指向深度學(xué)習(xí)的高中生物學(xué)科學(xué)史教學(xué)
——以“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”（第一課時）為例

鄭麗對 張 鋒

（1.福建省漳州市第二中學(xué) 福建漳州 363000）

（2.福建省普通教育教學(xué)研究室 福建福州 350007）

深度學(xué)習(xí)是學(xué)生在完成概念知識學(xué)習(xí)的同時，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力的一種深層次的學(xué)習(xí)方式?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）提出科學(xué)史的學(xué)習(xí)能幫助學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的思路和方法，有利于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究。在高中進行科學(xué)史教學(xué)，教師可創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生體驗科學(xué)家的探究活動，有效促進學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 實現(xiàn)科學(xué)史深度學(xué)習(xí)的策略

不少生物學(xué)教師意識到科學(xué)史的教學(xué)價值，卻找不到適合的方法途徑進行有效教學(xué)。究其原因，科學(xué)史的教學(xué)仍處于淺顯的知識輸出，這些教師忽視了其中蘊含的科學(xué)思維和方法的教學(xué)；不考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)力，一味增加學(xué)科史內(nèi)容的深度和廣度，加重學(xué)生的學(xué)習(xí)負擔(dān)；創(chuàng)設(shè)科學(xué)史相關(guān)的問題情境，未作深入分析，學(xué)生處于一知半解的境地；過分強調(diào)科學(xué)史的重要性，要求學(xué)生記憶相關(guān)事件。此類教學(xué)方式都未能有效地發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。教師利用科學(xué)史資源進行有效的深度學(xué)習(xí)，需要關(guān)注教學(xué)情境的設(shè)置、問題解決過程中思維的發(fā)展以及學(xué)習(xí)過程中的深度互動。

1.1 創(chuàng)設(shè)情境，搭建深度學(xué)習(xí)的場景

科學(xué)史的深度學(xué)習(xí)注重學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的情感體驗，強調(diào)問題情境的適配性。科學(xué)史作為深度學(xué)習(xí)情境素材，能重現(xiàn)學(xué)科理論產(chǎn)生的問題情境，幫助學(xué)生搭建深度學(xué)習(xí)的場景，激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的熱情。在科學(xué)史資料的轉(zhuǎn)化過程中，教師應(yīng)考慮設(shè)計能夠引發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的問題情境或任務(wù)。

1.2 發(fā)展思維，落實深度學(xué)習(xí)的目標

高中生物教材中的科學(xué)史資料展現(xiàn)了科學(xué)家的探索過程，蘊含了豐富的生物科學(xué)思維和方法?？茖W(xué)思維是問題解決的重要思維方法。教學(xué)中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生批判性地自我思考，使學(xué)生學(xué)會應(yīng)用理論或證據(jù)進行科學(xué)論證，闡述自己的觀點，外顯解決問題的思維，從而發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1.3 加強互動，發(fā)揮深度學(xué)習(xí)的作用

在學(xué)生解決問題時，教師應(yīng)加強學(xué)生與任務(wù)之間的深度互動，保證學(xué)生能夠通過自身的努力學(xué)習(xí)完成問題的解決，積極主動地參與相關(guān)討論和實踐。在指導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)時，教師要引導(dǎo)學(xué)生相互啟發(fā)、互相傾聽，共同合作交流，厘清問題解決的關(guān)鍵思路，活躍學(xué)生思維，讓每一個學(xué)生融入課堂。

2 例析指向深度學(xué)習(xí)的科學(xué)史教學(xué)

下面以“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的第一課時為例，闡述指向深度學(xué)習(xí)的科學(xué)史教學(xué)策略。教師以科學(xué)家的探究歷程為線索，通過還原科學(xué)家所處時代背景，讓學(xué)生更好地理解科學(xué)家進行實驗的初衷及原由。但由于認知的局限性及有限的科學(xué)史篇幅，學(xué)生對本節(jié)內(nèi)容只達到淺層次理解水平，對科學(xué)家實驗的背景和本質(zhì)并不清楚。教師可設(shè)置探究實驗，提升學(xué)生的科學(xué)思維和實驗設(shè)計能力，使學(xué)生更好地理解科學(xué)本質(zhì)，充分落實生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

