基于真實(shí)情境培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維
——以“基因突變”一節(jié)為例

（常州市北郊高級中學(xué) 江蘇常州 213001）

1 基于真實(shí)情境培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的可行性

就高中生物教學(xué)而言，基于真實(shí)情境的生物課堂教學(xué)是非常重要且必要的。情境認(rèn)知理論認(rèn)為：“知識(shí)”具有情境性、協(xié)商性特征；“學(xué)習(xí)”具有情境性、社會(huì)性特征；要將學(xué)習(xí)活動(dòng)拋錨在真實(shí)的知識(shí)生成和應(yīng)用的情境中，促進(jìn)學(xué)生在情境、實(shí)踐中建構(gòu)知識(shí)。此外，腦科學(xué)研究表明：情緒信息總是比其他信息優(yōu)先得到加工，且留下難以磨滅的情緒記憶。可見，人腦的這些功能也為情境學(xué)習(xí)提供了生理基礎(chǔ)。

在提倡生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的背景下，探討情境教學(xué)與培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)之間的關(guān)系成為重要課題，核心素養(yǎng)的形成與情境創(chuàng)設(shè)密不可分。生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任4個(gè)維度。其中，科學(xué)思維維度要求培養(yǎng)學(xué)生批判質(zhì)疑的精神和態(tài)度，培養(yǎng)證據(jù)意識(shí)、獲取證據(jù)和評價(jià)證據(jù)的能力，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維的嚴(yán)謹(jǐn)性、全面性、深刻性和流暢性。學(xué)生在真實(shí)、具體的教學(xué)情境，激發(fā)興趣，在興趣內(nèi)驅(qū)力下活躍思考，從而不斷深化、拓展科學(xué)思維各個(gè)維度。

下面以“基因突變”一節(jié)教學(xué)為例，在高中生物課堂教學(xué)中嘗試通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)、具體的多種情境培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

2 情境創(chuàng)設(shè)培養(yǎng)科學(xué)思維的教學(xué)案例分析

2.1 熱點(diǎn)情境引發(fā)思維

教師展示熱點(diǎn)資料，創(chuàng)設(shè)情境：2011年，在大地震中受損的日本福島核電站發(fā)生嚴(yán)重核泄露事件，在核電站周圍檢測到放射性物質(zhì)，如131I和137Cs。人吸收131I可誘發(fā)甲狀腺疾病，核污染的輻射作用可直接造成人體損傷，并誘發(fā)基因突變。接著，拋出新問題：基因突變的本質(zhì)是什么？對生物體會(huì)造成怎樣的影響？

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在日常生活中會(huì)了解到許多媒體報(bào)道的熱點(diǎn)事件，但對其認(rèn)識(shí)大多是模糊的，教師可在教學(xué)中進(jìn)一步明確。教師以真實(shí)的社會(huì)熱點(diǎn)事件作為導(dǎo)入的情境素材，不但能引出本節(jié)的重要概念“基因突變”，而且符合學(xué)生的認(rèn)知水平，從而引起學(xué)生積極思維并能對基因突變初步形成直觀、感性的認(rèn)識(shí)。

2.2 科學(xué)史情境促進(jìn)思維

教師展示科學(xué)史素材：1910年，一位醫(yī)生接診了黑人貧血癥患者，鏡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)該患者的紅細(xì)胞不是正常兩面凹的圓餅狀，而是呈鐮刀形，故稱為鐮刀型細(xì)胞貧血癥，該病在缺氧時(shí)易發(fā)病。教師設(shè)置層層遞進(jìn)的問題：該病可能與紅細(xì)胞中哪種物質(zhì)有關(guān)？通過比較正常和異常的血紅蛋白部分氨基酸片段，有什么發(fā)現(xiàn)？查閱課本65頁密碼子表，分析推斷該病的根本原因。

