指向深度學習的高三生物學復習策略

廣東 韋倫勝

按照美國教育家布魯姆認知目標分類學的要求，機械記憶和淺層理解是屬于淺層學習的范疇，而深層理解、應用、分析、綜合和評價則屬于較高認知水平的深度學習。

近年來高考生物卷的命題越來越凸顯“立足學科本質，聚焦關鍵能力”，試題多采用現實生產和生活情境作為載體，考查學生獲取信息的能力、理解能力和解決實際問題的能力。因此，高三生物復習教學需要“重現知識”，更需要“拔高能力”；需要重視“面”的展開，更需要重視“點”的深入，即在復習教學中要引導學生進行“深度學習”。但當下，高三生物復習課中單純“重炒”新課知識點、過分要求學生“死記硬背”等淺層學習現象仍較為普遍，導致課堂乏味無趣，更談不上滿足新課標對發展學生“科學思維”“科學探究”等學科核心素養的要求。轉變以往陳舊復習理念、更新并豐富高三生物復習課的策略和方式勢在必行。開展指向“深度學習”的復習教學，關鍵在于如何確定“具有挑戰性的”但又“切實可操作的”學習主題，并采用多種策略使這些主題得以落實。下文是筆者在“假說-演繹法”微專題一輪復習中的具體操作過程。

一、統籌歸類，深淺搭配

演繹推理是一種重要的科學思維，是高中學生需要逐漸發展的一種思維能力。近年的高考試題中多次涉及對“假說-演繹法”的考查。在高中教材中利用“假說-演繹法”獲得成功的科學家及相關案例非常多，如：孟德爾發現了遺傳學的兩大定律；摩爾根證明了基因在染色體上；克里克等人證明了DNA的半保留復制原則等。此外，用假說-演繹法還可以分析較多科學發現史的過程，例如：肺炎雙球菌的體內、外轉化實驗，遺傳密碼的破譯，整個中心法則的提出與證實，激素調節的發現等。由于“演繹推理”屬于高階思維，學生較難理解，也較難形成一種思維慣性。因此筆者將所有涉及“假說-演繹法”的經典知識進行整合，形成一個微專題，對知識進行集中復習，以使學生的能力得到訓練和提升。筆者確定的復習目標如下：

(1)以重溫摩爾根的探索歷程作為載體，以一系列的問題或活動為導引，一步步帶領學生重溫摩爾根果蠅雜交實驗的過程，引導學生展開激烈的思維過程，訓練學生的邏輯思維能力、帶領學生體驗科學家的思考路徑。使學生學會利用遺傳學方面的知識來推測有關實驗的結果。發展學生演繹與推理、批判性思維等素養。

(2)通過分析，學生厘清孟德爾豌豆雜交實驗中應用的“假說-演繹法”的具體步驟的內容。

(3)通過歸類，學生意識到“假說-演繹法”在生物學發展史上有著舉足輕重的地位。

(4)通過教師命制的探究性試題，對有關遺傳學實驗類題型進行針對性的分解訓練，發展學生利用“假說-演繹法”解決新情境問題的能力。

(5)通過小組合作培養學生討論、交流合作的能力，提高其利用生物學知識進行分析和表達的能力。

在教學過程的策劃中，筆者以“現代人穿越過去成為摩爾根，向摩爾根時代的人們證明并解釋基因在染色體上這一事實”作為主線，以孟德爾在豌豆雜交實驗中利用假說-演繹法發現遺傳學兩大定律和克里克等人利用假說-演繹法證明DNA的復制方式作為輔線,其他利用假說-演繹法的科學事實則一筆帶過。這樣處理，詳略得當、主次分明，既實現了“面”的覆蓋，又可以使學生集中時間和精力對主線方向上的知識進行挖掘。

二、創設情境，激發興趣

創設情境一：如果你是具有豐富現代遺傳學知識背景的人，穿越回過去成為摩爾根，你準備如何向當代的人們證明并解釋基因在染色體上？

在該情境中作為現代人的“你”已經具備的知識有：

(1)果蠅具有4對同源染色體，而且雄果蠅擁有3對常染色體+XY染色體，雌果蠅擁有3對常染色體+XX染色體。

(2)果蠅的性染色體具有同源區段與非同源區段。

創設情境二：請說出在一對和兩對性狀的豌豆雜交實驗中，哪一步屬于觀察現象、提出問題；哪一步屬于提出假說、解釋現象；哪一步屬于根據假說演繹推理；哪一步屬于實驗驗證、得出結論。

