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    突出科学本质的高三一轮复习策略
    发布时间:2016-12-22 浏览量:1176
    王荐 曹进玲 周芳  (无锡市第一女子中学    214002)
    摘 要 本文介绍了在高三一轮复习中通过突出生物学知识的相互联系、突出生物学方法的实验特点、突出生物学思维的理性特点、突出生物学的科学精神培养来突出科学本质的教学策略。
    关键词 科学本质  高三  复习策略
      科学本质的教育是高中生物学教育的重要目标,其内容包括科学知识、科学思想、科学方法和科学精神等四个方面。在高三复习中,我们突出了科学本质的复习策略,做到了“教得有效、学得愉快、考得满意”,在学业水平成绩和学生科学素养方面都取得了突出的成绩,取得了预期的课题研究的成效。
    1突出生物学知识的相互联系
      高中生物学涉及生物学科多门学科的内容,信息量大、知识点多,在一轮复习过程中,教师要引导学生建构生物学知识网络,通过网络的建构做到:理解准确、记忆深刻。尽管高考教辅材料中都有知识网络,但别人的网络永远是参考,真正有用的网络应该建构在学生的脑中。引导学生构建网络的过程是梳理知识的相互关系,此过程比结果更重要;网络的建构是一个逐步完善的过程,回顾、使用网络的次数越多,网络就越清晰。在帮助学生建构知识网络时,首先引导学生用教材的模块名、章名、节名、大标题建立网络;再根据自己对相关知识点的理解不断完善。例如:生物多样性的三个层次,学生归纳出以下知识网络图:
    图1
      在复习过程中要引导学生根据需要随时构建小网络,形式不拘(例如:物质出入细胞方式、变异的类型、有机物比较等)用关键词和连线建立概念图式的网络等。在建构网络时落实对关键词(生物学术语)的理解,做到准确思考、准确表述。落实关键词的方法是抓住关键点、注意比对。例如生态系统的正负反馈,教师引导学生利用教材内容归纳出以下两个知识网络图:
      落实关键词的注意事项是把握好关键词的层次,明确关键词在知识网络中的位置。科学本质的基础是科学知识的掌握,没有扎实的科学知识,科学素养的提高就是空中楼阁水中花。所以突出科学本质的教学策略与高考着重考查学生对生物学知识的理解和运用的要求是统一的。例如突触前膜释放的神经递质是教学中的一个难点,递质的种类一旦与电位知识联系起来就比较容易理解:兴奋性递质(如乙酰胆碱)使Na+内流,产生动作电位;而抑制性递质(如多巴胺)使Cl-内流,强化了“外正内负”的静息电位。另外递质的三个去向(迅速被酶分解、重吸收回突触小泡、扩散离开突触间隙)一旦理解,学生就很容易用之解释生物学现象:神经-肌肉突触易受化学因素影响,毒扁豆碱可使乙酰胆碱酯酶失去活性;肉毒杆菌毒素可阻断乙酰胆碱释放;箭毒可与乙酰胆碱受体强力结合,却不能使阳离子通道开放。上述物质中可导致肌肉松弛的有______。(解析:毒扁豆碱可使乙酰胆碱酯酶失去活性,会使突触后膜持续兴奋,肌肉表现为持续收缩;肉毒杆菌毒素阻断乙酰胆碱释放或箭毒与乙酰胆碱受体强力结合,不能使阳离子通道开放,均会使突触后膜不能兴奋,导致肌肉松弛。)
    2突出生物学方法的实验特点
      实验在生物学发展中起到了决定性的作用,可以说一部生物学发展史就是一部生物学实验史。在一轮复习中,对于考纲规定的实验,教师要尽可能创造条件让学生亲手做过,并在此过程中有所拓展、有所创新。例如在复习质壁分离实验时,教师不仅提供了紫色洋葱和0.3g/mL蔗糖溶液,还提供了10%KNO3溶液以及菠菜叶和鸭跖草,引导学生判断成熟植物细胞是否有生物活性、测定细胞液浓度、比较不同植物细胞的细胞液浓度、探究不同材料在不同溶液中发生质壁分离的实验现象、探究表皮的气孔开启与关闭的原因(在显微镜下观察鸭跖草叶片保卫细胞吸水与失水)等拓展性实验[1],使学生对细胞吸水对植物生命活动的功能有了深刻的理解。