羅惠峰

（廣東省江門(mén)市棠下中學(xué) 廣東江門(mén) 529085）

科學(xué)史述說(shuō)了生物學(xué)科發(fā)展的脈絡(luò)軌跡，是生物學(xué)知識(shí)體系的重要組成部分，含有豐富的生物學(xué)知識(shí)、生物學(xué)研究思路方法以及獨(dú)特的社會(huì)價(jià)值。教師若能挖掘科學(xué)史中豐富的育人資源，精心設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，讓學(xué)生的思維跟隨科學(xué)家的足跡一起參與到探索過(guò)程中，體會(huì)科學(xué)家富有創(chuàng)意的思維過(guò)程和巧妙的工作方法，將會(huì)促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)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，對(duì)發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要意義。由此可見(jiàn)，生物科學(xué)史在高考專(zhuān)題復(fù)習(xí)中的重要性不容忽視。

1 研究高考試題，明確科學(xué)史復(fù)習(xí)方向

研究歷年高考試題發(fā)現(xiàn)，命題者常利用科學(xué)家的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境，從科學(xué)史中挖掘科學(xué)實(shí)驗(yàn)的思路和方法，巧妙設(shè)問(wèn)，考查學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。近三年高考試題中對(duì)科學(xué)史考查的典型試題見(jiàn)表1。

表1 近三年高考試題中的科學(xué)史考查

從上述統(tǒng)計(jì)可看出，近三年全國(guó)各地的高考試題對(duì)生命科學(xué)史的考查主要集中分布在幾個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，如人類(lèi)對(duì)遺傳物質(zhì)的探索歷程、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建、光合作用的探究歷程等，考查的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)思路、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)證據(jù)、實(shí)驗(yàn)結(jié)論等，聚焦學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)。下面以2021年廣東卷第5題為例加以說(shuō)明。

（2021年·廣東卷）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的提出是二十世紀(jì)自然科學(xué)的偉大成就之一。下列研究成果中，為該模型構(gòu)建提供主要依據(jù)的是 （ ）

①赫爾希和蔡斯證明DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)

②富蘭克林等拍攝的DNA分子X(jué)射線(xiàn)衍射圖譜

③查哥夫發(fā)現(xiàn)的DNA中嘌呤含量與嘧啶含量相等

④沃森和克里克提出的DNA半保留復(fù)制機(jī)制

A.①② B.②③ C.③④ D.①④

參考答案：B。

解題思路：本題以“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建”為情境，使考生跟隨科學(xué)家的步伐厘清DNA分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)建過(guò)程，感悟?qū)W科之間的融合。沃森和克里克以富蘭克林等拍攝的DNA分子X(jué)射線(xiàn)衍射圖譜，推算出DNA分子呈螺旋結(jié)構(gòu)；從查哥夫發(fā)現(xiàn)的DNA中嘌呤含量與嘧啶含量相等，確定了正確的堿基配對(duì)方式，所以為該模型構(gòu)建提供主要依據(jù)的是②③。

2 厘清科學(xué)史內(nèi)容，組織專(zhuān)題復(fù)習(xí)

生物科學(xué)史蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)思想、科學(xué)方法、科學(xué)世界觀(guān)、科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度等內(nèi)容，具有很高的教育價(jià)值。其中，經(jīng)典實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的最好范例，它不僅能激發(fā)學(xué)生探索生命奧秘的興趣和熱情，更能讓學(xué)生從中學(xué)習(xí)和領(lǐng)會(huì)科學(xué)的思維方法和工作方法，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。在組織科學(xué)史的專(zhuān)題復(fù)習(xí)中，教師可從以下四點(diǎn)進(jìn)行把握。

2.1 回歸教材，梳理科學(xué)史

科學(xué)史貫穿于人教版普通高中生物學(xué)必修和選擇性必修教材中，為使學(xué)生更清晰地認(rèn)識(shí)科學(xué)史的具體內(nèi)容，筆者對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分類(lèi)整理（表2）。

