冀朝輝

摘要：北京高考生物試題越來越重視對(duì)“科學(xué)探究”和“科學(xué)思維”等生物學(xué)核心素養(yǎng)的考查，高三復(fù)習(xí)課上，教師用科研論文創(chuàng)設(shè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)探究情境，并引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)科學(xué)家的研究思路和科研論文的寫作方法，有利于提高學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：科研論文;科學(xué)探究;高三復(fù)習(xí)

生物學(xué)新課程的終極理念是提高學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)，因此，生物學(xué)科核心素養(yǎng)是評(píng)價(jià)學(xué)生的一個(gè)重要維度.北京高考理綜生物試題以真實(shí)、新穎的科學(xué)研究為情境，靈活設(shè)置考題，對(duì)學(xué)生的科學(xué)探究能力、獲取知識(shí)能力及在現(xiàn)實(shí)生活中運(yùn)用知識(shí)能力等生物學(xué)科素養(yǎng)的各個(gè)層次進(jìn)行了全面考查.

“科學(xué)探究”是高三實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)的核心內(nèi)容，高三教師在提升學(xué)生的科學(xué)探究能力時(shí)，通常選擇一些典型試題（特別是往屆高考題），讓學(xué)生總結(jié)歸納分析自變量、因變量和書寫實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)結(jié)論的思路和技巧.由于高考試題在考查的內(nèi)容、形式和方法等方面不斷創(chuàng)新，學(xué)生在解答實(shí)驗(yàn)結(jié)論、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案等表述類題目時(shí)，往往不能靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈淖直硎?經(jīng)多年高三教學(xué)實(shí)踐，筆者將真實(shí)的科學(xué)研究論文引入到復(fù)習(xí)課上，讓學(xué)生通過閱讀論文，體會(huì)科研人員如何發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、收集整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、書寫實(shí)驗(yàn)結(jié)論和推測(cè)，然后，學(xué)生根據(jù)理解，模仿高考題嘗試出一道練習(xí)題.通過多次教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生不僅了解了科學(xué)家的研究思路、科研論文的寫作方法，而且，深刻領(lǐng)悟了“綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和方法解決實(shí)際問題”“關(guān)注對(duì)科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)發(fā)展有重大影響的、與生命科學(xué)相關(guān)的突出成就及熱點(diǎn)問題”等，這些高考對(duì)學(xué)生提出的比較抽象的要求.

1 高三實(shí)驗(yàn)專題的教學(xué)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)專題的教學(xué)內(nèi)容主要分為教材中的常規(guī)實(shí)驗(yàn)、教材所例舉科學(xué)史中涉及的實(shí)驗(yàn)方法、科學(xué)探究的一般過程等三個(gè)部分.

1.1 教材中的常規(guī)實(shí)驗(yàn)

“教材中的常規(guī)實(shí)驗(yàn)”是指高中生物教材和《考試說明》中要求學(xué)生獨(dú)立完成的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，包括觀察線粒體、質(zhì)壁分離和復(fù)原、觀察細(xì)胞的有絲分裂和減數(shù)分裂等顯微鏡觀察類實(shí)驗(yàn)和葉綠體色素的提取與分離、DNA的粗提取與鑒定等生物體內(nèi)物質(zhì)的分離與鑒定類實(shí)驗(yàn)，以及微生物培養(yǎng)與分離、植物組織培養(yǎng)等現(xiàn)代生物技術(shù).具體要求是理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和要求，了解材料用具，掌握?shí)驗(yàn)操作步驟，會(huì)分析和解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，并得出合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)論.這部分內(nèi)容是生物學(xué)科的必備知識(shí)和技能，是學(xué)習(xí)“科學(xué)探究的一般過程”的基礎(chǔ)。

1.2 教材所列舉科學(xué)史中涉及的實(shí)驗(yàn)方法

高中生物教材中列舉了大量的科學(xué)史素材，如細(xì)胞學(xué)說的建立、生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型、細(xì)胞核功能的研究、光合作用早期研究簡(jiǎn)史、孟德爾遺傳定律的發(fā)現(xiàn)、摩爾根的果蠅伴性遺傳實(shí)驗(yàn)、核酸是遺傳物質(zhì)的證據(jù)、DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的確立、生長(zhǎng)素發(fā)現(xiàn)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)等.這些素材中包含很多科學(xué)家的研究思想和生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)等內(nèi)容.受實(shí)驗(yàn)條件的限制，這些實(shí)驗(yàn)無法在高中生物實(shí)驗(yàn)室中完成，但《考試說明》中要求學(xué)生不僅深入理解這些實(shí)驗(yàn)方法的原理和主要操作過程，還要靈活運(yùn)用這些實(shí)驗(yàn)方法解決科研問題.這部分內(nèi)容也是生物學(xué)科的必備知識(shí)和技能，難度較大.

