2014年12月，教育部全面啟動(dòng)對(duì)2004年開(kāi)始實(shí)行的各學(xué)科普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作，本次修訂中一項(xiàng)重要的任務(wù)就是“凝練核心素養(yǎng)，推動(dòng)落實(shí)‘立德樹(shù)人根本任務(wù)”，要求高中生物教學(xué)必須深入挖掘?qū)W科核心素養(yǎng)，以核心素養(yǎng)為教學(xué)的核心，從三維目標(biāo)出發(fā)，探索高中生物學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)策略。高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)包含生命觀念、理性思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任4個(gè)方面，本文以“DNA分子的結(jié)構(gòu)與基因工程”（該內(nèi)容涉及人教版高中生物必修2的DNA分子的結(jié)構(gòu)、人教版高中生物選修1的DNA的粗提取與鑒定、人教版高中生物選修3的基因工程）教學(xué)為例，談?wù)勅绾卧谡n堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、實(shí)驗(yàn)先導(dǎo)，事實(shí)先導(dǎo)，形成生命觀念

生命觀念是高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)具體表現(xiàn)之一，它是指對(duì)觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進(jìn)行解釋后的抽象，是經(jīng)過(guò)實(shí)證后的想法或觀點(diǎn)，有助于理解或解釋較大范圍的相關(guān)事件和現(xiàn)象。學(xué)生應(yīng)該在較好地理解了生物學(xué)概念性知識(shí)的基礎(chǔ)上形成生命觀念，如結(jié)構(gòu)與功能觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀等，并能夠用生命觀念認(rèn)識(shí)生命世界、解釋生命現(xiàn)象。生物是一門(mén)與生活緊密聯(lián)系的學(xué)科，也是一門(mén)實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科，在教學(xué)中，教師可以采用貼近學(xué)生生活的事件、實(shí)驗(yàn)、視頻等引入教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生由事實(shí)得出概念，再由概念形成生命觀念。

教學(xué)“DNA分子的結(jié)構(gòu)與基因工程”這一內(nèi)容，教師可以先播放“DNA的粗提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)微視頻，該實(shí)驗(yàn)可以在家庭廚房進(jìn)行并完成視頻的拍攝。這個(gè)實(shí)驗(yàn)以洋蔥作為實(shí)驗(yàn)材料，將洋蔥鱗莖切碎后加入洗滌劑和食鹽，然后研磨過(guò)濾，在過(guò)濾液中加入冷卻的酒精（燒酒），3—5分鐘后將含有雜質(zhì)的絮狀DNA析出。在做實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師要盡可能地讓學(xué)生嘗試用多種材料做實(shí)驗(yàn)，如洋蔥、香蕉、大蒜頭、獼猴桃等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，除了使用材料為獼猴桃的實(shí)驗(yàn)效果不是很理想（獼猴桃的顏色對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察產(chǎn)生影響），用其他材料做實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的效果均很明顯。此外，教師還可以讓學(xué)生用食物料理機(jī)和手工研磨的方式操作實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，會(huì)發(fā)現(xiàn)用手工研磨的方式做實(shí)驗(yàn)獲取的DNA呈絲狀，用食物料理機(jī)做實(shí)驗(yàn)獲取的DNA呈絮狀。若要進(jìn)一步檢測(cè)析出物是否為DNA，那么用手工研磨的方法得到的絲狀物更易于挑取，比較適合操作。

教師給學(xué)生播放實(shí)驗(yàn)微視頻，降低了講解實(shí)驗(yàn)過(guò)程的難度，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。學(xué)生通過(guò)觀看實(shí)驗(yàn)微視頻，知道了DNA存在于細(xì)胞中的事實(shí)，再通過(guò)構(gòu)建DNA分子結(jié)構(gòu)模型，初步形成“結(jié)構(gòu)與功能觀”的生命觀念，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)基因工程奠定了理論基礎(chǔ)。

