過渡問題無需學生此刻作答，學生帶著這一問題繼續(xù)進行后續(xù)的探究，激發(fā)了求知欲望。此過程旨在培養(yǎng)學生科學思維、科學探究以及生命觀念等學科核心素養(yǎng)。

2.2.3 項目任務(wù)2——分析赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細菌的實驗

教師展示用32P標記的T2噬菌體侵染大腸桿菌的實驗示意圖（圖4），要求學生根據(jù)實驗過程，回答下列問題：錐形瓶中的培養(yǎng)液是用來培養(yǎng)噬菌體還是大腸桿菌？其營養(yǎng)成分中是否含有32P？32P標記的是T2噬菌體的什么物質(zhì)？能否用培養(yǎng)液直接培養(yǎng)得到含放射性標記的噬菌體，為什么？

圖4 噬菌體侵染大腸桿菌的實驗示意圖

學生回答：錐形瓶中的培養(yǎng)液是用來培養(yǎng)大腸桿菌，其營養(yǎng)成分中不含有32P。32P標記的是T2噬菌體DNA，不能用培養(yǎng)液直接培養(yǎng)得到含放射性標記的噬菌體，原因是噬菌體是一種DNA病毒，只能寄生于活細胞，不能通過培養(yǎng)液培養(yǎng)。

教師追問：用32P標記進行上述實驗時，離心后放射性同位素主要分布在試管中的上清液還是沉淀物中？若測定發(fā)現(xiàn)在攪拌離心后的上清液中含有一定的放射性，其可能原因是什么？

學生回答：用32P標記進行上述實驗時，離心后放射性同位素主要分布在試管中的沉淀物中。若測定發(fā)現(xiàn)在攪拌離心后的上清液中含有一定的放射性，其可能原因是兩個方面：①培養(yǎng)時間過短，部分噬菌體未能進入大腸桿菌，離心后放射性同位素位于上清液；②培養(yǎng)時間過長，噬菌體侵染大腸桿菌后，大腸桿菌裂解死亡釋放出放射性同位素標記的32P，故上清液中會出現(xiàn)一定的放射性。

教師繼續(xù)追問，引導學生自主思考：赫爾希—蔡斯的噬菌體侵染細菌實驗除了上述32P標記外，還用放射性同位素35S標記噬菌體的什么物質(zhì)？經(jīng)過攪拌、離心培養(yǎng)后放射性同位素主要分布在試管中的上清液還是沉淀物中？此時，若測定發(fā)現(xiàn)沉淀物中含有一定的放射性，可能的原因是什么？

學生小組討論后，歸納得出：放射性同位素35S標記噬菌體的蛋白質(zhì)，經(jīng)過攪拌、離心培養(yǎng)后放射性同位素主要分布在試管中的上清液中。此時，若測定發(fā)現(xiàn)沉淀物中含有一定的放射性，可能的原因是攪拌不充分，有部分35S的噬菌體蛋白質(zhì)外殼吸附在細菌表面隨細菌離心到沉淀物中。

教師提出問題：該實驗能否用15N來標記噬菌體的DNA，為什么？學生回答：不能，赫爾希和蔡斯的設(shè)計思路就是設(shè)法將噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)區(qū)分開單獨研究，而15N在DNA和蛋白質(zhì)中均有分布，同樣C、H、O等同位素標記在此實驗中也不能使用。接著，教師引導學生歸納：赫爾希和蔡斯通過噬菌體侵染細菌實驗，得出DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。是不是所有生物都以DNA作為遺傳物質(zhì)？

教學設(shè)計意圖：教師以資料的形式呈現(xiàn)赫爾希-蔡斯的噬菌體侵染細菌實驗，引導學生分析實驗設(shè)計的原理及設(shè)計思路，培養(yǎng)學生分析問題以及設(shè)計對照實驗的能力。接著，教師引導學生自主分析32P和35S區(qū)分標記DNA和蛋白質(zhì)，分別研究離心后的放射性同位素的分布位置以及其他位置出現(xiàn)少量放射性的原因，激發(fā)學生的探究欲望。最后，教師通過“是不是所有生物都以DNA作為遺傳物質(zhì)？”這一過渡性設(shè)問，讓學生帶著這一問題繼續(xù)進行后續(xù)的探究。此過程旨在培養(yǎng)學生利用科學的方法進行科學思維和科學探究等學科核心素養(yǎng)，形成尊重事實和證據(jù)、崇尚嚴謹和務(wù)實的求知態(tài)度以及質(zhì)疑精神。

2.2.4 項目任務(wù)3——分析車前草病毒和煙草花葉病毒的分離與重組實驗

教師展示資料：車前草病毒（HRV）和煙草花葉病毒（TMV）都沒有DNA，但是它們含有RNA。它們感染植物后導致癥狀不同。將病毒的RNA和蛋白質(zhì)分離，使其單獨感染植物。然后，將不同病毒的RNA與蛋白質(zhì)之間重新組合形成“雜種”病毒，再感染植物（圖5）。并提出問題：（1）圖a、圖b表現(xiàn)癥狀不同，其根本原因是什么？（2）請在圖中直接畫出葉片①、葉片②、葉片③表現(xiàn)出的感染癥狀。（3）從感染實驗可知，起作用的是什么？本實驗證明了什么？

圖5 車前草病毒（HRV）和煙草花葉病毒（TMV）感染植物實驗

學生自主分析后，小組討論交流。教師引導學生歸納，得出結(jié)論：圖a、圖b表現(xiàn)癥狀不同，其根本原因是兩者具有不同的RNA。從感染實驗可知，起作用的是RNA。本實驗證明了RNA是遺傳物質(zhì)。教師追問：有些生物以DNA作為遺傳物質(zhì)，有些生物以RNA作為遺傳物質(zhì)，到底生物的遺傳物質(zhì)是什么呢？學生回答：絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，少數(shù)RNA病毒的遺傳物質(zhì)是RNA，所以“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”。

教學設(shè)計意圖：教師以資料的形式呈現(xiàn)車前草病毒和煙草花葉病毒的分離與重組實驗，引導學生歸納部分沒有DNA的生物以RNA作為遺傳物質(zhì)的科學事實，歸納出“RNA也可以作為遺傳物質(zhì)”這一結(jié)論。最后，教師與學生一起歸納，促進學生形成“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”這一觀念。此過程旨在培養(yǎng)學生的科學思維和科學探究等學科核心素養(yǎng)，并通過分析科學現(xiàn)象歸納生命科學規(guī)律，形成科學的生命觀念。

3 結(jié)束語

生物學是自然科學領(lǐng)域中的一門基礎(chǔ)學科，是研究生命現(xiàn)象以及生命活動規(guī)律的科學。生物學的研究經(jīng)歷了從現(xiàn)象到本質(zhì)的過程，強調(diào)學生學習的過程是主動參與的過程，通過探究性學習活動或工程學任務(wù)，加深學生對生物學“大概念”的理解，提升應用知識的能力。學生通過分析科學史資料、小組合作探究以及自主歸納總結(jié)等方式層層推進，有助于習得科學方法、提高科學思維能力、感悟科學精神，實現(xiàn)了對學生“生命觀念、科學思維、科學探究”等學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，助推了生物學學科核心素養(yǎng)的形成。