1.3 科學(xué)探究的一般過程 “科學(xué)探究的一般過程”是實(shí)驗(yàn)專題的核心內(nèi)容，是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是高考重點(diǎn)考查的內(nèi)容.通常教師依據(jù)《考試說明》要求，按以下五個(gè)部分組織教學(xué)：

（1）觀察并提出問題.

（2）做出假設(shè).

（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、預(yù)期結(jié)果.

（4）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù).

（5）深入分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出令人信服的實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

這部分內(nèi)容是科學(xué)探究能力的較高要求，是體現(xiàn)學(xué)生綜合科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新、創(chuàng)造能力的重要方面.

2 高考實(shí)驗(yàn)分析題的考查要求和學(xué)生存在的問題

縱觀近幾年北京高考理綜生物的“實(shí)驗(yàn)分析題”，都是以社會(huì)關(guān)注的問題、與生活實(shí)踐聯(lián)系緊密的學(xué)科前沿問題為背景和切入點(diǎn)，通過巧妙的創(chuàng)新設(shè)計(jì)考查學(xué)生的科學(xué)探究和創(chuàng)新能力.該類型的試題重在引導(dǎo)學(xué)生勇于探究、關(guān)注科學(xué)與社會(huì)的關(guān)系、思考科學(xué)進(jìn)步如何造福人類.

例如2017年的第29題和30題圍繞觀察與比較、分析與綜合、演繹與推理、抽象與概括等關(guān)鍵能力分層設(shè)問，逐級(jí)考查.第29題的第（3）小題和第30題的第（3）小題，分別通過讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和遺傳育種方案，重點(diǎn)考查了學(xué)生的演繹與推理能力（在對(duì)信息進(jìn)行深入加工、整合、推理的基礎(chǔ)上，演繹出推論）和創(chuàng)新能力（經(jīng)獨(dú)立思考，提出所給信息以外的觀點(diǎn)并能自圓其說）.

在平時(shí)教學(xué)過程中，雖然做了大量的習(xí)題，但學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力提升的速度較慢，甚至在一模練習(xí)后，多數(shù)學(xué)生在新情景下，解決比較復(fù)雜問題的能力和創(chuàng)新能力仍然較弱，解答開放性的題目時(shí)沒有思路，不知從什么角度回答問題.一些學(xué)生依據(jù)探究目的，找出或設(shè)計(jì)自變量、因變量、控制變量的能力較差，導(dǎo)致他們不會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，不能用準(zhǔn)確的語言來描述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果.

基于上述分析，筆者認(rèn)為要想較大幅度地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，實(shí)驗(yàn)專題的復(fù)習(xí)應(yīng)圍繞“科學(xué)探究”這一核心素養(yǎng)，摒棄“題?！?，注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的興趣，使其養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣;注重分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的生物學(xué)原理;在嘗試用實(shí)驗(yàn)的方法解決實(shí)際問題時(shí)，注重培養(yǎng)和提升學(xué)生的做出假設(shè)和預(yù)期、設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案等能力，開拓和活躍學(xué)生的思維.

3 以科研論文組織教學(xué)提升學(xué)生的科學(xué)探究能力

科研論文真實(shí)地展示生物學(xué)知識(shí)的新進(jìn)展、新穎的研究方法和技術(shù)、科學(xué)家應(yīng)用假說演繹、建立模型等科學(xué)方法解決實(shí)際問題的過程、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和質(zhì)疑創(chuàng)新的科學(xué)精神.因此，科研論文具有獨(dú)特的教育價(jià)值和魅力，教師可以精選一些符合高中生認(rèn)知水平、北京高考命題特點(diǎn)的科研論文，在對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)加工處理后引入到課堂教學(xué)中.

3.1 利用科研論文提升應(yīng)用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)纳飳W(xué)語言描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論的能力

運(yùn)用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈淖直硎龌卮饐栴}是理性思維的一個(gè)重要表現(xiàn)，是利于學(xué)生未來發(fā)展的重要素養(yǎng)之一.教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)一些學(xué)生在描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論時(shí)，不會(huì)正確使用“差異不顯著”“差異顯著”“明顯高于”“明顯低于”“抑制”“緩解”等生物學(xué)術(shù)語.