例如，學(xué)習(xí)“生命活動(dòng)的承擔(dān)者——蛋白質(zhì)”這一內(nèi)容時(shí)，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，用雙縮脲試劑檢測(cè)蛋清、豆?jié){、牛奶、奶粉等是否含有蛋白質(zhì)，從而得出細(xì)胞中確實(shí)存在蛋白質(zhì)這一基本事實(shí)。基于事實(shí)，學(xué)生再展開(kāi)討論，觀看視頻，了解蛋白質(zhì)的功能，最后總結(jié)得出蛋白質(zhì)的基本單位氨基酸的結(jié)構(gòu)通式。接著，教師出示4種化合物的結(jié)構(gòu)式，讓學(xué)生判斷它們是否屬于氨基酸（其中有一種不是），并選取其中的兩種氨基酸寫(xiě)出脫水縮合的反應(yīng)式，寫(xiě)出3種氨基酸脫水縮合后形成的三肽化合物的種類(lèi)，嘗試總結(jié)蛋白質(zhì)的形成過(guò)程以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)具有多樣性的原因，從而形成“結(jié)構(gòu)與功能觀”的生命觀念。

其實(shí)，對(duì)于很多學(xué)習(xí)內(nèi)容，教師都可以讓學(xué)生通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)、操作實(shí)驗(yàn)、歸納總結(jié)和提煉概念的方式形成生命觀念這一生物核心素養(yǎng)，比如：從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的視角，分析細(xì)胞是由多種多樣的分子組成，這些分子是各項(xiàng)生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)；從進(jìn)化與適應(yīng)觀的視角，解釋生物的適應(yīng)性是自然選擇的結(jié)果；從生命進(jìn)化觀的視角，分析人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生物多樣性的影響。

二、構(gòu)建模型，培養(yǎng)學(xué)生理性思維的習(xí)慣

理性思維是指基于客觀事實(shí)和證據(jù)，崇尚并形成科學(xué)思維的習(xí)慣，運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法探討生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會(huì)議題。本文僅以教學(xué)中的模型建構(gòu)，闡述生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生理性思維的方法。

在教學(xué)“DNA分子的結(jié)構(gòu)與基因工程”這一內(nèi)容時(shí)，學(xué)生通過(guò)觀看“DNA的粗提取與鑒定”微視頻，已經(jīng)知道DNA存在于細(xì)胞中這一事實(shí)。DNA能夠貯存遺傳信息，控制生物體的遺傳與變異，這是由DNA的分子結(jié)構(gòu)所決定?；谶@一事實(shí)，教師有必要讓學(xué)生明確DNA分子的結(jié)構(gòu)模型，掌握DNA分子結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性、多樣性和特異性的特點(diǎn)，并指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)構(gòu)建DNA分子的結(jié)構(gòu)模型。

實(shí)際上，大部分學(xué)生構(gòu)建的DNA分子的結(jié)構(gòu)模型呈鏈狀（如圖2、圖3、圖4），有的學(xué)生構(gòu)建的DNA分子的結(jié)構(gòu)模型呈環(huán)狀（如圖1）。教師讓學(xué)生將圖1和圖2進(jìn)行比較可知，鏈狀DNA分子含有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán)，而環(huán)狀DNA分子不含游離的磷酸基團(tuán)，再比較圖2、圖3、圖4，便可得出以下結(jié)論：DNA分子是由磷酸基團(tuán)和脫氧核糖交替連接構(gòu)成基本骨架，具有穩(wěn)定性；不同的DNA分子堿基對(duì)的數(shù)目和排列順序不同，使得DNA具有多樣性的特征；特定的DNA具有特定的堿基排列順序，使得DNA具有特異性的特征。

有的學(xué)生在構(gòu)建DNA分子的結(jié)構(gòu)模型過(guò)程中，沒(méi)有出現(xiàn)DNA分子中磷酸基團(tuán)、脫氧核糖、含N堿基的數(shù)量之比為1∶1∶1（如圖5）。拿圖2、圖3、圖4和圖5來(lái)比較，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)圖5有問(wèn)題，并圍繞該問(wèn)題進(jìn)行討論、分析，最后得出答案，這個(gè)過(guò)程能夠培養(yǎng)學(xué)生形成理性思維的能力和習(xí)慣。

