朱慧貞 郎小霞 包鵬科

（甘肅省定西市岷縣第三中學(xué)，甘肅 定西）

一、諾貝爾獎(jiǎng)與高中生物學(xué)學(xué)科的聯(lián)系

2017 年頒布的《考試大綱》對(duì)“獲取信息的能力”方面進(jìn)行了調(diào)整，將“生物學(xué)重要事件”調(diào)整為“與生命科學(xué)相關(guān)的突出成就及熱點(diǎn)問(wèn)題”。諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)的研究歷程往往離不開(kāi)生物學(xué)學(xué)科的研究?jī)?nèi)容、方法及理論。經(jīng)統(tǒng)計(jì)100 年以來(lái)的諾貝爾獎(jiǎng)成就與人教版高中生物學(xué)教材中的關(guān)聯(lián)章節(jié)達(dá)到了28 個(gè)，其中必修部分22 個(gè)，選修部分6 個(gè)。本文對(duì)人教版高中生物學(xué)必修2“遺傳與進(jìn)化”中與諾貝爾獎(jiǎng)關(guān)聯(lián)的內(nèi)容進(jìn)行了歸納與整合。

二、基于諾貝爾獎(jiǎng)視角培育學(xué)生生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的可行性分析

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》指出生物學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)由生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究以及社會(huì)責(zé)任四部分構(gòu)成。任何一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)成就都散發(fā)著科學(xué)工作者科學(xué)思維的火花，都是其科學(xué)探究過(guò)程的濃縮，這個(gè)過(guò)程是在遵循自然規(guī)律、符合生命觀念的基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行的探索和嘗試。諾貝爾獎(jiǎng)在高中生物學(xué)教學(xué)中的引入價(jià)值不僅在于其科學(xué)素養(yǎng)，還有其豐富的人文價(jià)值。探索過(guò)程不可能一蹴而就、一帆風(fēng)順，大多是一個(gè)長(zhǎng)期的、枯燥的、不斷否定又不斷被修正完善的過(guò)程?？茖W(xué)家憑著對(duì)科學(xué)研究的無(wú)限熱忱，對(duì)生命現(xiàn)象的無(wú)限好奇，沖淡了科學(xué)研究本身的枯燥與艱難。其中不乏有趣的事例，摩爾根團(tuán)隊(duì)為了讓果蠅發(fā)生變異，煞費(fèi)苦心，甚至陪著果蠅不睡覺(jué)，一睡覺(jué)就搖瓶子，熬了兩年也沒(méi)看到一只突變的果蠅；也有踏破鐵鞋無(wú)覓處，卻有瑪麗·亨特得來(lái)全不費(fèi)工夫的驚喜；有富蘭克林窮其一生，卻未能分享這份殊榮的遺憾；也有屠呦呦以身試藥，索克（發(fā)明了小兒麻痹癥滅活疫苗）在自己三個(gè)年幼的孩子身上試藥，這些看似瘋狂的舉動(dòng)，實(shí)則是科學(xué)研究的必然選擇，是為了大我犧牲小我的無(wú)私奉獻(xiàn)精神。挖掘諾貝爾獎(jiǎng)里的人文情懷，涵養(yǎng)學(xué)生情操，歷練其深厚的家國(guó)意識(shí)及社會(huì)擔(dān)當(dāng)，才能更好地追求科學(xué)精神。

三、基于諾貝爾獎(jiǎng)視角培育學(xué)生科學(xué)思維能力的實(shí)踐研究（以“DNA 分子的結(jié)構(gòu)”一節(jié)為例）

（一）核心素養(yǎng)目標(biāo)

1.生命觀念：掌握DNA 分子的組成元素、基本組成單位，DNA 分子的雙螺旋模型的主要內(nèi)容，形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

2.科學(xué)思維：在DNA 分子模型構(gòu)建的過(guò)程中，結(jié)合相關(guān)科學(xué)史實(shí)，推理脫氧核苷酸之間的連接方式、DNA分子鏈的組成及堿基之間的配對(duì)方式，提升其邏輯思維能力及創(chuàng)新思維能力。