高二时学生利用鸡血和洋葱做过了DNA提取与鉴定实验,高三复习时我们进行实验创新,大胆引用了国外教材的方法,利用学生口腔上皮细胞提取自己的DNA,学生兴趣大增,步骤如下:在一个小纸杯中倒入10毫升蒸馏水,再加入1克盐并搅拌;在另一个小纸杯中倒入3毫升蒸馏水,再加入1毫升洗手液并搅拌匀;用盐水漱口1分钟;将水吐回纸杯;将漱过口的盐水倒入试管;在试管中加入1毫升洗手液溶液;用一小块塑料包装袋将试管口封住,轻轻晃动试管,直至液体充分混合;揭下塑料包装,在试管中加入95%的冰酒精,不要搅拌或也不要使溶液混合;几分钟后观察试管,DNA会漂浮在盐水及洗手液的混合溶液和酒精的分界面,你可以旋动搅拌棒,将DNA提取出来;将DNA溶解于二苯胺试剂加热观察。然后教师组织学生运用所学知识分析讨论实验原理,并得出结论:漱口时,学生采集到了自己的口腔上皮细胞,细胞与盐和清洁剂接触,清洁剂破坏了细胞膜,将DNA释放到溶液中,此外,盐和清洁剂去除了与DNA相结合的蛋白质;在盐、清洁剂和细胞的混合液中加入酒精,除DNA以外的所有物质都会溶解;DNA在冷酒精中不易溶解,所以从溶液中沉淀出来 ,并出现在酒精与混合物的交界面。微生物的实验我们设计成开放式的实验,学生根据实验目的先行设计培养基,再实验操作从环境中筛选出固氮菌、分解尿素菌、分解纤维素菌等,在亲手操作中学生理解了100KPa的含义是高压灭菌锅比外界高出一个大气压(100KPa)、高压灭菌锅为何要先放气后关闭等实验原理。
      对于课本上的经典实验教师组织学生讨论,从操作和原理两个方面来复习。例如噬菌体侵染细菌的实验,教师用问题串组织学生深入讨论:根据这个实验你能得出什么结论?为什么?细菌和病毒那么小,用肉眼是无法观察清楚的,那么科学家是怎么知道DNA进入细菌细胞内,而蛋白质没有进入呢?用同位素标记什么元素?为什么选择35S和32P这两种元素呢?能不能同时用35S和32P标记噬菌体?为什么?用什么办法才能使噬菌体标记上同位素呢?用含同位素标记的噬菌体去侵染不含同位素标记的细菌,结果将会如何?培养液中我们没有办法直接看到32P位于细菌内,35S位于细菌之外,有什么办法能够知道呢?35S标记噬菌体侵染细菌后为什么沉淀物有少量放射性?32P标记噬菌体侵染细菌后为什么上清液也有少量放射性?
      实验复习一方面要在实践中加深对原理的理解,另一方面要及时组织学生对实验进行总结归纳,如不同浓度酒精的使用、需要显微镜的实验等等。下表为学生总结的5种颜色反应。
    3突出生物学思维的理性特点
      由于生物多数由肉眼看不见的细胞组成,其内部生理过程无法直观地观察到,因此生物学科的发展离不开实验仪器的发展以及科学家对实验现象的分析,它作为自然科学就具有严密的理性思维特点和缜密的逻辑推理过程,这是培养学生理解科学本质的良好素材。在高三一轮复习过程中,教师要充分挖掘教材中的素材,设计有效教学环节,优化学生的思维方式。
      例如在遗传物质发现过程中每位科学家的思维过程和实验分析都值得学生用心体会:他们实验的自变量、因变量分别是什么?他们的实验设计有瑕疵吗?他们的推理过程是如何进行的?实验结论有适用范围吗?推测和结论有何区别?引导学生通过填写下表体会科学家的理性思维方式,领会科学思想的本质。
      又如萨顿运用类比推理的思维方式进行推理,其“因”是“基因和染色体行为存在着明显的平行关系”(四个现象),“果”是他得出的推论:基因是由染色体携带着从亲代传给下一代的。在此基础上,引导学生讨论判断题:每条染色体上载有许多基因可以说明基因遗传行为与染色体行为是平行的。经过讨论,学生理解了此判断似是而非,颠倒了因果关系,所以是错误的。
      又例如遗传密码的确定就是科学家理性思维的火花,它帮助科学家从纷繁复杂的实验现象中一下子抓住了问题的核心和本质。教师可以设计以下习题,帮助学生重温历史、感受科学家的科研智慧:
    (1) 根据实验1,苯丙氨酸的遗传密码可能是     ,理由是        。
    (2) 根据实验2结果,可以确定密码子不可能由2个相邻碱基组成,主要理由是   。
    (3) 分析实验2、3,可以确定部分氨基酸的密码子。请写出氨基酸及其所对应的密码子为                 。(答案略)
