基于科學(xué)思維能力培養(yǎng)的教學(xué)實踐

張玄可 孫甜甜 袁倫強(qiáng)

摘要 以“基因與染色體的關(guān)系”為例在復(fù)習(xí)課中嘗試落實生物學(xué)科核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的教學(xué)設(shè)計。圍繞課程目標(biāo)設(shè)計啟發(fā)性情境，由學(xué)生在具體情境中自探質(zhì)疑、小組合作探究、學(xué)生展示及點評、新情境中運用拓展，探索過程中落實科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞 教學(xué)設(shè)計科學(xué)思維復(fù)習(xí)課

中圖分類號C633. 91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確將生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任作為生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的四個基本要素。在新課標(biāo)、新教材、新高考到來之際，如何在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力？筆者圍繞“基因與染色體的關(guān)系”一課的設(shè)計進(jìn)行探討。

1 設(shè)計思路

科學(xué)思維的培育需要具體的教學(xué)情境，只有在問題情境中借助解決問題的探究實踐才能培養(yǎng)起來。合適的問題情境往往能夠激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的問題意識和探究動機(jī)。在自主探究的過程中獲得的知識能夠被運用到實踐中解決問題，并推動實踐發(fā)展才是“活的知識”。在開展科學(xué)探究活動時，學(xué)生要像科學(xué)家發(fā)現(xiàn)知識那樣，學(xué)會質(zhì)疑、發(fā)現(xiàn)和提出問題，學(xué)會在分析材料的基礎(chǔ)上，通過提出假設(shè)和驗證假設(shè)，自主地推出結(jié)論。

在教學(xué)中，教師創(chuàng)設(shè)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的教學(xué)情境，不再完全受制于文本（教材和教參），引導(dǎo)學(xué)生能夠按自己的方式思考。根據(jù)高三年級復(fù)習(xí)課中知識結(jié)構(gòu)共建的特點，以基因和染色體的位置關(guān)系及相關(guān)的實驗設(shè)計為例，探討教學(xué)流程（圖1）。

2 教學(xué)過程

2.1 創(chuàng)設(shè)情境、自探質(zhì)疑

在一輪復(fù)習(xí)教材《必修2.遺傳與變異>第二章的“基因在染色體上”和“伴性遺傳”時，學(xué)生的關(guān)注點往往是相關(guān)題目，缺乏對摩爾根果蠅雜交實驗的“假說一演繹法”分析。基于所遇到的題型以及生活常識，教師引導(dǎo)學(xué)生提出相關(guān)問題。例如，為什么摩爾根實驗中F2代白眼果蠅都是雄性？如何利用假說一演繹法，驗證摩爾根的假設(shè)？如何判斷一個基因在細(xì)胞中的位置？關(guān)于基因在性染色體上的位置關(guān)系，如何用實驗驗證？

設(shè)計意圖：基于教材提出有價值的問題是誘發(fā)學(xué)生探究和思考的關(guān)鍵，是科學(xué)探究的“第一步”。因此，引導(dǎo)學(xué)生深度挖掘教材中科學(xué)結(jié)論得出的過程，運用批判性思維對結(jié)論提出合理的質(zhì)疑，回顧并結(jié)合所遇到的問題，是科學(xué)思維形成的原動力，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的起跑線。

針對學(xué)生提出的問題，學(xué)生充分討論、交流、表達(dá)、論證后，確定進(jìn)一步合作探究的問題有：如何判斷一個基因在細(xì)胞中的位置？關(guān)于基因在性染色體上的位置關(guān)系，如何用實驗驗證？

2.2 演繹推理、合作探究

針對問題，教師創(chuàng)設(shè)問題情境，鼓勵學(xué)生先獨立思考，遇到不懂的問題及時標(biāo)注，形成初步解題思路。

情境1（學(xué)生從遇到過的題目中節(jié)選）：果蠅中，有灰身的，也有黑身的。現(xiàn)實驗室有灰身、黑身雌雄蠅若干只。請你利用一代雜交實驗，推斷灰身和黑身的遺傳方式是細(xì)胞質(zhì)遺傳，還是細(xì)胞核遺傳。