設(shè)計(jì)意圖：科學(xué)發(fā)現(xiàn)史中蘊(yùn)含豐富的教育價(jià)值，能反應(yīng)出科學(xué)研究的一般方法、科學(xué)的本質(zhì)等。在教學(xué)中，教師利用科學(xué)史創(chuàng)設(shè)蘊(yùn)含著相關(guān)問題的情境，學(xué)生利用已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)解決問題，在科學(xué)探究和獲取新知識(shí)的過程中，將已有認(rèn)識(shí)上升到理性階段，促進(jìn)其深入思考，對于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維具有重要意義。

2.3 小組探究情境活躍思維

教師展示圖1，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考：基因突變包括堿基對的增添、缺失和替換，堿基對的這三種變化對性狀的影響相同嗎？哪種影響較小呢？本部分以活動(dòng)表單形式，4位學(xué)生為一個(gè)小組，通過查閱密碼子表分別寫出對應(yīng)的氨基酸序列。小組討論并對比氨基酸序列的異同，從而得出結(jié)論。

圖1 基因突變的類型

設(shè)計(jì)意圖：在小組探究情境中，每位學(xué)生都積極融入?yún)⑴c其中，小組間討論交換意見，學(xué)生能客觀地看待自己對問題的理解和認(rèn)識(shí)，吸納他人的正確建議，最終達(dá)成統(tǒng)一觀點(diǎn)。在此過程中，學(xué)生明白了不能帶著固有的觀點(diǎn)思考問題，不應(yīng)局限于線性思維，而應(yīng)該多角度考量、評估證據(jù)材料，綜合分析，再做出判斷，以開放心態(tài)接納他人觀點(diǎn)，體現(xiàn)了批判性思維的訓(xùn)練。在此過程中，學(xué)生逐步形成證據(jù)意識(shí)、獲取證據(jù)和評價(jià)證據(jù)的能力，從而培養(yǎng)科學(xué)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性、全面性。

2.4 問題串情境深化思維

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：DNA分子具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)，說明它具有一定的穩(wěn)定性，為什么會(huì)發(fā)生基因突變呢？基因突變最可能的時(shí)期是什么時(shí)候？

結(jié)合前面所學(xué)DNA復(fù)制的特點(diǎn)，學(xué)生可分析得出：基因突變的最可能時(shí)期為有絲分裂間期或減數(shù)第一次分裂前的間期。教師追問：通過有絲分裂可得到體細(xì)胞，減數(shù)分裂可得到生殖細(xì)胞。那么，哪種細(xì)胞發(fā)生基因突變可遺傳給后代？基因突變發(fā)生于體細(xì)胞會(huì)遺傳給后代嗎？若植物的體細(xì)胞發(fā)生了基因突變，如何將此突變遺傳給后代？

學(xué)生聯(lián)系減數(shù)分裂所學(xué)，可得出生殖細(xì)胞中發(fā)生基因突變將遵循遺傳定律遺傳給后代；聯(lián)系生活中繁殖多肉植物的經(jīng)歷，發(fā)現(xiàn)可通過葉插等方法繁殖多肉，即植物體細(xì)胞發(fā)生基因突變可以通過無性生殖遺傳給后代。

設(shè)計(jì)意圖：教師提出層層遞進(jìn)的問題串，學(xué)生主動(dòng)分析問題、解決問題，在思考系列問題的同時(shí)充分聯(lián)系前概念，從而深化思維，形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)。

2.5 認(rèn)知沖突情境訓(xùn)練思維

教師提出質(zhì)疑：鐮刀型細(xì)胞貧血癥主要流行于非洲瘧疾猖獗地區(qū)，具有鐮刀型細(xì)胞貧血癥的個(gè)體（雜合子）并不表現(xiàn)鐮刀型細(xì)胞貧血癥癥狀，并對瘧疾有很強(qiáng)抵抗力。如此看來，基因突變都是有害的嗎？接著，教師分別展示基因突變有害和有利的案例，引導(dǎo)學(xué)生分析得出：基因突變多數(shù)有害，少數(shù)有利，即多害少利性。