3.科學(xué)探究：通過(guò)建模過(guò)程，領(lǐng)悟物理模型建構(gòu)法在科學(xué)研究中的重要作用。

4.社會(huì)責(zé)任：認(rèn)識(shí)到諾貝爾獎(jiǎng)成就的獲得是一個(gè)多學(xué)科知識(shí)綜合運(yùn)用的過(guò)程；形成人類對(duì)遺傳物質(zhì)的研究是一個(gè)不斷深化、完善的過(guò)程；追隨著諾貝爾獎(jiǎng)的誕生歷程，感受科學(xué)探究的魅力；不畏挫折、鍥而不舍的科學(xué)精神是科學(xué)研究者的必備素養(yǎng)。

（二）教學(xué)設(shè)計(jì)思路

【資料1】1944 年，美國(guó)細(xì)菌學(xué)家艾弗里通過(guò)肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，證明DNA 是遺傳物質(zhì)。DNA 成了科學(xué)家們的研究熱點(diǎn)。20 世紀(jì)30 年代，科學(xué)家認(rèn)識(shí)到：組成DNA 分子的基本元素是C、H、O、N、P，其基本單位是脫氧核苷酸，而且每個(gè)基本單位是由磷酸、脫氧核糖、含氮堿基三種小分子化合物構(gòu)成的。

探究1：請(qǐng)用模型材料構(gòu)建脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)模型。

【資料2】科學(xué)家認(rèn)識(shí)到，DNA 是由脫氧核苷酸連接而成的長(zhǎng)鏈構(gòu)成的。

探究2：4 種脫氧核苷酸如何形成長(zhǎng)鏈？相鄰核苷酸之間的連接方式是怎樣的呢？請(qǐng)構(gòu)建脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈模型。在討論交流的基礎(chǔ)上，可以提供以下（圖1）連接方式啟發(fā)學(xué)生思考。

圖1 脫氧核苷酸之間可能出現(xiàn)的連接方式

【資料3】1951 年英國(guó)化學(xué)家富蘭克林和生物物理學(xué)家威爾金斯用X 衍射技術(shù)拍攝到了DNA 晶體的衍射圖譜，當(dāng)時(shí)他們并不清楚圖譜意味著什么，后來(lái)，物理學(xué)家克里克對(duì)圖譜進(jìn)行了詳盡的數(shù)據(jù)分析，生物學(xué)家沃森加入了生物學(xué)的理解，二人一拍即合——DNA 呈雙螺旋結(jié)構(gòu)！

探究3：DNA 分子是由幾條鏈構(gòu)成的呢？學(xué)生思考交流以下兩個(gè)問(wèn)題：

①堿基位于外部的三螺旋還是堿基位于外部的雙螺旋？

②兩條鏈中的堿基是排在外側(cè)，還是在內(nèi)側(cè)？哪種情況更穩(wěn)定？

【資料4】1952 年春天奧地利生物化學(xué)家查哥夫定量分析了DNA 的堿基組成（如表1）。

表1 不同生物DNA 分子堿基分析量表

探究4：兩條鏈的堿基之間如何配對(duì)呢？為什么嘌呤堿基不與嘌呤堿基或嘧啶堿基不與嘧啶堿基配對(duì)呢？請(qǐng)構(gòu)建DNA 分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并簡(jiǎn)述其主要內(nèi)容。

（三）延伸拓展，升華主題

學(xué)生思考以下問(wèn)題：（1）回顧模型構(gòu)建中有重大貢獻(xiàn)的科學(xué)家，從他們的研究角度分析，對(duì)你有什么啟發(fā)？（2）艾弗里證明了遺傳物質(zhì)是DNA，這為科學(xué)界研究遺傳物質(zhì)指明了方向；富蘭克林拍攝的DNA 分子的X 射線衍射圖譜，為發(fā)現(xiàn)DNA 的雙螺旋結(jié)構(gòu)做出了重要貢獻(xiàn)，孟德?tīng)栕鳛檫z傳學(xué)之父，提出了兩大遺傳規(guī)律，但是他們并沒(méi)有獲得諾貝爾獎(jiǎng)，對(duì)此你怎么看？

