【摘要】將科學(xué)史融入課堂，在科學(xué)史引領(lǐng)下開(kāi)展課堂教學(xué)，具有較好的情境連續(xù)性，通過(guò)分析和討論科學(xué)史，構(gòu)建生物學(xué)知識(shí)，有利于學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。以“基因的本質(zhì)”單元為例，在分析單元內(nèi)容和整理相關(guān)科學(xué)史的基礎(chǔ)上，進(jìn)行單元學(xué)習(xí)活動(dòng)的過(guò)程設(shè)計(jì)，有利于促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)史；單元學(xué)習(xí)；基因的本質(zhì)

一個(gè)實(shí)踐活動(dòng)的開(kāi)展，僅靠單一的課時(shí)很難完成。因此，應(yīng)改變課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的角度，從一課時(shí)的教學(xué)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)閱卧虒W(xué)設(shè)計(jì)。

一、單元學(xué)習(xí)內(nèi)容分析

“基因的本質(zhì)”是人教版高中生物學(xué)必修2“遺傳與進(jìn)化”中的重要單元。教材前兩章介紹了孟德?tīng)柕倪z傳規(guī)律，知道遺傳因子就是基因；解釋了基因在染色體上，那么基因到底是什么？這個(gè)問(wèn)題既是科學(xué)家要探索的謎題，也是學(xué)生學(xué)習(xí)前兩章后產(chǎn)生的疑問(wèn)。本章中介紹了“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，講述了Watson和Crick構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的故事，描寫(xiě)了DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，特別是假說(shuō)演繹法的推理演繹過(guò)程，最后一節(jié)借助多組資料，思考基因與DNA的關(guān)系，理解基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段?？傊菊掳凑湛茖W(xué)史的順序，前后關(guān)聯(lián)，構(gòu)成了一幅“困惑—聯(lián)想—假說(shuō)—求證”的動(dòng)態(tài)圖景，一步步引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)基因的本質(zhì)。因此，本章適合運(yùn)用科學(xué)史來(lái)組織教學(xué)。

科學(xué)史素材是本單元的教學(xué)主線。都說(shuō)質(zhì)疑是創(chuàng)新的起點(diǎn)，科學(xué)史料的描述中科學(xué)家都是以質(zhì)疑作為研究的起點(diǎn)，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评硭季S探究實(shí)驗(yàn)的研究過(guò)程，尋找實(shí)驗(yàn)的證據(jù)。引導(dǎo)學(xué)生追隨科學(xué)家的思路，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中培養(yǎng)他們獲取信息和批判思維的能力。根據(jù)單元學(xué)習(xí)的內(nèi)容分析，整理出該單元的邏輯結(jié)構(gòu)如圖1。

二、相關(guān)科學(xué)史內(nèi)容的整理

科學(xué)史1：1920年，蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)，此觀點(diǎn)在科學(xué)界占據(jù)著重要地位。

科學(xué)史2：1928年，英國(guó)微生物學(xué)家格里菲思利用小鼠和肺炎鏈球菌為實(shí)驗(yàn)材料，探究肺炎鏈球菌致使小鼠死亡的情況。經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析，作出推斷：加熱致死的S型細(xì)菌中的“轉(zhuǎn)化因子”使R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌。

科學(xué)史3：1940，艾弗里和他的同事利用加熱致死的S型細(xì)菌破碎后的細(xì)胞提取物，進(jìn)行蛋白酶、RNA酶、DNA酶等去除提取物中的相關(guān)物質(zhì)，再將處理后的細(xì)胞提取物分別于R型活細(xì)菌混合培養(yǎng)，觀察培養(yǎng)基中菌落的生長(zhǎng)類型并得出結(jié)論：DNA是遺傳物質(zhì)。但是當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的權(quán)威觀念嚴(yán)重受阻，艾弗里的結(jié)論石沉大海。

科學(xué)史4：1952年，完美的噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)，結(jié)束了DNA和蛋白質(zhì)，誰(shuí)是遺傳物質(zhì)的爭(zhēng)論，得出結(jié)論：DNA才是噬菌體的遺傳物質(zhì)。完成這一實(shí)驗(yàn)的科學(xué)家是赫爾希和蔡斯。

