教育信息化2.0促進學生高階思維發展的教學實踐——以“表觀遺傳學”教為例

江 釤

（福建省寧德市高級中學 福建寧德 352100）

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》明確指出科學思維是生物學學科核心素養的重要部分，提出充分利用信息技術提高課堂教學效率的教學建議。2018年4月13日教育部發布了《教育信息化2.0行動計劃》，主要提到：“將信息技術和智能技術深度融入教育全過程?！笨茖W思維的最高層次是高階思維。下面以“表觀遺傳”教學為例，談談教育信息化2.0促進學生高階思維發展的教學策略。

1 高階思維和教育信息化2.0

1.1 高階思維和教育信息化2.0的內涵

高階思維是指發生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力。布魯姆教育目標分類包括記憶、理解、應用、分析、評價和創造。前三個目標對應低階思維，后三個目標對應高階思維。高階思維能力是通過深度學習達成的綜合性能力，主要包括問題求解、發展創新、決策和批判性思維能力。

教育信息化2.0積極推進“互聯網+教育”，其核心理念是信息技術與教育教學深度融合，實施教育智能化、數字化和網絡化。基于互聯網的大資源觀，營造信息化教學環境，將信息技術嵌入學習系統中去處理和分析數據，應用信息技術解決問題、創新教學。

1.2 教育信息化2.0促進學生高階思維發展的路徑

教育信息化2.0是用技術去創新教學：通過精選互聯網信息資源，知識可視化，發展學生分析思維；通過增強互動，檢測反饋，發展學生評價思維；通過思維可視化，設計生成，發展學生批判創新思維。教師要把教育信息化2.0時代下的核心素養內化于心、外化于行，用技術去創新教學，“改變教育教學模式”以“實現教育的結構性變革”，發展學生高階思維。

教學中，教師根據“先行組織者”和“學習主體”選擇與設計教學媒體，充分利用“互聯網+”收集處理圖片、視頻等信息資源，激發學生多元思考。信息技術使學生思維可視化，醍摩豆軟件中的“即問即答”（IRS）功能，是通過學生按鍵反饋器，得到答題生成的各選項判斷柱形圖比例數據，點擊翻牌可知各選項答題的每位學生名單，可搜集學生想法或利用統計表看學生有幾種想法，選擇并提問學生的答題思路，使教師的反饋調整和引導決策更為及時，使課堂教學更有針對性和生成性。IRS搶權再表達想法的活動使學生更想說出自己的想法。二次反饋作答能幫助學生厘清概念，進階問題培養學生高階思維，最大成效地激發并深化學生的思考，如圖1所示。

圖1 醍摩豆IRS激發討論并培養學生高階思維的教學模式

2 教育信息化2.0促進學生高階思維發展的教學策略

2.1 提供信息資源發展學生分析思維

按照布魯姆的教育目標分類，“分析”包括區別、組織和歸因。區別即聚焦相關或重要信息，組織即建立知識聯系；歸因即說明事物的緣由。教學中，教師可通過培養學生獲取信息、知識整合、歸因推理，提高學生分析認知水平。

針對第一個教學環節“什么是表觀遺傳”，教師展示教科書中有關柳穿魚和小鼠性狀改變資料，提供互聯網下載并處理的DNA甲基化有關圖，要求學生分析柳穿魚和小鼠性狀改變的原因，并用不完全歸納法歸納表觀遺傳概念，從而培養學生獲取信息、歸因推理和描述概括能力。學生聚焦資料中密切相關的信息，分析推理。在探究體驗過程中，學生進行思維碰撞，分析內在原因，提煉、歸納出表觀遺傳概念，并認識到被甲基化修飾基因結構的生物學功能將受到影響，從而形成結構與功能相適應的生命觀念。