除了基于建構(gòu)模型培養(yǎng)學(xué)生的理性思維，基于客觀事實(shí)進(jìn)行歸納概括也是培養(yǎng)學(xué)生理性思維的有效途徑。例如，在復(fù)習(xí)“細(xì)胞結(jié)構(gòu)”這一內(nèi)容時(shí)，學(xué)生在顯微鏡下觀察到多種多樣的細(xì)胞、植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原、細(xì)胞中的葉綠體和線粒體、洋蔥根尖細(xì)胞的有絲分裂等，從中歸納得出，在顯微鏡下能夠看到的細(xì)胞結(jié)構(gòu)有細(xì)胞壁、細(xì)胞膜（在質(zhì)壁分離現(xiàn)象中）、線粒體（需健那綠染色）、葉綠體、細(xì)胞核、染色體（需龍膽紫等堿性染料染色）。endprint

三、模擬實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力

實(shí)驗(yàn)是揭示生物學(xué)現(xiàn)象和生命規(guī)律的最好方法。在高中生物教學(xué)中，教師必須培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問(wèn)題，針對(duì)特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施，以及對(duì)結(jié)果進(jìn)行交流與討論，在探究中學(xué)會(huì)團(tuán)隊(duì)合作，勇于創(chuàng)新。

在“DNA分子的結(jié)構(gòu)與基因工程”一課中，學(xué)生通過(guò)開(kāi)展DNA分子的粗提取與分離實(shí)驗(yàn)、構(gòu)建DNA分子的結(jié)構(gòu)模型，最后總結(jié)得出DNA分子的結(jié)構(gòu)決定著物質(zhì)的某一性狀或功能。有的學(xué)生會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)：基因工程是如何改變DNA分子的結(jié)構(gòu)從而改變其功能的呢？實(shí)際上，基因工程是在DNA分子水平上的“移花接木”式改造的重組技術(shù)。如何“移花”獲取目的基因，如何“接木”將目的基因和質(zhì)粒連接，這些在目前高中實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件下還無(wú)法完成該生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)。選用哪種限制酶獲取目的基因和切割質(zhì)粒？限制酶切割后會(huì)產(chǎn)生多少種DNA片段？?jī)煞N限制酶切割與一種限制酶切割相比具有怎樣的優(yōu)點(diǎn)？在用限制酶處理含有目的基因的DNA片段和質(zhì)粒時(shí)不能破壞哪些結(jié)構(gòu)？

針對(duì)這一系列問(wèn)題，教師可以設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)解答，讓學(xué)生在動(dòng)手操作中找到答案（圖6是切割后的質(zhì)粒，圖7是目的基因）。學(xué)生通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，在合作探究中得出質(zhì)粒與目的基因隨機(jī)連接會(huì)形成以下6種重組DNA分子：①2個(gè)質(zhì)粒相連；②質(zhì)粒的自身環(huán)化；③2個(gè)目的基因相連；④目的基因的自身環(huán)化；⑤質(zhì)粒與目的基因的正向連接；⑥質(zhì)粒與目的基因的反向連接。學(xué)生在探究一種限制酶得到多種重組DNA分子的基礎(chǔ)上，再去探究?jī)煞N限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，那么，雙酶切的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，即目的基因和質(zhì)粒之間可以定向連接。模擬實(shí)驗(yàn)使抽象的問(wèn)題變得具體形象，學(xué)生對(duì)基因工程的理解也更深刻，動(dòng)手能力和思維能力也得到了提高。

近幾年，高考生物試題的實(shí)驗(yàn)題比例占30%左右，除了考查課本中的實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力要求不斷提高。教學(xué)中，教師在組織學(xué)生開(kāi)展探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：一是創(chuàng)設(shè)情境，教學(xué)時(shí)可從標(biāo)本模型、生活經(jīng)驗(yàn)、社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題等切入教學(xué)；二是鼓勵(lì)學(xué)生觀察、思考、提問(wèn)、提出假說(shuō)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、開(kāi)展小組合作探究等；三是重視學(xué)生學(xué)習(xí)報(bào)告的完成情況。

四、關(guān)注生物學(xué)的社會(huì)議題，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感

