以科學史為載體培養學生理性思維的教學實踐研究
——以“染色體變異”教學為例

（江蘇省華羅庚中學 江蘇常州 213200）

科學思維是生物學學科核心素養之一，是學生自主獲取新知識、開展科學探究及實踐創新的前提。理性思維則是科學思維的重要組成部分，是指對事物進行觀察、比較、分析、綜合、抽象與概括的思維方式，是建立在證據和邏輯推理基礎上的、嚴格遵守邏輯規律的思維方式。學生理性思維發展的直接價值就是提高學生的科學思維能力。在中學教學過程中，學生的理性思維能力培養越來越受到重視。

生命科學史是生命科學的發展史，是人類思考和解決生物學問題的思想歷程。它為學生科學探究活動提供了鮮活的資料，有利于培養學生的學習興趣，更能增強學生理性思維能力與科學探究水平。如何利用科學史優化教學，讓其成為發展學生理性思維的載體，值得教師去實踐和探索。

“染色體變異”是人教版教科書《必修2·遺傳與進化》的教學內容。由于染色體組的抽象性與復雜性，本節內容對學生的邏輯思維和辯證思維要求較高。筆者以本節部分教學內容為例，探討以科學史為載體，培養學生理性思維的教學實踐。

1 以果蠅染色體變異發現的科學史為導引，發展批判性思維

批判性思維是理性思維方式中的高階思維，它要求個體能夠基于客觀事實進行理性的分析和評價，能夠從多個角度提出、思考和分析問題。

該模塊科學史教學案例：在1917年，摩爾根的學生布里奇斯發現了一只特別的果蠅。它的眼睛是棒狀的，而野生型的果蠅都是卵圓形眼。

教師設問：性狀是由什么決定的？這只棒狀眼果蠅的產生可能是什么原因？當時有沒有基因測序？基因在哪里呢？

設計意圖：教師以科學史事實為導引，奠定整節課的基調，即圍繞科學史研究展開，給學生營造了思維探究的氛圍。教師拋出開放性問題，鼓勵學生大膽猜想、合理假設，促進學生嘗試從不同角度看待問題，用多種方法解決問題，從而使學生的思維更開闊。

2 以果蠅染色體結構變異的科學史為背景，發展演繹推理思維

演繹是在一般中發現個別的推理形式和思維方式。人們對事物的認識往往從個別開始，然后擴展到一般，再從一般進一步認識個別。這種方法的運用要求個體能正確掌握、理解作為指導思想或依據的一般原理、原則；同時要對研究的課題、所探討問題的實際情況全面了解，才能推導出一般原理用于特定事物的結論。

該模塊科學史教學案例：布里奇斯在顯微鏡下觀察了這只棒狀眼果蠅的染色體。他發現：這只果蠅的X染色體的某些區段多了一部分，而其他染色體無差別，這就是果蠅棒狀眼產生的原因。

教師展示果蠅棒狀眼與正常眼的圖片，用磁性貼演示染色體的片段重復，設問：染色體多了一部分出來，基因有什么變化呢？這還是基因突變嗎？學生討論后，總結：染色體變異的類型之一——重復。教師追問：在一條染色體上還能發生哪些變化呢？學生用磁性貼在白板上演示缺失與倒位現象，并交流描述基因的變化。教師繼續引導：一條染色體內可以自己交換片段。那么，兩條染色體間能不能互相交換呢？學生板演易位的情況。教師引導學生回顧交叉互換的知識，與易位進行辨析。

設計意圖：該部分教學改變傳統教學中直接給出各種染色體結構變異的類型，單純進行講解或舉例的做法。教師以染色體變異科學史為研究背景，引導學生分析突變型果蠅產生的原因，從原理上辨析染色體變異與基因突變。這樣可以從簡單的染色體片段重復入手，引導學生動手推理，從學生的板演到科學史料的證實，培養實證意識，鍛煉演繹推理思維；通過辨析易位與交叉互換，培養學生辯證思維與邏輯的嚴密性。

3 以果蠅染色體數目變異的科學史為載體，發展分析與綜合思維

分析是把研究對象的整體分解為一個個部分分別加以研究的方法。綜合是把研究對象的各個部分或各個方面聯系起來考察，從整體上去認識和把握研究對象的思維方法。分析是最基本的思維方法，無論是歸納還是演繹推理都離不開分析思維。

該模塊科學史教學案例：教師介紹染色體變異發現史上，布里奇斯在利用果蠅證明“基因在染色體上”時，發現變異果蠅具有這樣的染色體組成（圖1、圖2），設問：它的染色體組成與正常果蠅相比有什么特點？教師展示圖3，介紹具有該染色體組成的果蠅在胚胎期就死亡了。

教師展示布里奇斯還發現了另一種罕見的雌果蠅，它的染色體組成如圖4所示，并提出問題，引導學生思考：它與正常果蠅的染色體組成相比又有什么不同？這只果蠅多了些染色體，這些染色體有什么特點？（彼此之間大小相同嗎？）一般稱它們為什么？這一個組合里包含果蠅生長發育所需的全部遺傳信息嗎？

通過設疑——發問——思考，教師幫助學生厘清染色體組的組成要素，促進學生總結染色體組的概念。教師追問：像這樣的染色體組，這只雌果蠅有幾個？正常果蠅的體細胞中有幾個這樣的染色體組？每個染色體組上的組成有哪些？接著，教師和學生共同總結識別染色體組的方法，并用道具進行小組演練。

設計意圖：一般課堂在教授該部分內容時，往往缺乏研究的情境，課堂略顯沉悶與機械化。本模塊的設計旨在給學生鋪墊一個思考與探索的臺階，由4種變異果蠅的細胞圖引導學生關注果蠅的染色體數目變化，使學生通過比較與分析，建構染色體組的概念，繼而回歸到正常果蠅的染色體組，深化理解。學生應用自主思維獲得的概念辨析各種染色體組道具，分析染色體組數與組成。

科學史的教學不一定局限于書本提供的教學資源，教師亦可以通過查證各種文獻資料完善研究的歷程。例如，本節課以科學家的發現為導引，在尊重學生認知規律的前提下，促進學生動手操作、動腦分析、動口表述，從而讓學生逐步自主形成概念。教師采取各種教學方法，發展學生的分析與綜合能力、演繹與邏輯推理能力、模型與建模能力、批判性思維能力，能有效促進學生理性思維的培養，同時亦有利于培養正確的生命觀和社會責任感。