開展3D教學，提升學生理性思維

梁長余

[摘? ?要]以兩個科學史實例為例，通過3D教學培養學生的問題意識及探究科學真理的理性思維和方法，從而促進學生養成嚴謹的科學態度和合作精神。

[關鍵詞]3D教學;理性思維; 科學發現史

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2018）35-0079-02

美國著名的科學史家薩頓說過：“一部科學史，在很大程度上就是一部工具史，這些工具，無論有形或無形，由一系列人物創造出來，以解決他們遇到的某些問題。每種工具和方法都是人類智慧的結晶。” “3D教學”集六十年代初期美國心理學家布魯納提出的“發現教學”、美國心理學家苛勒的“領悟說”、蘇聯教育家贊科夫的“發展性教學理論”于一體，即發現（Discover）、領悟（Digest）、發展（Develop）。高中生物教材蘊含著許多科學發現史的探究性資源，在教學中如果教師能充分利用這一課程資源，并運用3D教學方法，對學生進行科學的思想方法、態度、精神教育，將有助于提高學生的理性思維和科學素養。

一、“遺傳規律的發現”3D教學

在日常教學中，教師多是先講完有絲分裂，緊接著教學減數分裂，這樣的教學學生接受起來看似輕松，但卻容易遺忘，更不利于學生對知識產生規律的發現、領悟和終身發展。教師可先讓學生了解孟德爾所處時代的知識背景，知道前人的融合遺傳觀點;然后從一對相對性狀的豌豆雜交實驗開始，以問題串的形式，讓學生循著孟德爾的足跡，共同合作“探究”當年的豌豆雜交實驗。

發現問題：用純合親本高莖豌豆與矮莖豌豆雜交，不論正交還是反交，發現F1全為高莖， 為什么沒有矮莖？若依照前人的融合遺傳觀點，F1應該介于兩者之間才對。教師先引導學生發現問題，再循著孟德爾的腳步，進一步讓F1自交，發現F2中既有高莖也有矮莖，并且用統計學數據分析發現性狀分離比為3∶1，對其他6對相對性狀進行雜交實驗得到了同樣的結果。“為什么F2中又出現了矮莖，且性狀分離比總是3∶1呢？”對于學生所提出的一系列問題，教師沒有直接給出解釋而是繼續啟發引導：“親本矮莖性狀在F1中未表現，為什么在F2中有表現呢？這三代之間有什么聯系？”學生自然想到初中所學的基因。教師隨之告訴學生在孟德爾的年代還沒有發現基因，孟德爾稱之為“遺傳因子”。在道爾頓原子理論的影響下，孟德爾果斷地摒棄了融合遺傳的觀點，通過嚴謹的推理和大膽的想象，提出自己的顆粒遺傳假說。那遺傳因子有什么特點？又如何傳遞呢？經過步步引導，學生最終得出了問題的解釋，即孟德爾超時代的非凡假說。

【設計意圖】引導學生積極思維，通過實驗設計讓學生提出問題串，培養學生的問題意識，發揮教師的主導作用和學生的主體作用，再由學生解決問題。其中對于3∶1的性狀分離比，學生就如同當時的孟德爾，產生了強烈的好奇心和求知欲，最后都知道：這絕不是偶然，而是經過孟德爾連續8年雜交實驗的積累、7對相對性狀的研究和敏銳的數字頭腦，即統計學的運用而得。顯然在本課教學中，潛移默化地滲透著情感教育。

孟德爾對分離現象的解釋，僅僅建立在一種假說基礎之上，他自己也十分清楚這一點。假說畢竟只是假說，不能用來代替真理，要使假說上升為科學真理，單憑其能清楚地解釋已有的實驗結果是遠遠不夠的，還必須用實驗的方法來驗證假說。如何操作呢？

首先，演繹推理：若孟德爾的四個解釋是正確的，那么讓F1與隱性純合子進行測交，其子代性狀比應該為1∶1，到底是否正確？若正確則說明假說成立;反之，則假說不成立。

其次，實驗驗證：進行測交實驗，統計學結果約為1∶1，符合演繹推理結論。

最后，得出結論：在生物的體細胞中，控制同一性狀的遺傳因子成對存在，不相融合;在形成配子時，成對的遺傳因子發生分離，分離后的遺傳因子分別進入不同的配子中，隨配子遺傳給后代。

教師引導學生主動分析思考，演繹推理出測交實驗方案，這樣不僅可以使學生感受成功的喜悅，更是讓學生體驗到了孟德爾的嚴謹思維，好像回到了孟德爾生活的時代，與孟德爾一同進行著驗證性實驗。

【設計意圖】循著科學家的足跡，經歷“與孟德爾共同思考和‘實驗”，學生不僅感受到了孟德爾堅持不懈的執著精神和敢于創新、勇于實踐的科學求實態度，培養了學生提出問題和分析問題的能力，更是讓學生領悟到了“假說—演繹法”這一科學的研究方法和科學發展的魅力，對學生今后的研究學習和實驗探究能力的提升都具有很好的指導性意義和很大的推動作用。

二、“基因位于染色體上的證據發現”3D教學

在人類對遺傳物質的探索過程中，薩頓和摩爾根都做出了杰出的貢獻。摩爾根曾經明確表示過不相信孟德爾的遺傳理論，對薩頓提出的“基因位于染色體上”的學說更持懷疑態度，認為這是主觀的臆測，缺少實驗證據，他一直琢磨著設計一個實驗，看看遺傳與染色體到底有什么關系，基因又是怎么回事。

“如果你是摩爾根，你會怎么設計呢？”基于學生已經學習領悟了假說—演繹法，以此為契機讓學生運用這一方法來體驗摩爾根的證據發現過程。摩爾根用果蠅作為實驗材料進行以下實驗：親本紅眼雌果蠅與白眼雄果蠅交配，F1全為紅眼，F1雌雄交配得F2，既有紅眼又有白眼且數量比為3∶1，白眼全雄。提出問題：如何解釋這些現象呢？在摩爾根時代，人們已經發現了性染色體：雄果蠅（XY）、雌果蠅（XX）。由于問題跨度太大，教師再分層設計一系列小問題引導學生進行討論：（1）根據果蠅雜交實驗，如何判斷果蠅的顯隱性？（2）果蠅的白眼性狀遺傳有什么特點？是否與性別有關？（3）如果控制果蠅眼色的基因用字母W表示，而且位于X染色體上，你能用基因W和X染色體寫出摩爾根的果蠅雜交實驗遺傳圖解嗎？

學生的思維被重新激活，問題迎刃而解。那么，摩爾根是否馬上就肯定了薩頓的假說了呢？學生又設計了測交實驗進行了驗證，最后教師呈現了摩爾根的實驗，并將其與學生設計的實驗進行對比，給予學生充分的肯定。

【設計意圖】依據摩爾根實驗引導學生發現問題，并進行分析和推理，從中領悟遺傳學的規律，這樣既培養了學生的洞察力、問題意識和簡約、嚴密的思維品質，又發展了學生的科學探究能力和實驗設計能力。

總之，3D教學不是刻板的“1、2、3”，而是一種教學理念，其結構可以視學生、教學內容而靈活處理，如發現問題可以在先，領悟規律在后;技能發展先行，歸納思維發展隨后。蕭伯納曾說過：“我們所期望看到的是主動追求知識的兒童，而不是受制于知識的兒童。”課堂教學中的學習并不是基于知識的傳遞與解釋的理解與習得，而是學生借助知識的運用，展開思考與探究的活動，進而發展多方面能力。

（責任編輯 黃春香）