      理性思维是一种抽象的思维,但不排斥思维的可视化方法,将抽象的生物学原理和生命过程用图表的形式来分析,同样可以起到培养理性思维能力的作用。例题:为了调查太湖某一水层是否有自养生物存在,及其产氧量能否维持本层水体生物呼吸耗氧所需,可用黑白瓶法测定该水层生物昼夜平均代谢率来判定。白瓶为透明玻璃瓶,其水体溶解O2的昼夜变化值为水中生物光合作用产生的O2与呼吸消耗的O2的差值(以WDO表示);黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶,瓶中水体溶解O2的昼夜变化值为水中生物呼吸消耗的O2 (以BDO表示)。请完成下列实验并预测实验结果并分析。
    解答:实验过程(略)。实验结果分析:  
     
      用数轴来直观的分析,B代表呼吸作用耗氧量,W代表光合作用与呼吸作用的差值。从数轴上可以看出,无非是三种情况:①白瓶中无自养生物,则白瓶与黑瓶一样,W<0,为负值,而且W=B;②白瓶中有自养生物,但光合作用<呼吸作用,则W<0,W>B,光合作用=B-W;③白瓶中有自养生物,而且光合作用≥呼吸作用,则W≥0,W位于初始溶氧量的右边,光合作用=B+W。
    4突出生物学的科学精神培养
      科学精神是伴随近代科学的诞生,在继承人类先前思想遗产的基础上,逐渐发展起来的科学理念和科学传统的积淀,是科学文化深层结构(行为观念层次)中蕴涵的价值和规范的综合[2]。培养学生的科学精神就是引导他们对真善美的追求,这应该是科学教育的核心内容之一,在高三一轮复习中只要教师用心挖掘不难发现有很多情境材料可以利用。例如道尔顿发现了自己是色盲患者后,没有沮丧和难过,而是努力要搞清楚这是怎么回事?他写出了人类第一篇关于色盲的论文,但事实上,他对于色盲的全部分析思路和研究结果都是错误的。他认为色盲患者眼球里含水物质是浅黄色的,能吸收太阳光谱中的红色,从而导致患者看不见红色。他对自己的分析深信不疑,甚至安排了死后的眼球解剖,他把自己的一个眼球留了下来,存放在英国皇家学会。直到20世纪末,经过DNA分析,才发现他眼球中的眼液完全正常,只是缺少对绿色敏感的色素,确定为遗传致病[3]。这是科学家求真的科学精神的体现。巴斯德作为微生物学的奠基人不仅贡献卓著,而且个人品德了得。他运用他的智慧发明了巴氏消毒法,研制成功了炭疽杆菌疫苗和狂犬病疫苗,还挽救了法国的啤酒业和养蚕业,他说过“科学没有国界,但科学家有自己的祖国。”普法战争后他毅然退回了德国波恩大学颁发给他的荣誉博士学位证书,体现了一个科学家的品德修养、爱国情操。其他像科学史中荷兰的德弗里斯、德国的科林斯和奥地利的切尔马克不掠孟德尔科研成果之美,达尔文将华莱士论文同时发表的美举都是善的表现。至于科学精神中的美就更多了,像哈温定律的简洁之美、细胞学说的统一之美、达尔文学说的进化之美、从细胞到生物圈的和谐之美都可以成为科学精神教育的素材,使高三复习课也涂抹上人文的色彩。
      另外科学精神的培养还包括引导学生运用所学知识分析社会现象和科学进展。例如引导学生正确分析商业广告中酸性食品和碱性食品对所谓“酸性体质”和“碱性体质”的治疗效果,“干细胞银行”、氨基酸片、增强记忆力药片的广告等等,增强学生在真实情境中保持质疑的态度、理性地综合运用知识来应对社会问题的能力。补充生物学最新成果应该是高三教师常做之事,这可以激发学生的兴趣,普及科学知识,弘扬科学精神。教师可以将有关内容发在班级群里,打印张贴在教学楼走廊,如诺贝尔生理与医学奖、施一公教授团队发现剪接体结构、发光基因的应用、基因剪接等内容都成为学生讨论的热点话题,大大激发了他们对生物学科的热爱,这也是科学精神培养的重要内容。
    (基金项目:江苏省“十二五”规划立项课题“突出科学本质的生物学教学策略研究”,D/2015/02/349)
      
      主要参考文献
     [1] [美]帕梅拉·沃克,伊莱恩·伍德.遗传科学实验[M].上海: 上海科学技术文献出版社,2012: 50. 
    [2] 李醒民.科学的文化意蕴[M].北京: 高等教育出版社,2007: 215-216.
    [3] 陈洁.尤里卡--科学精神的别样读本[M].北京: 三联书店,2010: 126.
    本文发表于《中学生物教学》2016年12期
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