巧用諾貝爾獎(jiǎng)成就，培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)

陜西 袁 剛

巧用諾貝爾獎(jiǎng)成就，培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)

陜西 袁 剛

2017年《考試大綱》在“能力要求”方面有所調(diào)整，重心從“生物學(xué)事件”轉(zhuǎn)移到“與生命科學(xué)相關(guān)的突出成就及熱點(diǎn)問(wèn)題”。因此，生物教師在進(jìn)行常規(guī)教學(xué)備課時(shí)，應(yīng)重視科學(xué)發(fā)展過(guò)程中起關(guān)鍵作用的事例，以及有廣泛應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)影響的成就。每年評(píng)選的諾貝爾獎(jiǎng)不僅標(biāo)志著基礎(chǔ)科學(xué)研究的最高水平，也引領(lǐng)著科學(xué)研究的發(fā)展方向。高中生物教材中有很多知識(shí)，都與諾貝爾獎(jiǎng)的成就或成果密切相連，例如對(duì)光合作用的有關(guān)研究先后6次獲得諾貝爾獎(jiǎng)。所以，教師在教學(xué)中，除了完成教材中基本內(nèi)容的講授外，還可以引入近幾年來(lái)與教材有關(guān)知識(shí)聯(lián)系密切的諾貝爾獎(jiǎng)成就（表1），對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、拓展學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究等生物科學(xué)素養(yǎng)有事半功倍的效果。

表1 近幾年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)成就與高中生物教材的聯(lián)系

1.作為課堂教學(xué)的切入點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)態(tài)度

諾貝爾獎(jiǎng)及其成就在生命科學(xué)史上具有重大意義，其中獲獎(jiǎng)人在研究過(guò)程中的小故事、研究時(shí)所遇到的困難及解決方案等都是很好的課堂教學(xué)切入點(diǎn)。通過(guò)這種方式切入課堂教學(xué)，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)到專業(yè)知識(shí)，還可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到高中生物學(xué)科與生活密切聯(lián)系，同時(shí)也是生命科學(xué)前沿的縮影。以高中生物（人教版） 必修2中的第三章第二節(jié) “DNA 分子的結(jié)構(gòu)”為例，筆者以DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)史為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)課堂教學(xué)的導(dǎo)入環(huán)節(jié)。

師：在之前的課程中，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和噬菌體侵染大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)，它們都已證明 DNA 是生物的遺傳物質(zhì)。接著，科學(xué)家們開始思考DNA必須要擁有怎么樣的結(jié)構(gòu)才能攜帶生物大量的遺傳信息？才能實(shí)現(xiàn)復(fù)制后由親代傳到子代呢？眾多科學(xué)家費(fèi)勁腦汁，開始從各個(gè)方面著手研究DNA的結(jié)構(gòu)。

事例1：1952年美國(guó)生物化學(xué)家查伽夫測(cè)定出 DNA含四種堿基，并發(fā)現(xiàn)其中腺嘌呤與胸腺嘧啶數(shù)量相等，鳥嘌呤與胞嘧啶數(shù)量相等。（此處教師可設(shè)計(jì)問(wèn)題讓學(xué)生猜想四種堿基之間的關(guān)系）

事例2：1953年沃森和克里克通過(guò)威爾金斯看到了富蘭克林拍攝的一張DNA晶體X射線衍射照片 。（此處教師可展示DNA晶體X 射線衍射圖，設(shè)計(jì)問(wèn)題讓學(xué)生猜想DNA空間結(jié)構(gòu)）

事例3：量子化學(xué)家多諾休指出在酮式結(jié)構(gòu)情況下，A-T堿基對(duì)與G-C堿基對(duì)長(zhǎng)度相等，又恰恰與DNA分子的直徑一致。（此處教師可以設(shè)計(jì)問(wèn)題讓學(xué)生思考DNA分子是有幾條鏈構(gòu)成的）

事例4：1962年沃森、克里克與改進(jìn)了X射線衍射技術(shù)的威爾金斯一起獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎(jiǎng)。（此處教師設(shè)問(wèn)讓學(xué)生談?wù)勎稚⒖死锟顺晒Φ脑颍?/p>