由于學生對基因內在結構的認知較膚淺，缺少染色體四級結構的知識，對第二個教學環節“表觀遺傳調控基因表達機制”的學習，學生感到十分抽象難以理解。教師通過自制DNA甲基化、組蛋白乙?；腿ヒ阴；⒁曨l，將抽象的知識化難為易。學生觀看視頻，思考這些機制如何影響性狀表達，歸因推理，連貫描述。教師運用希沃視頻播放過程的拍照功能，對視頻不同的重要內容依次進行截圖分析，促進學生聚焦重要信息；開啟醍摩豆（或希沃）“定時”功能，讓學生限時討論問題，通過醍摩豆“隨機挑人”功能，請學生參與問題回答。學生觀察動態的生命變化過程，感受生命的神奇，分析視頻情境資料，認識到“DNA甲基化過程基因的堿基序列不變，但會使基因表達關閉”。視頻截圖的對比幫助學生認識生命變化的內在本質，使學生理解組蛋白乙酰化和去乙?；瘜⒎謩e促進和抑制基因的轉錄。動態視頻使微觀的結構宏觀化，抽象的內容直觀化，促進學生歸因分析，能取得自制模型授課無法達到的效果。

2.2 利用信息技術發展學生評價思維

按照布魯姆的教育目標分類，“評價”包括檢查和評論。檢查即檢測，評論即判斷。評價是批判性思維的核心。教學中，教師可通過試題檢測、問題判斷，提高學生評價認知。

2.2.1 試題評價

教師提供試題，以診斷學生對表觀遺傳概念的掌握情況，例如：

關于表觀遺傳的理解，下列說法不正確的是（ ）

A.表觀遺傳現象與外界環境關系密切

B.DNA堿基排列順序不同，甲基化程度可能不同

C.DNA甲基化修飾不改變堿基序列，但可能遺傳給后代

D.柳穿魚花的不同形態均是由一對等位基因控制的

借助醍摩豆軟件，學生用反饋器按鍵，電腦上顯示選擇B和D人數比例分別為32%和68%。信息化的課堂生成使課堂評價更有針對性。教師請選對的學生說明理由，學生認識到雖然DNA甲基化過程堿基排列順序不變，但C、G堿基排列多的基因，甲基化程度可能更高。選擇B的學生忽略了概念的外延。等位基因是不同基因，柳穿魚植株A與B是相同基因，因此D不正確。課堂醍摩豆反饋器的使用將學生的思維外顯，實現“可見的學習”、靶向教學，促進課堂生成。

2.2.2 評論判斷

課前教師詢問學生喜歡的食品。針對學生喜歡吃薯片、燒烤等垃圾食品，教師情境導入，展示圖片，并提出問題：某正常人因食入垃圾食品，而導致肥胖并患有Ⅱ型糖尿病。因食物導致的肥胖和Ⅱ型糖尿病，有可能遺傳給后代嗎？認為有可能遺傳按1，不可遺傳按2。學生用醍摩豆反饋器按鍵，教師得到每位學生答題柱形圖數據。教師提問選2認為不可遺傳的學生的判斷依據。選2的學生大都認為遺傳物質沒有改變是不遺傳的。接著，教師導入新課：今天我們來學習后天行為會不會遺傳？我們的生活及行為習慣對我們的后代有什么影響？情境導入引發了學生認知沖突、質疑困惑：難道遺傳物質沒有改變的性狀也能遺傳？問題激發了學生探求新知的欲望和學習熱情。

課尾，學生二次作答課前導入的問題。答題的柱形圖顯示出前后兩次作答的數據對比，由導入時選1占30%上升到課尾選1占95%，反饋出學生通過課堂學習，認知發生了很大轉變。教師趁熱打鐵地展示圖示“由食物導致的肥胖和苗條表型可能可以遺傳”，引導學生應該崇尚健康文明的生活方式，提倡良好習慣，均衡飲食，健康生活，并能從行動上主動宣傳正確的健康觀念，履行社會責任。