教師提出認(rèn)知沖突性問題：為什么基因突變多數(shù)是有害的？少數(shù)是有利的呢？若某種突變是有害的，它絕對是有害的嗎？教師可展示材料：果蠅的突變體在21℃溫度下，生活能力很差，但當(dāng)溫度上升到25℃時(shí)，生活能力大大提高。學(xué)生分析得出：基因突變的利與害是相對的，是針對其生存的具體環(huán)境而言的。

設(shè)計(jì)意圖：教師創(chuàng)設(shè)具有一定認(rèn)知沖突的真實(shí)情境，學(xué)生解讀真實(shí)情境材料并進(jìn)行質(zhì)疑、批判性思考，從而訓(xùn)練了思維的嚴(yán)謹(jǐn)性、全面性和深刻性。

2.6 生活事例情境拓展思維

教師以卡片形式展示幾則生活事例，引導(dǎo)學(xué)生思考：在強(qiáng)烈日光下暴曬易患皮膚癌；長期吃剩飯剩菜，揚(yáng)州一家三口相繼致癌；在醫(yī)院放射室長期工作易受到射線輻射而患病；調(diào)查顯示肝癌發(fā)病率較高的地區(qū)，食物中黃曲霉素含量較高；HPV病毒有很多基因型，其中至少有14種會(huì)引起癌癥；長期食用腌制食物，胃癌發(fā)病率增高等。基因突變的誘因有哪些？以小組為單位合作討論，從幾則事例中歸納基因突變的三種誘因。

教師引導(dǎo)學(xué)生從青少年角度，討論形成健康的生活方式的途徑。學(xué)生各抒己見：炎熱的夏季出門涂防曬霜；青少年少上網(wǎng)、少玩手機(jī)；少吃燒烤和油炸食品；按時(shí)注射HPV疫苗或乙肝疫苗等。

設(shè)計(jì)意圖：知識(shí)源于生活，更重要的是運(yùn)用到生活中指導(dǎo)生活實(shí)踐。因此，生活事例的展現(xiàn)和健康生活方式的討論可以促進(jìn)學(xué)生形成良好的生活習(xí)慣的同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生將科學(xué)思維拓展運(yùn)用到解決日常生活實(shí)踐中問題的意識(shí)，使學(xué)生能主動(dòng)審視和論證生物學(xué)社會(huì)議題。

2.7 問題探究情境深化思維

教師提出問題：基因突變能產(chǎn)生新基因嗎？這些新基因產(chǎn)生的新性狀對生物的生存有什么意義？自然選擇會(huì)選擇哪一種生存下來？有利的突變被選擇了，那么它對生物進(jìn)化有什么意義？學(xué)生討論可得基因突變是新基因產(chǎn)生的途徑、是變異的根本來源、原始材料。教師接著引導(dǎo)學(xué)生提出質(zhì)疑：有人認(rèn)為，自然條件下基因突變率很低，而且大多數(shù)基因突變對人體有害，它不可能為生物進(jìn)化提供原材料，你認(rèn)為這樣的看法正確嗎？

設(shè)計(jì)意圖：通過創(chuàng)設(shè)問題探究情境，利用問題串引領(lǐng)基因突變意義的內(nèi)化。教師再引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合進(jìn)化相關(guān)內(nèi)容對質(zhì)疑的問題進(jìn)行批判性思考，不僅聯(lián)系了前后知識(shí)，還促進(jìn)了批判性思維等科學(xué)思維的進(jìn)一步深化。

3 結(jié)語

知識(shí)的情境化是知識(shí)活化并轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)的必經(jīng)途徑，情境已被運(yùn)用到各類課堂教學(xué)中。情境創(chuàng)設(shè)的實(shí)質(zhì)是科學(xué)向生活的回歸。教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極思維，促進(jìn)學(xué)生用科學(xué)解決真實(shí)問題，使知識(shí)學(xué)習(xí)具體化、情境化、生活化，從而引發(fā)、活躍、深化、拓展訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維，促進(jìn)科學(xué)思維的提升。