冯艳萍

(广东省茂名市信宜中学 茂名 525300)

生物科学史以生物学的发展为题材，真实、丰富地反映了生物科学的研究历程和生物学家的学术生涯。这些内容的学习能促使学生更加深刻地理解生物学知识、更加有效地学习科学研究的方法，培养创新能力和提高科学素养。近几年高考中，对生物科学史的考查越来越受到关注。2018全国Ⅰ卷38题以经典研究工作的科学史为素材，考查基因工程中用到的核心技术及研究设计方案，还考查根据实验分析问题、得出结论的概括总结能力，在科学探究情境中考查科学思维。本文通过对该题的剖析，提出关于生物科学史的教学建议。

1 原题再现

1.1 2018全国Ⅰ卷38题 回答下列问题：

(1) 博耶(H. Boyer)和科恩(S. Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆细胞中进行了表达，该研究除证明了质粒可以作为载体外，还证明了 (答出两点即可)。

(2) 体外重组的质粒可通过Ca2+参与的 方法导入大肠杆菌细胞；而体外重组的噬菌体DNA通常需与 组装成完整噬菌体后，才能通过侵染的方法将重组噬菌体DNA导入宿主细胞，在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中，可作为重组噬菌体宿主细胞的是 。

(3) 真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时，表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解，在实验中应选用 的大肠杆菌作为受体细胞，在蛋白质纯化的过程中应添加 的抑制剂。

参考答案： (1) 重组DNA还可以进入受体细胞；外源基因可以在原核细胞中成功表达；实现物种之间的基因交流。 (2) 转化 蛋白质外壳(衣壳) 细菌 (3) 不含蛋白酶(基因) 蛋白酶。

1.2 试题背景 试题情境选自高中生物学教材选修3《现代生物科技专题》(人教版)专题1中对博耶(H. Boyer)和科恩(S. Cohen)相关研究成果的介绍。

2 试题特点分析

2.1 通过生物科学史理解生物学概念，解释相关事件 本题以1973年，博耶和科恩重组DNA表达实验研究的生物科学史为素材命制，考查了重组DNA、基因工程的核心——基因表达载体的构建、载体的条件、转化的方法和受体细胞、噬菌体的组成等重要概念的理解。如第(1)小题考查质粒能作为载体的条件： ①自我复制；②有一个或多个酶切位点；③有标记基因；④安全。很多学生以为只要理解概念回答条件中的两点就可以了，并没有发现题目的信息是“导入大肠杆细胞中进行了表达”和“还证明了什么”。学生就要运用已学的遗传物质的知识，理解外源DNA能在不同生物中表达的原因： ①重组DNA还可以进入受体细胞；②外源基因可以在原核细胞中成功表达；③实现物种之间的基因交流；④共用同一套遗传密码。

2.2 运用科学思维方法，探讨生命规律，解决实际问题 第(2)小题主要要求学生以特定的生物学事实为基础形成相关的概念。需要学生通过科学思维对题目中信息进行分析；运用对转化方法和基因工程受体细胞、噬菌体的组成等相关概念的理解，并对基因工程中核心步骤内容做出正确判断。很多学生在看到导入的受体细胞是大肠杆菌，就认为应该填“Ca2+处理细胞法”，却没看清楚题目中已经有了标明Ca2+参与的转化方法。这小题都要求学生在科学史的情境中获取信息，并考查学生运用所学的知识迁移到其他的实验中去，理论联系实际，解决实际问题，关注生命科学技术在人类社会中的应用。

2.3 侧重科学探究能力，展现科学思维的形成 如第(3)小题，就要求学生掌握一定的科学探究能力，采用了开放度较高的设问和呈现形式，需要学生获取题干信息，进行一定的逻辑思考后组织语言精确表达。学生可以摆脱教材和固有的解题思路的束缚，创造性进行思考、分析和作答。从题干中的信息“防止蛋白质被分解”“蛋白质纯化过程需要添加什么抑制剂”，学生便需要开展逻辑思考： 由于使蛋白质分解的是蛋白酶，而根据中心法则，蛋白酶的合成是由基因控制的，因此作为受体细胞的大肠杆菌就应该不含有蛋白质酶基因或者不含蛋白酶。而最后一问考查蛋白质纯化的信息，虽然蛋白质纯化并不是学习选修3学生所熟悉的内容，但是题目并不侧重考查它的概念及过程，而是联系题干中的信息可以组织答案——“蛋白质酶抑制剂”。

3 教学建议

从学科核心素养养成的角度来看，生物学学科作为一门实验性学科，强调注重学生科学探究能力和科学思维的形成。而通过生物科学史的教学，力求在评价学生的生物学学科核心素养的同时，引导学生“像科学家一样思考”，构建科学概念，感悟科学精神，理解科学本质。所以在教学过程中注意以下几点：

3.1 注重科学思维的培养，提高学生获取信息的能力 课程标准中是这样描述部分科学史内容的： 分析细胞学说的建立过程，说明光合作用以及对它的认识过程，总结人类对遗传物质的探索过程，分析孟德尔遗传实验的科学方法等。分析、总结都属于理解水平，这就需要学生形成科学思维，从材料中获取信息，并迁移利用信息。

因此，在教学过程中，教师采取探究思路引导学生学习科学史，按照“发现问题—分析问题—确定自变量—做出假设—设计实验—实施实验方案—观察实验结果—得出实验结论”进行。通过这样的教学方式，调动了学生学习的主观能动性，主动地探索生物学知识，了解知识的本质，同时对在生物学学科长期学习和思考中逐步形成科学的思维和逻辑推理、信息加工等能力的提升有积极的促进作用。

3.2 注重形成生物科学的研究方法，提升学生的探究能力 教师在进行科学史教学时，挖掘教学内容中的科学探究内涵，使学生在感受、理解知识的产生和发展过程中，掌握科学探究的基本方法。在潜移默化中，培养学生的探究精神和创造性思维品质。

例如，在学习探索生长素发现时，通过学生亲身演绎达尔文、詹森、拜尔和温特的实验，让学生深刻感受科学家的探索思路，使学生再发现和再创造这些知识；让学生进一步了解科学家是怎样发现问题、分析问题和解决问题的，培养学生的探究能力，这是科学史与探究整合的有效途径。通过向光性原理(科学的发展新观点)的学习，并回顾生长素的发现过程，学生便充分领悟科学发现的过程是： 观察现象→提出问题→进行实验→提出假说→实验验证→得出结论，并概括出生物科学研究的基本方法是“假说—演绎法”。

3.3 注重培养学生生物学学科的社会责任意识 通过学习生物科学史，基于科学家的理论和探究的过程(如这道高考题中“重组DNA表达实验的成功”)，学生参与讨论，做出正确的判断或科学的解释。学生通过学到的知识尝试解决生活中的生物学问题，这就是生物科学的社会责任。通过学习科学家探索真理的事迹，培养学生渴求科学知识、热爱科学、献身科学的情感。

(项目基金： 广东省教育科研“十三五”规划2018年度研究课题“基于‘先行组织者’策略下的高中生物教学案例研究”，No.2108YQJK306)