教師展示抽煙等系列圖片和資料，引導學生進階思考：什么因素會導致DNA甲基化？基于抽煙導致精子DNA甲基化的事實，我們生活中應該怎么做?如何擔當社會責任？如何理解基因與性狀復雜性，如何評價基因決定生物性狀這一觀點？認為觀點對按1，不對按2，不全對按3，并說明理由。這樣，教師可以培養學生批判性思維和問題決策力。

2.3 借助信息化2.0發展學生創造思維

按照布魯姆的教育目標分類，“創造”包括產生、計劃和生成。產生即假設，計劃即設計，生成即建構和解決問題。創造是在批判性思維和創造性思維基礎上形成。教學中，教師可通過引導學生提出問題、作出假設、設計實驗、問題決策，提高學生的創造性認知。

2.3.1 引導假設，設計實驗

學生質疑詢問：為什么DNA甲基化堿基序列不變，異常性狀卻能遺傳？教師啟發：要解決這個問題，必須解決什么問題？你能有什么假設？學生用醍摩豆反饋器按鍵分別表示種假設。教師根據學生答題柱形圖反饋，翻牌提問假設多的學生。之后學生再按鍵補充。最后，師生篩選出2個假設：①甲基化基因必須可以復制并通過生殖細胞傳遞給子代；②親代甲基化基因能遺傳給子代。

假設需要證據來說明。教師提供資料：研究表明，當甲基化僅存在于一條鏈時，甲基轉移酶發現了這種不平衡，它會把“失去”的甲基化加到新合成的鏈上（圖2）。甲基轉移酶DNMT1能夠識別是否有CpG序列的甲基化僅存在于一條鏈中。教師引導學生解讀資料并提取證據，思考問題：圖中①指生物學什么過程？②指什么物質？圖示說明了什么？此過程培養了學生基于科學研究證據得出結論的意識。

圖2 甲基轉移酶作用過程示意釁

針對親代甲基化基因能遺傳給子代的假設，教師引導學生思考：F1代柳穿魚甲基化的基因是否遺傳給子代？如何設計簡單的實驗驗證你的假設？根據遺傳的特點，學生思考討論后認為：用F1代柳穿魚與植株B進行雜交試驗，若F2出現部分植株的花與植株B相似，則證明親代基因的甲基化可以遺傳給子代，反之則不能。實驗設計培養了學生如何選擇親本，如何判斷子代，在實驗情景中體會科學探究的本質。

2.3.2 知識建構，問題決策

借助希沃軟件里的“課堂活動”“選詞填空”及“拖曳”功能，學生完成資料1和2共同點的歸納判斷填寫。教師進一步引導學生對表觀遺傳概念進行深度思考，借助“思維導圖”，對課堂學習內容進行知識結構化和思維可視化的梳理，使學生感受對知識的多元理解視角。師生共同歸納概括，從特點、原因和本質3個角度建構出表觀遺傳的知識框架與結構；同時，梳理知識邏輯，總結表觀遺傳調控基因表達的機制，借助問題引導的邏輯，歸納出表觀遺傳調控基因表達的機制模型（圖3）。

圖3 表觀遺傳調控基因表達的機制

教師引導學生根據第四章學習的內容，思考以下問題：對基因表達，你想到哪些知識？這些知識之間的關系如何？學生進行發散思維，想到了轉錄翻譯、細胞分化和表觀遺傳內容。接著，教師要求學生將單元知識梳理關聯，共同建構完善概念圖（圖4）。教師運用希沃白板5手機端移動授課的“相機”功能進行屏幕同傳，將學生紙質書寫拍照上傳，由同學評價并完善知識建構。

圖4 基因表達單元概念圖

基于吸煙和過量飲酒會影響人體DNA甲基化水平，損害健康，乃至影響下一代，教師組織學生學以致用，討論生活及社會議題：①談談合理膳食、健康的生活方式對人們的影響。②運用互聯網，課外開展活動：調查表觀遺傳理論在治療或抑制腫瘤發展等醫學技術方面的作用；調查DNA甲基化對生物生存繁衍的意義的活動；收集有關DNA甲基化與生物進化關系的資料。