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学习生物科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路,理解科学的本质和科学研究的方法,学习科学家献身科学的精神,从而提高学生的生物科学素养,这是新课程的基本理念。在高考复习过程中,科学史也是重要的内容之一,其目标不仅仅是理解掌握科学结论,更重要的是体验科学思维方法,提升科学探究能力。在复习过程中,对教材中的科学史进行整体设计,通过三个环节的复习,能很好地实现复习目标。
1 经典回顾
本环节的复习目标是梳理科学实验,理解掌握实验目的、材料、过程、结果与结论。教师将教材中科学史内容进行完整的整理,以学生自主,教师引导、点拔、提升为主要学习方式。
以生长素的发现为例,教师课前设计自主学习学案,帮助学生梳理四个关键实验的方法与结论。在此越础上,师生互动交流,分析:如何设置实验变量?如何观察实验结果?如何排除干扰变量?如何理解对照实验的原则、方法?……最后,要求学生独立完成相关实验的设计与分析,培帮学生运用知识和疗法的迁移能力。
1.1 自主完成学案
学生根据相关实验过程与结果,分析归纳实验结论,或根据实验结论回忆实验过程及结果,完成学案填写,这样使学生在全面了解各实验过程与结论的基础上,全面理解四个关键实验的逻辑关系。
1.2 师生互动分析
在学生全面自主复习的基础上,展开师生对话。教师提出系列问题,引导学生进行深入思考。如:①达尔文明排除法发现了尖端对向光生长有重要作用,在此基础上,提出了怎样的假设?你是如何分析达尔文实验上作出似没的?②詹森、拜尔实验对达尔文的推论进行了进一步的验证。詹森实验还需要做什么改进?如果运用云母片还可以怎样设计?拜尔实验为什么一定要在黑暗条件中进行?③温特实验进一步验证了“这种刺激确实是某种物质”。温特实验中琼脂的作用是什么?他是如何验证琼脂块中含有促进生长的物质的?其对照组该如何设计?④从实验中,我们掌握了哪些知识?学会了哪些方法?
在讨论交流的基础上,教师指导学生关注实验设计中的对照原则、单一变量原则,学会确定观测指标,学会控制干扰。
1.3 延伸拓展
在习得相关知识、方法的基础上、教师没计探究问题,指导学生独立完成,对实验进行拓展深化。“验证生长素从形态学上端向形态学下端运输,不可逆转”的探究很好地考查了学生设置单一变量(从形态学上端到下端和从形态学下端到上端)以及控制无关变量(如重力作用)的能力,还考查了学生对琼脂作用的迁移能力。再如“验证生长素分布不均匀是受单侧光刺激,由向光侧向背光侧运输的结果,而不是受光分解的结果”、“探究生长素作用于胚芽鞘尖端以下部位”等都是很好的研究课题。
2 妙点精析
科学史上每一个重大的发现都离不开科学家锲而不舍、实事求是的精神,更离不开独特的科学思维与方法。本环节是对科学史中实验材料、实验方法的整体归纳。教师精心设计,引导学生回忆、整理、体会科学家独特的思维。
2.1 实验材料的分析
教师列举“细胞膜结构模型的建立”、“噬菌体侵染细菌”、“孟德尔杂交实验”等实验,要求学生分析实验材料的特点,体会其精妙之处,理解实验材料的选择是实验成功的基础。
2.2 归纳实验方法
在高中生物科学史中介绍了很多科学方法,如孟德尔的似设一演绎法、萨顿的类比推理法以及沃森、克里克的模型建构法,同位素示踪法是最常用的实验方法。在复习过程中,教师要引导学生归纳整理,体会科学方法的独特意义。
2.3 典型买验的剖析
教师选择教材中有代表性的典型实验引导学生全面分析。如从实验材料、排除干扰、观测指标、对照设计等方面分析恩吉尔曼实验设计的巧妙之处。教师引导学生发现水绵有细而长的带状叶绿体,且螺旋状分布在细胞中,便于观察分析。将临时装片置于黑暗并且没有空气的环境下能很好地排除干扰。最巧妙的是通过检测好氧性细菌的分布准确判断了水绵细胞释放氧的部位。
3 迁移提升
在自主梳理、师生互动的基础上,教师创设新情境,巩固相关知识与方法的同时,考查学生迁移能力及解决新问题的能力。在本环节中,教师应分层次设计三类习题。一类是针对教材实验的相关知识进行巩固训练,例如针对生长素的发现实验设计的练习1,此类为基础性练习。第二类是针对教材实验中的科学方法在新情境中的运用,例如针对放射性同位素方法的运用设计,此类为能力性练习。第三类是针对教材中没有的科学史实验设计的练习,需要注意的是所选实验应与教材中相关知识有一定的联系,例如针对遗传密码的发现设计的练习2,此类练习培养了学生学习新知识解决新问题的能力。
在复习同位素示踪法时,教师请学生找出科学史中哪些实验运用了此法,并说出标记元素及实验过程与结论,总结成如表1所示的表格,加深对同位素示踪的理解。
练习1:①如图1所示,请设计一个简单的实验证明A、B琼脂块的生长素含量相同。
材料:玉米胚芽鞘。
请在图1右侧画出实验示意图。
②设计实验验证单侧光引起生长素分布在背光侧多于向光侧。
材料:玉米胚芽鞘若干,琼脂小块,光源,带一小孔的暗箱,刀片。
请画出实验示意图及结果预测示意图。