表2 教材中的科學(xué)史

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，教材中的科學(xué)史數(shù)量多達(dá)23個(gè)，多穿插在正文、思考·討論、生物科學(xué)史話(huà)等欄目中。其中必修教材中的比例高達(dá)70%，尤其是必修2更是以“基因的規(guī)律——基因在哪里——基因是什么——基因的變化”的科學(xué)史主線(xiàn)進(jìn)行展開(kāi)。在專(zhuān)題復(fù)習(xí)教學(xué)時(shí)，教師對(duì)教材的科學(xué)史進(jìn)行歸類(lèi)，可以更好地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)科學(xué)史蘊(yùn)涵的同質(zhì)的科學(xué)思路和科學(xué)方法進(jìn)行歸納與提煉，提高專(zhuān)題復(fù)習(xí)效率?？茖W(xué)史中涉及的科學(xué)方法可以概括歸納為實(shí)驗(yàn)方法、邏輯思維方法和系統(tǒng)思維方法三類(lèi)。其中，實(shí)驗(yàn)方法包括差速離心法、同位素標(biāo)記法、控制變量和設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)、對(duì)比實(shí)驗(yàn)、自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”等。邏輯思維方法包括歸納法、提出假說(shuō)、建構(gòu)模型、假說(shuō)-演繹法等。系統(tǒng)思維方法包括視角決定問(wèn)題、研究能量流動(dòng)的基本思路等。教師先分類(lèi)，再以某科學(xué)方法為主線(xiàn)整合相關(guān)科學(xué)史進(jìn)行專(zhuān)題復(fù)習(xí)，將促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深度學(xué)習(xí)。

2.2 聚焦科學(xué)方法，發(fā)展科學(xué)思維

在科學(xué)發(fā)展的歷程中，科學(xué)家為了探索未知的生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律，做了大量的實(shí)驗(yàn)和細(xì)致的觀(guān)察分析，收集到大量的證據(jù)和材料，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維進(jìn)行分析，從而得出結(jié)論。因此，在科學(xué)史的專(zhuān)題復(fù)習(xí)中，教師可以科學(xué)方法為主線(xiàn)，突出核心概念的生成過(guò)程，把分散的知識(shí)點(diǎn)連成線(xiàn)、輔以面、結(jié)成網(wǎng)，使知識(shí)結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化、規(guī)律化。例如，在遺傳的分子基礎(chǔ)的專(zhuān)題復(fù)習(xí)中，教師將“假說(shuō)-演繹法”的提出問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)觀(guān)察、作出假設(shè)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和得出結(jié)論5個(gè)環(huán)節(jié)貫穿始終，將基因的功能、結(jié)構(gòu)、復(fù)制和本質(zhì)等知識(shí)點(diǎn)線(xiàn)面結(jié)合成網(wǎng)（圖1），有利于強(qiáng)化學(xué)生整體把握科學(xué)方法，發(fā)展科學(xué)思維。

圖1 遺傳的分子基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)圖

2.3 巧用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提升科學(xué)探究能力

生物科學(xué)史的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)往往涉及實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論等。因此，教師從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路來(lái)統(tǒng)領(lǐng)生物科學(xué)史的專(zhuān)題復(fù)習(xí)，不僅能加深學(xué)生對(duì)生物科學(xué)史的理解，還能強(qiáng)化學(xué)生對(duì)科學(xué)探究基本思路和方法的掌握，提高其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析及解決實(shí)際問(wèn)題的能力，凸顯學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。例如，對(duì)于“細(xì)胞核的功能”內(nèi)容下的資料2“蠑螈受精卵橫溢實(shí)驗(yàn)”和資料3“變形蟲(chóng)橫切和核移植實(shí)驗(yàn)”，教師在復(fù)習(xí)時(shí)可引導(dǎo)學(xué)生從“細(xì)胞核具有控制細(xì)胞代謝的作用”的實(shí)驗(yàn)結(jié)論出發(fā)：①分析自變量（有無(wú)細(xì)胞核）、因變量（變形蟲(chóng)能否正常生活）等實(shí)驗(yàn)變量。②自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，理順實(shí)驗(yàn)思路：取同種、生理狀態(tài)相同的細(xì)胞，隨機(jī)均分為2組，一組去核，另一組不作處理。在相同且適宜的條件下培養(yǎng)一段時(shí)間，觀(guān)察兩組細(xì)胞的代謝能否正常進(jìn)行。在引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的說(shuō)服力，教師再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行核移植實(shí)驗(yàn)的完善。學(xué)生分析資料2與資料3的實(shí)驗(yàn)思路的相同點(diǎn)。③歸納對(duì)照類(lèi)型，分析實(shí)驗(yàn)中采用的對(duì)照以及相互對(duì)照和自身對(duì)照間的區(qū)別。