針對(duì)學(xué)生的不足之處，筆者從一些科研論文中摘取了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，課堂上組織學(xué)生準(zhǔn)確描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.例如，從博士論文《寄生植物南方菟絲子對(duì)激素的響應(yīng)及其傳遞植物間系統(tǒng)性抗蟲信號(hào)的研究》中摘錄了如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生很容易得出脫落酸（ ABA）抑制番茄種子萌發(fā)的結(jié)論，但對(duì)于脫落酸（ABA）對(duì)菟絲子種子萌發(fā)的影響產(chǎn)生了不同的意見，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為用不同濃度ABA處理菟絲子種子后，與對(duì)照組相比，種子的萌發(fā)率最終都達(dá)到了或接近100%，因此，他們使用了“抑制作用較弱”“影響不顯著”“無影響”“無作用”“延遲”等生物學(xué)術(shù)語.少數(shù)學(xué)生忽視了萌發(fā)率曲線的變化趨勢(shì)相同，錯(cuò)誤認(rèn)為菟絲子種子萌發(fā)率曲線有明顯差異，所以，使用了“有抑制作用”“影響顯著”等生物學(xué)術(shù)語，經(jīng)過討論，這些學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正了自己的錯(cuò)誤.筆者展示了論文的部分內(nèi)容，令學(xué)生們感到困惑的是論文作者的表述為“菟絲子種子對(duì)ABA誘導(dǎo)的種子萌發(fā)不敏感”.筆者及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生閱讀論文中有關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡谋硎?，即“?duì)許多植物來說，外源ABA通常會(huì)導(dǎo)致發(fā)芽延遲.因此，南方菟絲子是否也會(huì)在種子萌發(fā)期間對(duì)ABA敏感性下降？”.短暫的思考之后，學(xué)生們明白了必須根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康臅鴮憣?shí)驗(yàn)結(jié)論.

教學(xué)實(shí)踐表明：通過有目的地選擇科研論文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論，學(xué)生比較容易理解和掌握正確書寫實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論的方法之一是依據(jù)論文的研究目的，準(zhǔn)確使用生物學(xué)術(shù)語.

3.2 應(yīng)用科研論文提升設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力

找出或設(shè)計(jì)自變量、因變量，進(jìn)而設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案是科學(xué)探究的重要環(huán)節(jié)，也是多數(shù)學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié).

筆者搜索到發(fā)表在《作物學(xué)報(bào)》中的“水稻極矮突變體s2 - 47對(duì)赤霉素的響應(yīng)及基因定位研究”一文，經(jīng)過加工處理，在課堂上給學(xué)生們?nèi)缦滦畔ⅲ?/p>

“通過EMS誘變“日本晴”水稻獲得1個(gè)極端矮化突變體s2 - 47，其表現(xiàn)型為極度矮化、葉色深綠、不能抽穗結(jié)實(shí).由于植物的矮化大多與赤霉素（ GA）有關(guān)，于是研究人員做了一系列實(shí)驗(yàn)來探究s2 - 47極端矮化與CA的關(guān)系.”

筆者讓學(xué)生討論研究人員應(yīng)該設(shè)計(jì)哪些實(shí)驗(yàn)？經(jīng)過一番討論，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為，首先測(cè)定矮化突變株的赤霉素含量，如果低于野生型，說明矮化的原因是赤霉素合成不足;如果赤霉素含量等于或高于野生型，則需檢測(cè)突變體的赤霉素信號(hào)傳遞途徑是否正常，但都提不出具體的檢測(cè)方法.筆者鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行補(bǔ)充、修正.于是，學(xué)生又提出給突變體施加適量的外源赤霉素，觀察突變體的高度是否恢復(fù)正常，這樣可進(jìn)一步證明突變體矮化是否由赤霉素合成異常導(dǎo)致的.討論結(jié)束后，筆者將研究論文發(fā)給學(xué)生，學(xué)生們都頗有興趣地閱讀起來.閱讀完論文，學(xué)生對(duì)自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案感到滿意，同時(shí)，被論文中證明赤霉素信號(hào)傳遞途徑是否正常的巧妙實(shí)驗(yàn)所折服.

教學(xué)實(shí)踐表明：在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生能夠依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，靈活運(yùn)用與植物激素相關(guān)的知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并做出假設(shè)和預(yù)期.通過閱讀科研論文，學(xué)生不僅學(xué)會(huì)了科學(xué)探究的一般方法，掌握了科學(xué)探究的基本技能，還開闊了視野，活躍了思維.

在高三實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)過程中適當(dāng)引入科研論文，能夠有效提升學(xué)生的科學(xué)探究和理性思維等生物學(xué)核心素養(yǎng).學(xué)生在了解科學(xué)家如何思考問題、研究問題、怎樣分析現(xiàn)象得出結(jié)論的同時(shí)，還感受到靈活運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)解決生產(chǎn)實(shí)踐問題的樂趣.

參考文獻(xiàn)：

[1]劉恩山.中學(xué)生物學(xué)教學(xué)論[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]蘇明學(xué).援引科學(xué)研究案例組織遺傳學(xué)專題復(fù)習(xí)[J].生物學(xué)通報(bào)，2017，52 （2）：33 - 37.

[3]李晨晨等.水稻極矮突變體s2 -47對(duì)赤霉素的響應(yīng)及基因定位研究[J].作物學(xué)報(bào)，2013，39（10）：1766 -1774.

[4]李娟.寄生植物南方菟絲子對(duì)激素的響應(yīng)及其傳遞植物間系統(tǒng)性抗蟲信號(hào)的研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.