练习2:克里克和布伦纳等科学家用噬菌体做了如下实验:在其DNA的某两个相邻碱基对中间插入一个碱基对,使得密码子顺序“…AUGCAUGUUAUU…”变成“…AUGCCAUGUUAU…”,得到的肽链就会彻底错位。再减去一个碱基对,则使密码子顺序中的“UGU”后面减去一个“U”,变成“…AUGCCAUGUAUU…”,结果合成的肽链只有两个氨基酸和原来的不一样。克里克和布伦纳等科学家的实验证明了______。
1 经典回顾
本环节的复习目标是梳理科学实验,理解掌握实验目的、材料、过程、结果与结论。教师将教材中科学史内容进行完整的整理,以学生自主,教师引导、点拔、提升为主要学习方式。
以生长素的发现为例,教师课前设计自主学习学案,帮助学生梳理四个关键实验的方法与结论。在此越础上,师生互动交流,分析:如何设置实验变量?如何观察实验结果?如何排除干扰变量?如何理解对照实验的原则、方法?……最后,要求学生独立完成相关实验的设计与分析,培帮学生运用知识和疗法的迁移能力。
1.1 自主完成学案
学生根据相关实验过程与结果,分析归纳实验结论,或根据实验结论回忆实验过程及结果,完成学案填写,这样使学生在全面了解各实验过程与结论的基础上,全面理解四个关键实验的逻辑关系。
1.2 师生互动分析
在学生全面自主复习的基础上,展开师生对话。教师提出系列问题,引导学生进行深入思考。如:①达尔文明排除法发现了尖端对向光生长有重要作用,在此基础上,提出了怎样的假设?你是如何分析达尔文实验上作出似没的?②詹森、拜尔实验对达尔文的推论进行了进一步的验证。詹森实验还需要做什么改进?如果运用云母片还可以怎样设计?拜尔实验为什么一定要在黑暗条件中进行?③温特实验进一步验证了“这种刺激确实是某种物质”。温特实验中琼脂的作用是什么?他是如何验证琼脂块中含有促进生长的物质的?其对照组该如何设计?④从实验中,我们掌握了哪些知识?学会了哪些方法?
在讨论交流的基础上,教师指导学生关注实验设计中的对照原则、单一变量原则,学会确定观测指标,学会控制干扰。
1.3 延伸拓展
在习得相关知识、方法的基础上、教师没计探究问题,指导学生独立完成,对实验进行拓展深化。“验证生长素从形态学上端向形态学下端运输,不可逆转”的探究很好地考查了学生设置单一变量(从形态学上端到下端和从形态学下端到上端)以及控制无关变量(如重力作用)的能力,还考查了学生对琼脂作用的迁移能力。再如“验证生长素分布不均匀是受单侧光刺激,由向光侧向背光侧运输的结果,而不是受光分解的结果”、“探究生长素作用于胚芽鞘尖端以下部位”等都是很好的研究课题。
2 妙点精析
科学史上每一个重大的发现都离不开科学家锲而不舍、实事求是的精神,更离不开独特的科学思维与方法。本环节是对科学史中实验材料、实验方法的整体归纳。教师精心设计,引导学生回忆、整理、体会科学家独特的思维。
2.1 实验材料的分析
教师列举“细胞膜结构模型的建立”、“噬菌体侵染细菌”、“孟德尔杂交实验”等实验,要求学生分析实验材料的特点,体会其精妙之处,理解实验材料的选择是实验成功的基础。
2.2 归纳实验方法
在高中生物科学史中介绍了很多科学方法,如孟德尔的似设一演绎法、萨顿的类比推理法以及沃森、克里克的模型建构法,同位素示踪法是最常用的实验方法。在复习过程中,教师要引导学生归纳整理,体会科学方法的独特意义。
2.3 典型买验的剖析
教师选择教材中有代表性的典型实验引导学生全面分析。如从实验材料、排除干扰、观测指标、对照设计等方面分析恩吉尔曼实验设计的巧妙之处。教师引导学生发现水绵有细而长的带状叶绿体,且螺旋状分布在细胞中,便于观察分析。将临时装片置于黑暗并且没有空气的环境下能很好地排除干扰。最巧妙的是通过检测好氧性细菌的分布准确判断了水绵细胞释放氧的部位。
3 迁移提升
在自主梳理、师生互动的基础上,教师创设新情境,巩固相关知识与方法的同时,考查学生迁移能力及解决新问题的能力。在本环节中,教师应分层次设计三类习题。一类是针对教材实验的相关知识进行巩固训练,例如针对生长素的发现实验设计的练习1,此类为基础性练习。第二类是针对教材实验中的科学方法在新情境中的运用,例如针对放射性同位素方法的运用设计,此类为能力性练习。第三类是针对教材中没有的科学史实验设计的练习,需要注意的是所选实验应与教材中相关知识有一定的联系,例如针对遗传密码的发现设计的练习2,此类练习培养了学生学习新知识解决新问题的能力。
在复习同位素示踪法时,教师请学生找出科学史中哪些实验运用了此法,并说出标记元素及实验过程与结论,总结成如表1所示的表格,加深对同位素示踪的理解。
练习1:①如图1所示,请设计一个简单的实验证明A、B琼脂块的生长素含量相同。
材料:玉米胚芽鞘。
请在图1右侧画出实验示意图。
②设计实验验证单侧光引起生长素分布在背光侧多于向光侧。
材料:玉米胚芽鞘若干,琼脂小块,光源,带一小孔的暗箱,刀片。
请画出实验示意图及结果预测示意图。
练习2:克里克和布伦纳等科学家用噬菌体做了如下实验:在其DNA的某两个相邻碱基对中间插入一个碱基对,使得密码子顺序“…AUGCAUGUUAUU…”变成“…AUGCCAUGUUAU…”,得到的肽链就会彻底错位。再减去一个碱基对,则使密码子顺序中的“UGU”后面减去一个“U”,变成“…AUGCCAUGUAUU…”,结果合成的肽链只有两个氨基酸和原来的不一样。克里克和布伦纳等科学家的实验证明了______。