通過(guò)這種諾貝爾獎(jiǎng)研究過(guò)程的小故事作為課堂切入點(diǎn)，學(xué)生容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)學(xué)生還可以感受到諾貝爾獎(jiǎng)獲得者細(xì)心、認(rèn)真、敢于探索的精神，以培養(yǎng)自身生物科學(xué)態(tài)度。

2.作為課堂教學(xué)的拓展素材，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)探究

每個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)及其成就產(chǎn)生的背后，都包含著很多科學(xué)家的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。將經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路、操作步驟、原因分析等作為課堂教學(xué)的拓展素材，有利于學(xué)生科學(xué)思維的形成。以高中生物必修1（人教版）第六章第一節(jié)“細(xì)胞的全能性”為例，筆者補(bǔ)充2012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)——發(fā)現(xiàn)成熟細(xì)胞可被重編程變?yōu)槎嗄苄约?xì)胞的有關(guān)素材。

事例1：英國(guó)科學(xué)家約翰·戈登在一項(xiàng)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)中，用青蛙成熟腸細(xì)胞的細(xì)胞核替換了卵細(xì)胞的細(xì)胞核，在一定的外界環(huán)境刺激下，這個(gè)重組細(xì)胞發(fā)育成為一只正常的蝌蚪。（此處教師設(shè)問(wèn)該重組細(xì)胞發(fā)育成完整個(gè)體的根本原因、如何設(shè)置對(duì)照組）

事例2：日本科學(xué)家山中伸彌發(fā)現(xiàn)了小鼠的完整成熟細(xì)胞通過(guò)導(dǎo)入少量的基因，就可以將該成熟細(xì)胞重編程為多能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞），即可發(fā)育成為身體各種組織的非成熟細(xì)胞。（此處教師設(shè)問(wèn)讓學(xué)生討論細(xì)胞分化是否可逆以及這一發(fā)現(xiàn)對(duì)治療疾病有何重要意義）

根據(jù)上述兩則事例，引導(dǎo)學(xué)生以及學(xué)習(xí)小組進(jìn)行主動(dòng)探究細(xì)胞全能性的根本原因，并嘗試讓學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所遵循的基本原則設(shè)計(jì)對(duì)照組，培養(yǎng)科學(xué)的思維習(xí)慣，并談?wù)勛约簩?duì)這一諾貝爾獎(jiǎng)成就應(yīng)用前景的理解，達(dá)到學(xué)以致用的目的。

3.作為習(xí)題訓(xùn)練的背景材料，為學(xué)生將來(lái)從事生物學(xué)研究打下基礎(chǔ)

高中生物學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)注重學(xué)生對(duì)有效信息的提取能力，對(duì)零碎知識(shí)的歸納整理能力，單純的完成課堂練習(xí)或課后作業(yè)很難達(dá)到這些目標(biāo)。因此，教師要以諾貝爾獎(jiǎng)成就為題材，結(jié)合高中生物教材中的相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)課后習(xí)題。學(xué)生要完成這類作業(yè)須熟知課本知識(shí)，分析材料，歸納總結(jié)，實(shí)現(xiàn)試題和教材的過(guò)渡。同時(shí)這類試題也可引導(dǎo)學(xué)生思索生命活動(dòng)的本質(zhì)，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步了解生命的奧秘，為將來(lái)從事生物學(xué)研究打下基礎(chǔ)。 筆者以2016年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)——屠呦呦成功提取青蒿素為背景，設(shè)計(jì)以下練習(xí)題。

例：瘧原蟲是一種單細(xì)胞動(dòng)物，它能使人患瘧疾，引起周期性高熱、寒戰(zhàn)和出汗等臨床癥狀，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致死亡。2013年的瘧疾年報(bào)提到，全世界每年因?yàn)楦腥警懠菜劳龅娜藬?shù)大約是62.7萬(wàn)人，而且大部分是非洲五周歲以下的兒童。中國(guó)女科學(xué)家屠呦呦成功從植物黃花蒿的組織細(xì)胞中提取的一種代謝產(chǎn)物——青蒿素，可使瘧原蟲損失大量胞漿而死亡，挽救了數(shù)百萬(wàn)人的生命，因此榮獲2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

