例談基于前置活動體驗的主體性課堂構建

曾 華

(福建省福州屏東中學 350003)

在深化基礎教育課程改革的背景下，以“學習者為中心”的學習方式變革再次被提出。這一學習方式強調知識不再是追逐對事物先在本質的、與個人無關的客觀性，而是由認識者個人在親歷探究過程中的體驗、情感、個人化理解等共同構成。在這種視野中，體驗學習應該成為一種普遍的學習方法，即學習是基于自己的經驗背景下，在特定情境下的活動過程[1]。

筆者以“種群基因頻率的改變與生物進化”部分內容的教學為例，采用課內外一體化教學模式進行教學的設計思路及體會。

1 教材分析

“種群基因頻率的改變與生物進化”是人教版高中生物學必修2第7章第2節第一部分的內容，是高中生物學中闡釋進化的核心章節。在現代生物進化理論的研究中經常用到數學和統計學的方法，教材中兩個活動“思考與討論——用數學方法討論基因頻率的變化”及“探究——自然選擇對種群基因頻率變化的影響”也是從數學角度進行研究，意在體現這種方法在科學探究上的獨特價值，這是本節的教學重點；但生命現象與抽象的數學方法上缺乏直觀的聯系，涉及遺傳學內容，又不是學生熟悉的個體間的關系，而是在種群這個范圍內討論，純粹用數學方法推導，易形成思維斷點，所以這部分知識往往成為學生學習的難點，教師雖然能夠按照教材中這兩個活動展開教學，但學生是知其然而不知其所以然，不能深入領悟其中的韻味。

筆者通過設計模擬活動作為難點突破口，在生命現象與抽象數學思維間架設橋梁，構筑重師生平等對話、重學生生成發展的主體性課堂。

2 模擬活動的設計及實施

2.1 活動方案設計 活動的設計以英國曼徹斯特樺尺蠖在工業時代的黑化現象為背景，對美國高中生物學教材《生命的動力》中的網絡生物實驗“自然選擇和等位基因頻率”的活動[2]進行改編，并融合本節教材中的“思考與討論”及“探究”兩個內容。

活動的材料是兩個裝有黑白棋子各半的棋盒，模擬能產生含G(控制深色的基因)和g(控制淺色的基因)兩種配子的種群中的所有雌個體和雄個體，活動時從兩個棋盒抓取棋子組合在一起，模擬生殖過程中雌雄個體的隨機交配產生一個后代，每輪都產生50個后代，然后根據各小組選擇的環境壓力(①自然選擇對體色這一相對性狀沒有作用；②在食蟲鳥的作用下，淘汰部分淺色樺尺蠖；③工業污染更嚴重，淘汰更多的淺色樺尺蠖)對50個后代做數據上的篩選處理，模擬食蟲鳥的捕獵。共進行5個世代，計算每個世代的基因型頻率和基因頻率的變化，并記錄在表格里，繪制曲線，進而解釋自然選擇是如何影響等位基因頻率的。

2.2 活動方案實施 高二學生已有一定的解決問題、合作探究能力。接到任務后，學習小組自行確定活動時間，并對任務細化分工。開始時，學生先要自主完成本節的一些概念學習，如基因頻率、基因型頻率等；在操作中，雖是概率和排列組合的數學活動，但置于實際情境中，學生要具體操作類比為種群繁衍過程中自由交配及環境對基因頻率的作用，領悟活動的生物學含義，并記錄數據，用曲線圖呈現結果。

3 主體性課堂的構建

基于學生的課外活動體驗，本節課的課堂教學設計依舊以樺尺蠖體色變化究因溯源為主線索，以原有的活動小組為學習單位，通過新任務推動學習活動的開展。

3.1 個體層面上解釋樺尺蠖的黑化現象 本節設計從不同背景圖片中尋找樺尺蠖開始，體會樺尺蠖對環境的適應性，并引出問題：“工業革命后，曼徹斯特的樺尺蠖為什么變得以黑色為主了？”

在學生提出各種解釋后，提供學習資料：①20世紀50年代，英國生物學家凱特威爾在工業污染嚴重的地區進行野外實驗，用標志重捕法發現一周后重新捕獲的黑蛾的比例遠大于淺色蛾，在未受污染的地區重復實驗，結果恰恰相反；②劍橋大學遺傳學教授麥克·馬杰魯斯用七年的時間每天花上幾個小時用望遠鏡觀察、記錄鳥類在他家的花園捕食樺尺蠖的情況。他觀察到，由于劍橋沒有被污染，黑蛾的確比淺色蛾更容易被鳥類捕食。

組織學生分析討論，幫助學生意識到觀點的認可度取決于論據的說服力，進而領悟到自然選擇學說的進化理論之所以為大多數人普遍接受，其重要原因是它經得起理性思維的錘煉。

3.2 分子層面上，解釋樺尺蠖的黑化現象 遺傳學發展到分子水平，對進化的認識已透過性狀這個表象而關注到本質——基因的擴散。雖然從分子層面上無法直接觀察論證，但可以借助模擬活動用數學方法來演繹這個過程。