科學(xué)史5：煙草花葉病毒感染煙草葉細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)。利用煙草花葉病毒的蛋白質(zhì)和RNA分別感染煙草，出現(xiàn)蛋白質(zhì)不能使煙草感染病毒，而RNA可以。由此說(shuō)明，在這些病毒中，RNA是遺傳物質(zhì)。

科學(xué)史6：1940年，科學(xué)家威爾金斯和富蘭克林的DNA衍射圖譜給了Watson和Crick很大的啟發(fā)，由此推算DNA呈雙螺旋結(jié)構(gòu)。

科學(xué)史7：1952年春天，奧地利生物化學(xué)家查哥夫用生物化學(xué)的方法研究DNA分子的組成，得出在DNA分子中，嘌呤的含量總是等于嘧啶的含量，即A=T，C=G。

科學(xué)史8：20世紀(jì)50年代后，Watson和Crick在英國(guó)劍橋大學(xué)合作，在DNA分子的X射線衍射圖和嘌呤含量等于嘧啶含量的基礎(chǔ)上，確定在DNA分子中，磷酸和脫氧核糖排列在外側(cè)，堿基排列在內(nèi)側(cè)。經(jīng)過(guò)再三努力，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)終于在1953年公布出來(lái)。1962年，Watson、Crick和威爾金斯因這一研究成果共同獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

科學(xué)史9：1958年，巧妙的DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)，成功證明了DNA的復(fù)制方式是半保留復(fù)制。這一成果屬于科學(xué)家梅塞爾森和斯塔爾。

科學(xué)史10：大腸桿菌細(xì)胞擬核中的1個(gè)DNA分子中基因數(shù)量與堿基對(duì)數(shù)量的比較；人類46個(gè)DNA分子中堿基對(duì)的數(shù)量與基因數(shù)量的比較；水母中的綠色熒光蛋白基因在轉(zhuǎn)基因小鼠的細(xì)胞中表達(dá)等實(shí)驗(yàn)或數(shù)據(jù)。

三、單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.闡述DNA分子是主要遺傳物質(zhì)的探索過(guò)程；知道自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”；初步形成結(jié)構(gòu)與功能觀。認(rèn)同人類對(duì)遺傳物質(zhì)的認(rèn)識(shí)是不斷發(fā)展和完善的過(guò)程。

2.解析DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，概述DNA結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)，制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。認(rèn)同合作交流在科學(xué)研究中的重要性，認(rèn)同多學(xué)科交叉在生物學(xué)科發(fā)展中的重要性。

3.理解科學(xué)史資料提供的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，運(yùn)用假說(shuō)演繹法，概述DNA復(fù)制的過(guò)程。

4.通過(guò)資料分析，說(shuō)明基因與DNA的關(guān)系；舉例說(shuō)明基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。

四、單元學(xué)習(xí)過(guò)程設(shè)計(jì)

單元教學(xué)設(shè)計(jì)的重要組成部分和關(guān)鍵環(huán)節(jié)是學(xué)習(xí)過(guò)程的設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)的過(guò)程應(yīng)該循序漸進(jìn)，層層深入。包括問(wèn)題的設(shè)置、情境的創(chuàng)設(shè)、概念的生成、素養(yǎng)目標(biāo)的培養(yǎng)和學(xué)習(xí)的方式等內(nèi)容。“基因的本質(zhì)”單元學(xué)習(xí)過(guò)程設(shè)計(jì)如表1。

綜上所述，“基因的本質(zhì)”這一單元的學(xué)習(xí)，通過(guò)科學(xué)史作為素材和主線來(lái)組織教學(xué)，還原知識(shí)的形成過(guò)程，訓(xùn)練了學(xué)生的思維，促進(jìn)概念的生成，提高學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。將科學(xué)史以資料的形式呈現(xiàn)，使科學(xué)史更加具體、完整、逐漸深入，帶領(lǐng)學(xué)生體會(huì)生物學(xué)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路和研究方法，認(rèn)同假說(shuō)—演繹法的科研價(jià)值，發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)了科學(xué)精神。

【參考文獻(xiàn)】

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