（1）由上述材料可知，瘧原蟲屬于___________核細(xì)胞，其細(xì)胞代謝的主要場(chǎng)所是___________ ，如果大量流失，可導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

（2）現(xiàn)已知瘧原蟲進(jìn)入人體后，可以選擇性地侵入紅細(xì)胞，說(shuō)明瘧原蟲可以識(shí)別并結(jié)合_______ 。瘧原蟲侵入紅細(xì)胞后導(dǎo)致細(xì)胞破裂，釋放出代謝產(chǎn)物作用于宿主下丘腦______中樞，引起機(jī)體發(fā)熱。

（3）瘧原蟲在人體內(nèi)只能進(jìn)行無(wú)性生殖，在按蚊體內(nèi)才進(jìn)行有性生殖。人被感染瘧原蟲的按蚊叮咬后可患瘧疾。瘧原蟲與按蚊的種間關(guān)系是_________________，從生態(tài)系統(tǒng)的成分上來(lái)分，瘧原蟲屬于______________________________________ 。

（4）早在東晉時(shí)期民間就流傳水煎青蒿治療瘧疾，但此法藥性不穩(wěn)定，效果較差。屠呦呦改用乙醇控溫60℃，藥效顯著提高，經(jīng)過(guò)多次提取失敗后，1971年屠呦呦用一種更適宜的物質(zhì)（如下表）從青蒿中提取青蒿素，這種提取物對(duì)瘧原蟲的抑制率達(dá)到了100%，這種適宜的物質(zhì)是____（填編號(hào)）。從青蒿中提取青蒿素治療瘧疾，這體現(xiàn)了野生生物的________價(jià)值。

編號(hào) A B C D物質(zhì) 丙醇 煤油 乙醚 四氯化碳沸點(diǎn) /℃ 97.4 180～310 34.5 76.5

【參考答案】（1）真 細(xì)胞質(zhì) （2）特異性受體 體溫調(diào)節(jié) （3）寄生 消費(fèi)者 （4）C 直接

這類試題以“諾貝爾獎(jiǎng)”作為背景材料出現(xiàn)，并以此為依托在生物學(xué)科內(nèi)進(jìn)行發(fā)散、拓展，形成一系列問(wèn)題，屬于高起點(diǎn)、低落點(diǎn)的題目，主要考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的靈活遷移能力。只要掌握教材基礎(chǔ)知識(shí)，并能靈活運(yùn)用，找準(zhǔn)切入點(diǎn)，問(wèn)題就迎刃而解。新課標(biāo)下的高中生物教材中還有很多地方涉及諾貝爾獎(jiǎng)成就的有關(guān)知識(shí)，這些知識(shí)點(diǎn)也是高考命題的熱點(diǎn)，比如2014年高考生物試卷山東卷第1題和重慶卷第6題就以2013年諾貝爾獎(jiǎng)細(xì)胞內(nèi)囊泡運(yùn)輸為背景，考查物質(zhì)運(yùn)輸?shù)挠嘘P(guān)知識(shí)。2017年北京卷第31題以屠呦呦發(fā)現(xiàn)青蒿素為背景，考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力等。因此將近幾年來(lái)諾貝爾獎(jiǎng)研究成果融入到高中生物教學(xué)過(guò)程中，不僅能使學(xué)生了解到生物科學(xué)前沿進(jìn)展，還可以鍛煉科學(xué)思維方式和搜集整理信息的能力，為以后從事生物科學(xué)有關(guān)的職業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

諾貝爾獎(jiǎng)離高中生物學(xué)并不遙遠(yuǎn)，高中生物學(xué)中有很多內(nèi)容直接或間接與許多諾貝爾成果相聯(lián)系。以諾貝爾獎(jiǎng)成就為素材對(duì)學(xué)生的雙基進(jìn)行訓(xùn)練，使學(xué)生在課前、課中、課后都熏陶在諾貝爾獎(jiǎng)及其成就的懷抱中，真正讓諾貝爾精神在學(xué)生心里生根發(fā)芽。

陜西省榆林市榆林中學(xué)）