本節(jié)教學(xué)思路設(shè)計如圖1所示，教師聯(lián)系肺炎鏈球菌實驗的科學(xué)背景，創(chuàng)設(shè)情境，有利于激發(fā)學(xué)生的探索熱情，引導(dǎo)學(xué)生深度思考格里菲斯肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗，推測轉(zhuǎn)化因子的存在，從而為理解艾弗里實驗奠定思維基礎(chǔ)。在設(shè)置實驗設(shè)計環(huán)節(jié)，教師可讓學(xué)生以科學(xué)家的思維展開對轉(zhuǎn)化因子的探索，突破艾弗里實驗的難點。

2.1 創(chuàng)設(shè)社會情境，激發(fā)深層學(xué)習(xí)動機

在學(xué)生已知DNA是遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)上，教師帶領(lǐng)學(xué)生回顧科學(xué)家的研究成果，介紹當(dāng)時的社會背景：由于科學(xué)家對DNA和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)認知的差異，絕大多數(shù)科學(xué)家主張蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)。教師由此引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生認知沖突，激發(fā)學(xué)生的探索熱情，為接下來的科學(xué)史學(xué)習(xí)奠定情緒基礎(chǔ)。

2.2 創(chuàng)設(shè)問題情境，發(fā)展高階思維能力

通過對格里菲斯四組實驗的闡述和分析，教師引導(dǎo)學(xué)生思考第四組實驗的預(yù)期結(jié)果。學(xué)生深入對比四組實驗，通過觀察預(yù)期實驗與實際結(jié)果的差異，思考第四組小鼠死亡的原因。這個實驗結(jié)果會導(dǎo)致學(xué)生認知沖突，教師此時補充資料：格里菲斯對死亡小鼠尸體的解剖，得到了活的S型細菌，并且將其進行培養(yǎng)后所得到子代仍是S型細菌。通過分析資料，學(xué)生找到小鼠死亡的原因是體內(nèi)出現(xiàn)了S型細菌。學(xué)生分組討論出現(xiàn)S型細菌的原因。

這道問題是一道開放性問題，能夠有效激發(fā)學(xué)生的批判性思維。學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識和自我認知，主要提出三種觀點：①在R型細菌的影響下，加熱殺死的S型細菌死而復(fù)生；②在加熱殺死的S型細菌影響下，R型菌轉(zhuǎn)化為S型細菌；③R型細菌和加熱殺死的S型細菌混合后，成為S型細菌?；趯W(xué)生提出的各種可能性，教師鼓勵學(xué)生提出相關(guān)證據(jù)，支持或否定某種觀點，以此發(fā)展學(xué)生的批判性思維。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生能夠例舉蛋白質(zhì)高溫變性失活這一證據(jù)否定第一種可能，例舉格里菲斯培養(yǎng)S型菌后子代都是S型菌這一證據(jù)否定第三種可能。最后，學(xué)生通過對問題抽絲剝繭式的探討，水到渠成地得出格里菲斯實驗的結(jié)論。

2.3 創(chuàng)設(shè)實驗情境，提升科學(xué)探究能力

在傳統(tǒng)的科學(xué)史教學(xué)中，教師只是簡單地呈現(xiàn)科學(xué)家所做的實驗，并對其進行粗淺分析，無法達到科學(xué)史教育的深層意義。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生沿著科學(xué)家探索歷程，使用合適的研究方法體驗真實的探究過程。在學(xué)生得出加熱殺死的S型細菌中存在某種轉(zhuǎn)化因子后，教師并沒有馬上分析下一位科學(xué)家的實驗，而是創(chuàng)設(shè)了實驗情境，引導(dǎo)學(xué)生思考：如果你是當(dāng)時的科學(xué)家，你該如何設(shè)計實驗證明轉(zhuǎn)化因子是什么物質(zhì)？并基于此實驗情境，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗進行驗證。通過提出“轉(zhuǎn)化因子究竟是什么”這一問題，學(xué)生思考如何尋找轉(zhuǎn)化因子，促進實驗探究活動的開展。