情境2（教師從高考題中節(jié)選）：科學(xué)家研究黑腹果蠅時發(fā)現(xiàn)，剛毛基因（B）對截剛毛基因（b）為完全顯性。若這對等位基因存在于X、Y染色體上的同源區(qū)段，則剛毛雄果蠅可表示為XByB或XBYb或XbyB，若僅位于X染色體上，則只能表示為XBY。現(xiàn)有各種純種果蠅若干，請利用一次雜交實驗來推斷這對等位基因是位于X、Y染色體上的同源區(qū)段還是僅位于X染色體上。寫出遺傳圖解，并簡要說明推斷過程。

然后，學(xué)生開展小組討論，交流自探成果，重點解決自探中的疑難問題，并在小組內(nèi)達(dá)成共識。

設(shè)計意圖：學(xué)生提出的問題須在具體真實的情境中得到解決方案。在情境化的題目中，學(xué)生主動思考，運用科學(xué)思維中的歸納與概括、演繹與推理，得到初步方案。面對一個性狀，學(xué)生要先確定遺傳方式為細(xì)胞質(zhì)遺傳還是細(xì)胞核遺傳，然后判斷在染色體上的具體位置，再運用“假說一演繹”，提出“基因在染色體不同位置”的假設(shè)。需要注意的是，假設(shè)應(yīng)包括符合邏輯事實的各種猜想，然后設(shè)計實驗進(jìn)行驗證;再羅列實驗結(jié)果所支持的假設(shè)。情境1中的基因若位于細(xì)胞質(zhì)，則無論灰身和黑身果蠅正交還是反交，子代性狀都應(yīng)該與母本一致;若基因位于細(xì)胞核，則無論灰身和黑身果蠅正交還是反交，子代性狀都應(yīng)該一致。小組內(nèi)合作分享解題思路，組員及時提出改進(jìn)意見，并表明自己的觀點，便于在展示中得到驗證。

2.3 展示與評價

各學(xué)生小組通過各種方式展示自己的觀點與思路方法，如采用表格比較的方式（表1）。教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注對遺傳現(xiàn)象的理解或解釋。

教師提出展示要求：解決方案基于情境闡明，并歸納出同類題型的解決思路，方案要體現(xiàn)科學(xué)思維：口頭展示要聲音洪亮，吐字清晰;書面展示要字跡規(guī)范，整潔，書寫規(guī)范簡潔。非展示組繼續(xù)討論，為質(zhì)疑和補(bǔ)充做好準(zhǔn)備。

經(jīng)過討論后的觀點代表小組的集體智慧。基于情境2的分析，學(xué)生一般會提出進(jìn)一步判斷基因具體位置的實驗方案，即找到隱性性狀的雌性（XbXb）與雄性雜交，觀察子代雌雄的表現(xiàn)型。

教師提出評價要求：字跡是否工整、思路是否清晰，能否提出新的見解。評價小組評價時，要闡明扣分原因，簡要點出展示的優(yōu)點和思路方法、應(yīng)該注意的問題，并補(bǔ)充或質(zhì)疑。非展示組學(xué)生真傾聽，但評價完以后，要及時提出疑問或見解。提出合理質(zhì)疑的學(xué)生，教師可以根據(jù)情況對該組加分。

設(shè)計意圖：經(jīng)過小組代表在班級內(nèi)部展示問題的解決方案，實現(xiàn)全員參與共建知識體系;使得學(xué)生可以內(nèi)化基因與染色體的位置關(guān)系，從而實現(xiàn)遷移運用。教師在學(xué)生展示和評價過程中，要注意及時啟發(fā)學(xué)生往深處思考，鼓勵學(xué)生提出深度的質(zhì)疑。例如，教師在學(xué)生展示評價的基礎(chǔ)上，提出判斷一種病毒遺傳物質(zhì)和判斷某性狀顯隱性的實驗設(shè)計思路與過程。最后，引導(dǎo)學(xué)生在分析材料的基礎(chǔ)上自我實證，歸納出這類題型通用的解決方案。

本環(huán)節(jié)中，學(xué)生提出解決基因位置的方案，不僅是簡單的記憶知識和方法，還是基于理解、分享、表達(dá)的深度學(xué)習(xí)。