此外，在復(fù)習(xí)“研究激素的方法”時(shí)，教師可引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用“假說(shuō)-演繹法”設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證“胰腺能分泌抗糖尿病的物質(zhì)”。教師提問(wèn)：提出此假說(shuō)的依據(jù)是什么？學(xué)生回答：切除胰腺的狗會(huì)患上與人的糖尿病類(lèi)似的疾病。教師追問(wèn)：能否從胰腺提取液中獲得胰島素？該如何提取胰島素，又如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明胰島素的功能？實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中運(yùn)用了控制自變量的何種原理？學(xué)生得出：不能。因?yàn)橐葝u素會(huì)被胰腺分泌的胰蛋白酶分解；提取胰島素時(shí)，可以結(jié)扎一只狗的胰管，使其胰腺萎縮，殘留胰島，并制備胰腺提取液；同時(shí)摘除另一只狗的胰腺，使其患上實(shí)驗(yàn)性糖尿病，并注射前者的胰腺提取液；測(cè)定患病狗的血糖濃度。先摘除胰腺運(yùn)用了“減法原理”，再注射從萎縮胰腺中提取的提取物運(yùn)用了“加法原理”。

以學(xué)生先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、教師再重現(xiàn)科學(xué)家的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的方式，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)自己的想法和科學(xué)家異曲同工，從而獲得成功的體驗(yàn)。這既提高了學(xué)生科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)能力，又讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)發(fā)現(xiàn)的嚴(yán)謹(jǐn)，同時(shí)加深對(duì)科學(xué)方法的理解。

2.4 弘揚(yáng)科學(xué)精神，彰顯科學(xué)品質(zhì)

科學(xué)史的學(xué)習(xí)不在于科學(xué)史實(shí)的掌握，而在于領(lǐng)悟科學(xué)史中所蘊(yùn)涵的科學(xué)思想、科學(xué)方法和科學(xué)精神。例如，教師介紹1965年我國(guó)的科學(xué)家經(jīng)過(guò)堅(jiān)持不懈的努力，人工合成了世界上第一個(gè)合成蛋白質(zhì)——具有生物活性的牛胰島素結(jié)晶，標(biāo)志著人類(lèi)在探索生命奧秘的征途中向前跨進(jìn)了重要的一步。在此基礎(chǔ)上，教師繼續(xù)補(bǔ)充我國(guó)科學(xué)家于1981年在世界上首次合成具有生物活性的核糖核酸——酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸（酵母tRNA），表明這些都是我國(guó)科學(xué)家集體智慧的結(jié)晶，我國(guó)生物科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展需要排除萬(wàn)難、協(xié)作攻關(guān)的科學(xué)精神引領(lǐng)和推動(dòng)。教師以此鼓舞正處高考復(fù)習(xí)階段的學(xué)生樹(shù)立為祖國(guó)爭(zhēng)光、為人類(lèi)貢獻(xiàn)的崇高志向。教師以我國(guó)科學(xué)家的科學(xué)發(fā)現(xiàn)為素材，弘揚(yáng)科學(xué)精神，潛移默化地增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感，也增強(qiáng)了學(xué)生為祖國(guó)發(fā)展拼搏的社會(huì)責(zé)任感。此外，教師在專(zhuān)題復(fù)習(xí)教學(xué)中可適時(shí)運(yùn)用生物科學(xué)史的素材進(jìn)行原創(chuàng)命題，使用真實(shí)生動(dòng)的情境，促進(jìn)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的分析和思考，從而深化對(duì)科學(xué)精神的理解，提升科學(xué)品質(zhì)：

【原創(chuàng)試題】繼1965年我國(guó)科學(xué)家世界上首次人工合成蛋白質(zhì)——具有生物活性的結(jié)晶牛胰島素后，我國(guó)科學(xué)家于1981年又在世界上首次合成具有生物活性的核糖核酸——酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸（酵母tRNA）。下列敘述錯(cuò)誤的是（ ）

A.胰島素具有調(diào)節(jié)作用，能降低血糖濃度

B.酵母tRNA的含磷量遠(yuǎn)高于胰島素

C.酵母tRNA能攜帶丙氨酸轉(zhuǎn)移到核糖體

D.明確生物大分子的功能即可合成該結(jié)構(gòu)

綜上所述，科學(xué)史中蘊(yùn)含著豐富的育人價(jià)值。在生物科學(xué)史的專(zhuān)題復(fù)習(xí)時(shí)，教師可以整合相關(guān)的生物科學(xué)史，鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣提出問(wèn)題，尋找證據(jù)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)而領(lǐng)會(huì)科學(xué)思維和科學(xué)方法，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。