生物學(xué)科的社會(huì)責(zé)任是指基于生物學(xué)的認(rèn)識(shí)，參與個(gè)人與社會(huì)事務(wù)的討論，作出理性的解釋和判斷，嘗試解決生產(chǎn)生活中的生物學(xué)問(wèn)題的擔(dān)當(dāng)和能力。例如，學(xué)生應(yīng)當(dāng)能夠以造福人類(lèi)的態(tài)度和價(jià)值觀，運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)和思想方法，關(guān)注涉及生物學(xué)的社會(huì)議題，參與討論并作出理性解釋?zhuān)鎰e迷信和偽科學(xué)；主動(dòng)向他人宣傳健康生活、關(guān)愛(ài)生命和保護(hù)環(huán)境等相關(guān)知識(shí)；結(jié)合本地資源開(kāi)展科學(xué)實(shí)踐，嘗試解決現(xiàn)實(shí)生活中與生物學(xué)相關(guān)的問(wèn)題。

20世紀(jì)80年代，科學(xué)家提出了蛋白質(zhì)工程，通過(guò)基因改造生產(chǎn)自然界不存在的蛋白質(zhì)，被稱(chēng)之為“第二代基因工程”。近幾年，基因工程又有了新的突破，具有劃時(shí)代意義的CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)能夠簡(jiǎn)單準(zhǔn)確地進(jìn)行基因定點(diǎn)編輯。以教學(xué)“DNA分子的結(jié)構(gòu)與基因工程”為例，課前，教師可以請(qǐng)學(xué)生以“3W（是什么、為什么、怎么做）”問(wèn)題驅(qū)動(dòng)方式收集基因編輯技術(shù)的信息并在課堂上展示，由于學(xué)生對(duì)該技術(shù)已有所了解，因此課堂討論較為熱烈，有的學(xué)生提出了基因編輯技術(shù)可以消除遺傳病基因、治療癌癥、延緩人類(lèi)衰老等觀點(diǎn)。當(dāng)然，對(duì)于科技這把“雙刃劍”，師生也給出了理性的判斷和評(píng)價(jià)，畢竟基因編輯技術(shù)用于治療某些疾病時(shí)有可能帶來(lái)倫理道德問(wèn)題，而人口數(shù)量過(guò)多也可能帶來(lái)一些社會(huì)問(wèn)題等。通過(guò)開(kāi)展類(lèi)似的活動(dòng)，有助于激發(fā)學(xué)生關(guān)注與生命科學(xué)相關(guān)的社會(huì)議題，培養(yǎng)學(xué)生參與社會(huì)的責(zé)任感。

此外，教師還要引導(dǎo)學(xué)生多討論一些與生物學(xué)相關(guān)的社會(huì)議題，多開(kāi)展社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生在真實(shí)的實(shí)踐活動(dòng)中嘗試解決生物學(xué)問(wèn)題，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。例如，組織學(xué)生討論器官移植與組織相容性抗原的關(guān)系，探討干細(xì)胞移植的價(jià)值；結(jié)合日常生活，討論食品中含有過(guò)量激素對(duì)人類(lèi)身體的危害；討論植物激素在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，嘗試提出生產(chǎn)方案。

學(xué)科“核心素養(yǎng)”不同于一般的“素養(yǎng)”，也不等同于全面素養(yǎng)或一般素養(yǎng)的“泛核心”，它注重培養(yǎng)學(xué)生的自主發(fā)展、實(shí)踐創(chuàng)新、合作探究等能力，突出強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)人修養(yǎng)、家國(guó)情懷、社會(huì)關(guān)愛(ài)等品格。生物學(xué)科是與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系最為緊密的學(xué)科之一，教學(xué)中教師要以學(xué)生為主體，通過(guò)實(shí)驗(yàn)、模型構(gòu)建、討論等方式組織學(xué)生合作探究，培養(yǎng)學(xué)生的理性思維，并給予學(xué)生實(shí)踐和展示的機(jī)會(huì)。

如何迎接新一輪以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科“核心素養(yǎng)”為核心的高中課程改革，在教學(xué)中更好地落實(shí)“核心素養(yǎng)”的培養(yǎng)，教師要轉(zhuǎn)變觀念，改變教學(xué)方式，多思考、多學(xué)習(xí)、多實(shí)踐，使學(xué)科“核心素養(yǎng)”的培養(yǎng)真正取得效果。

（作者：祁小飛，江蘇省蘇州市區(qū)生物學(xué)科帶頭人，首屆蘇州市生物學(xué)科命題研究與評(píng)價(jià)中心組成員，多次在蘇州市開(kāi)設(shè)公開(kāi)課和專(zhuān)題講座。）

（責(zé)編 歐孔群）endprint