通過(guò)對(duì)DNA 分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型研究歷程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生意識(shí)到很多科學(xué)問(wèn)題的解決都涉及多個(gè)學(xué)科的知識(shí)、理論、方法、技術(shù)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)注意學(xué)科間知識(shí)的遷移，形成跨學(xué)科學(xué)習(xí)的意識(shí)。同樣，科學(xué)研究過(guò)程并不是一帆風(fēng)順的，但探索者們鍥而不舍、不畏失敗的科研精神是取得最終成功的關(guān)鍵?？茖W(xué)研究過(guò)程中往往艱辛與收獲并存，有些結(jié)果看似偶然實(shí)則必然，都是日積月累的量變產(chǎn)生質(zhì)變的結(jié)果。是否獲得諾貝爾獎(jiǎng)并不應(yīng)該作為評(píng)判科學(xué)貢獻(xiàn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，同理，衡量一個(gè)人人生價(jià)值的標(biāo)準(zhǔn)更應(yīng)該看他對(duì)他人及社會(huì)所做出的貢獻(xiàn)。在科學(xué)探究的歷程中，為科學(xué)成就做出重大貢獻(xiàn)的科學(xué)家，如孟德?tīng)?、艾弗里、富蘭克林等雖然由于各種各樣的原因并未獲得過(guò)諾貝爾獎(jiǎng)，但他們都是推動(dòng)人類文明進(jìn)步的先驅(qū)和奠基人。旨在讓學(xué)生形成正視科學(xué)、熱愛(ài)科學(xué)、尊敬科學(xué)家、崇拜科學(xué)家的人文情懷，落實(shí)其社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

四、“諾貝爾獎(jiǎng)”素材與高中生物學(xué)教學(xué)有效結(jié)合的問(wèn)題分析

（一）選材切合學(xué)情

“諾貝爾獎(jiǎng)”素材中不乏科學(xué)前沿、社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題，涉及的科學(xué)知識(shí)、技術(shù)手段等并不一定完全符合高中生的認(rèn)知水平。對(duì)某些高于學(xué)生認(rèn)知水平、晦澀難懂的“諾貝爾獎(jiǎng)”素材，需要教師在尊重科學(xué)史實(shí)的前提下適當(dāng)轉(zhuǎn)化甚至簡(jiǎn)化，結(jié)合學(xué)生已有的知識(shí)、內(nèi)容、生活情景等進(jìn)一步重構(gòu)，降低學(xué)生內(nèi)化“諾貝爾獎(jiǎng)”素材的難度以及在課堂教學(xué)中引入的“違和感”，達(dá)到與高中生物學(xué)教學(xué)的有效融合。

（二）增加素材的趣味性

“諾貝爾獎(jiǎng)”素材中涉及的科學(xué)史過(guò)程往往經(jīng)歷了較長(zhǎng)的時(shí)間，是眾多科學(xué)家持之以恒、不畏困難、前仆后繼的奮斗史?？茖W(xué)研究過(guò)程本身的枯燥與乏味可能在教學(xué)過(guò)程中并不能充分贏得學(xué)生的偏愛(ài)，從而使得其中隱含的科學(xué)思維、科學(xué)探究過(guò)程、科學(xué)探究精神不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用，反而會(huì)降低課堂教學(xué)的效果。所以，教師對(duì)于“諾貝爾獎(jiǎng)”素材的改編就顯得尤為重要，教師要善于挖掘并適當(dāng)“放大”諾貝爾獎(jiǎng)?wù)Q生歷程中有趣的、感人的、遺憾的……小細(xì)節(jié)，以緩沖其本身的枯燥感。也可以結(jié)合當(dāng)下社會(huì)熱點(diǎn)，甚至學(xué)生熟知的網(wǎng)絡(luò)用語(yǔ)等增加學(xué)生對(duì)“諾貝爾獎(jiǎng)”素材的接納程度，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。

（三）感悟科學(xué)精神

切忌注重了科學(xué)本身而忽視了“諾貝爾獎(jiǎng)”素材的育人功能?！爸Z貝爾獎(jiǎng)”素材引入高中生物學(xué)教學(xué)過(guò)程的重要目的之一是感悟科學(xué)的人文性，讓學(xué)生領(lǐng)悟到“諾貝爾獎(jiǎng)”的誕生與人類社會(huì)的發(fā)展、與每位公民的生活密切相關(guān)。科學(xué)發(fā)現(xiàn)與科學(xué)家們鍥而不舍、大膽質(zhì)疑等科學(xué)精神息息相關(guān)，為學(xué)生求實(shí)、理性、創(chuàng)新等品質(zhì)的形成提供模范和榜樣的作用，啟發(fā)學(xué)生崇拜科學(xué)家、走近科學(xué)家、了解科學(xué)家，甚至成為未來(lái)的科學(xué)家的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。