3.2.1 課堂任務方案設計 展示選擇A條件(即自然選擇對體色這一相對性狀沒有作用)小組的活動結果及結論，曲線多數呈現的是基因頻率都圍繞著最初基因頻率上下波動，基本假設在此條件下，基因頻率是不變的，那么如何證明呢？組織小組完成課堂任務。

任務一：設種群里基因頻率G%=p，g%=q，p+q=1，求證：子代基因頻率與親代是穩定不變的。①先求子一代基因型頻率(表1)。②再推算子一代基因頻率：G%=？g%=?③完成表2。

表1 子一代基因型頻率的計算

表2 子一代、子二代相關數據計算

哈代—溫伯格平衡定律：在理想狀態下，各等位基因的頻率和等位基因的基因型頻率在遺傳中是穩定不變的，即保持基本平衡。

任務二：自然選擇是怎樣影響到種群基因頻率的？

任務三：討論哈代—溫伯格平衡定律的成立要滿足哪些條件？

3.2.2 課堂任務方案實施 相較課外的探究，課內多了其他活動小組，還有教師這個活動的設計者及有力的支援者。在遞進任務驅動下，除了生生間，又多了師生間、組間的信息流向，對話成了主要形式，從而有能力指向更深層次的問題探討。

在任務一中，小組結合課前的黑白棋子的模擬活動，發現在配子發生及結合的隨機性后面有著數學概率和排列組合規律可循，生物問題轉化成了數學問題，用數學方法解決；用基因型頻率推算基因頻率的方法可以在教師引導下完成，最終哈代—溫伯格平衡定律的證明水到渠成。在任務二中，讓選擇B、C條件的小組先展示他們的活動結果，曲線變化中直觀顯現了在自然選擇下基因頻率的定向改變，且壓力越大，改變速度越快，然后借助問題“在自然選擇過程中，直接受選擇的是基因型還是表現型？為什么？”“樹干變黑會影響樺尺蠖種群中淺色個體的出生率嗎？為什么？”，從而幫助學生在自然選擇、表現型、基因型、基因頻率概念間建立邏輯聯系。在任務三中，自然選擇、遷入遷出及突變對基因頻率的影響都是顯見的，學生容易分析出來；而需要種群非常大及個體間都能自由交配這兩個條件不容易理解，教師可以引導學生從平衡定律的數學求證條件來分析，如果不是種群極大，雌雄個體中的配子比是不能用種群基因頻率來替代的，如果不是自由交配，子一代的基因型頻率是不能用棋盤法推算的。

4 教學反思

4.1 重平等對話，實現知識的生成性 不管是課前活動還是課堂提供的學習資料，都是為學生搭建能夠師生平等對話的平臺。如達爾文的自然選擇和拉馬克的用進廢退都能很好解釋樺尺蠖的工業黑化現象，相較于傳統教學中教師以知識權威方式發布自然選擇學說的正確性，不如提供資料，帶著學生親歷它的立論過程，從而將它理解內化。這種論證式教學，可以幫助學生“以科學家的思維方法或模擬科學家的研究過程”進行學習，在學會生物學知識的同時體驗科學研究方法，逐步養成科學的思維方式[3]。

4.2 重體驗參與，呈現真相的復雜性 體驗學習的過程會生成不可預料的意義，因為真正的知識也蘊含了不確定性。例如，一個小組選擇環境對翅色這個性狀沒有選擇作用的條件進行研究，其結果與其他同樣條件的小組的偏偏不一樣。在五個世代后，基因頻率發生了明顯的方向性改變，難不成操作錯誤？抓住此次機會，筆者引導學生從數學角度分析，在種群小的情況下可能發生這種情況，為哈代—溫伯格平衡定律成立需要在種群極大條件下提供了一個有力證據，而此恰巧又模擬了進化中的遺傳漂變現象，讓學生也認識到進化的復雜性。

4.3 重明理開放，推動思維的創新性 不把知識作為客觀權威來追求，尊重理性，使思維不受束縛，使創新性成為可能。例如，有一個小組在研究環境對性狀有壓力下基因頻率的變化時，用到了excel中的函數方法把結果推算到N代，并生成曲線，呈現出隱性基因的頻率趨于極小，但不會消失掉，學生解釋是因為隱性基因隱藏在雜合子中去了，所以在大自然里，那些不利的隱性基因并沒有消失掉，相較于這種個人化的理解，學生更大的收獲是將數學方法用到進化實質的研究，為這部分知識的學習開辟了一條新途徑。

(基金項目：福建省教科所“十三五”規劃2016年度教育科學改革專項課題“參與者知識觀下高中生物課內外一體化教學模式研究”,No.FJJG16-17)