對于這個問題，學(xué)生一開始設(shè)計意識并不強，未能找到問題解決的突破口。因此，教師利用自制的教具幫助學(xué)生深入理解問題：利用紙盒模擬含R型細菌的培養(yǎng)基，不同顏色的海洋球分別代表加熱殺死的S型細菌所含物質(zhì)（多糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、RNA、DNA等）；并將這些海洋球用透明袋子裝起來，模擬S型細菌個體。

教師展示S型細菌模型，引導(dǎo)學(xué)生思考轉(zhuǎn)化因子實驗的關(guān)鍵步驟。各小組討論后，學(xué)生代表通過一次取出一顆代表不同物質(zhì)的海洋球放到模擬R型細菌培養(yǎng)基的紙盒。教師可啟發(fā)學(xué)生實驗思路：將S型細菌中不同的物質(zhì)分離提純（圖2），分別與R型細菌培養(yǎng)基混合后，預(yù)測培養(yǎng)基中細菌的生長情況。此種想法符合目前學(xué)生掌握的生物學(xué)知識的情況，教師介紹“當(dāng)時科學(xué)技術(shù)手段不成熟，無法徹底分離提純物質(zhì)”，讓學(xué)生明確此方法并不適合，由此思考另一種實驗思路。

教師取出一顆海洋球，再把剩下的組分放到模擬R型細菌培養(yǎng)基的紙盒。學(xué)生已經(jīng)具備一定的思路，通過教師簡單的提示，能夠馬上聯(lián)想去除某種物質(zhì)，再把剩下的組分與R型細菌混合（圖3），預(yù)期培養(yǎng)基中細菌的生長情況。最終通過師生互動，學(xué)生基本確定實驗思路，并掌握相關(guān)的科學(xué)實驗原理。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生補充完善導(dǎo)學(xué)案中的實驗設(shè)計，并進行交流討論。

2.4 再現(xiàn)科學(xué)實驗情境，領(lǐng)悟科學(xué)探究精神

通過設(shè)計尋找轉(zhuǎn)化因子的探究實驗，學(xué)生能夠掌握當(dāng)時科學(xué)家的科學(xué)思維和方法，成功突破尋找轉(zhuǎn)化因子實驗的難點與疑點，更好地理解艾弗里肺炎鏈球菌實驗。教師再現(xiàn)艾弗里當(dāng)時實驗的過程和當(dāng)時科學(xué)界的反響，學(xué)生能夠了解“科學(xué)家結(jié)論的得出并不是主觀臆斷”，而是通過一代又一代科學(xué)家實驗的佐證，深刻理解科學(xué)知識的形成是一個不斷修正的過程。

3 總結(jié)

科學(xué)史的學(xué)習(xí)應(yīng)該是“知其然而知其所以然”，學(xué)生不僅應(yīng)該要掌握科學(xué)實驗結(jié)論，更應(yīng)該掌握科學(xué)結(jié)論提出過程中所蘊含的科學(xué)思維和方法，做到舉一反三。本節(jié)課通過實驗設(shè)計策略的實施，教師引導(dǎo)學(xué)生嘗試自主設(shè)計實驗，交流和評價實驗設(shè)計，促進其對科學(xué)史的深度學(xué)習(xí)。學(xué)生通過層層遞進式的分析討論，充分理解并掌握科學(xué)實驗的背景及過程。

教師自制教具進行實驗啟發(fā)，幫助學(xué)生順利提出實驗思路，以此了解每一個科學(xué)實驗的進行。學(xué)生在各種討論碰撞中完成交流討論、大膽推測，有利于批判性思維的提升，養(yǎng)成敢于質(zhì)疑與否定的科學(xué)精神。學(xué)生基于科學(xué)史和真實實驗情境的學(xué)習(xí)，有利于進一步理解科學(xué)本質(zhì)，掌握科學(xué)思維和方法。導(dǎo)學(xué)案中實驗設(shè)計的文字表述可以提升學(xué)生的生物學(xué)語言表達能力，規(guī)范用語。

教材由于篇幅有限，不能完整地呈現(xiàn)整個科學(xué)史過程，學(xué)生在理解上存在一定障礙。這就要求教師能夠在課前做好備課工作，盡可能地還原科學(xué)史，做到心中有數(shù)，將有效的資源融入課堂，幫助學(xué)生更好地學(xué)好科學(xué)史，實現(xiàn)科學(xué)史教學(xué)真正的教育價值，促進學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。