創設情境三：在克里克等人提出DNA的半保留復制方式及其證明的過程中，哪一步屬于觀察現象、提出問題；哪一步屬于提出假說、解釋現象；哪一步屬于根據假說演繹推理；哪一步屬于實驗驗證、得出結論。

通過設置情境，激發學生學習的興趣，并以情境為載體，將復習內容與情境有機結合在一起，使得情境成為復習課堂的線索，學生在解決一個情境下的一系列任務后就可以掌握相應的大量知識，達到由此及彼、由淺入深的目的。

三、問題導學，步步推進

在大情境背景下，可以有針對性地設置一系列有挑戰性的問題，引導學生層層推進，最大程度地利用現有知識和能力去嘗試解決需要轉換思路才能解決的問題。比如在情境一的背景下，筆者設計了如下問題：

(1)如果你穿越回過去成為摩爾根，針對果蠅雜交實驗(圖1)現象，你會引導人們注意發現實驗中的什么問題？

圖1

(2)對于“為什么白眼性狀的表現總跟性別聯系”這一問題你是如何思考的呢？

(3)如果你是穿越的摩爾根，你會根據雜交實驗現象和有關的染色體圖解(圖2)提出什么樣的假說來解釋實驗現象呢？具體有哪幾種假設呢？

圖2 XY染色體不同區段圖析

(4)根據三種不同的假設(假設1：基因只位于Y染色體上；假設2：基因位于XY染色體的同源區段上；假設3：基因只位于X染色體上)，野生紅眼雌果蠅和野生紅眼雄果蠅的基因型應該怎么表示？(紅眼基因用A表示，白眼基因用a表示)

(5)從基因型及表現型來看，只要果蠅種群中出現了哪種性別的紅眼果蠅就可以排除假設1？

(6)根據假設2和假設3,你能分別解釋摩爾根的果蠅雜交實驗嗎?

(7)作為穿越的摩爾根，參照孟德爾的測交實驗，你會設計哪些測交實驗方案呢？說出雜交組合，雜交親本的表現型(學生經引導后可以給出如下的測交方案，方案Ⅰ:F1紅眼♀×白眼♂；方案Ⅱ:F1紅眼♂×白眼♀)。

(8)根據假設2、假設3，F1的紅眼雌雄果蠅分別存在哪些可能的基因型？(指導學生填寫好表1)

表1

(9)根據假設2、假設3，測交方案Ⅰ、Ⅱ中的交配雙方有哪些基因型組合？如用白眼(♀)果蠅與純合的紅眼(♂)果蠅交配(方案Ⅲ)，交配雙方又會有哪些基因型的組合？(指導學生填寫好表2)

表2

(10)利用上述三種方案中的哪一種可以確定假設2或假設3成立？

通過一系列相互關聯、彼此遞進的問題串，使課堂教學內容逐漸由淺入深，引導學生抽絲剝繭，一步步接近思維的極限，經歷最大化的思維碰撞，實現深度學習的目標。

四、小組合作，相互拔高

筆者在課堂上設置了大量具有挑戰性的問題，對于很多學生來說，獨立完成這些問題是困難的，且課堂時間有限，也不可能讓每位同學都參與到所有有挑戰性問題的探究活動當中。在“指向深度學習”的高中生物學復習教學中，筆者倡導先讓不同的學習小組完成不同的任務，再使各小組展開交流探討，這樣既解決了課堂容量的問題，又解決了課堂效率的問題。例如，在解決上述第10個問題時，由于每種方案存在兩種假設可能，所以一共有6種雜交組合，如果讓每一位同學把6種雜交組合的遺傳圖解都書寫出來，再來判斷究竟是哪種方案才能確定是假設2還是假設3成立是不現實的。為此，筆者讓6個學習小組分別書寫出①XaYa×XAXa、②XaY×XAXa、③XaXa×XAYa、④XaXa×XAY、⑤XaXa×XAYA、⑥XaXa×XAY的遺傳圖解，然后各派一名代表上臺書寫。師生經完善后共得出6個遺傳圖解(表3)，并由此判斷出只有利用方案Ⅲ：白眼雌果蠅與純合的紅眼雄果蠅交配，才能達到判斷的目的，因為只有方案Ⅲ演繹出來的結果是不一樣的，具體情況如表3所示。

表3

五、原創習題，拔高要求

復習教學過程中運用針對性強的練習題進行鞏固是提升學生應用能力的必需途徑之一。為指向“深度學習”，筆者倡導根據課型的特點、學生的現狀、最近發展區、學生發展的預期等諸多因素進行習題的選擇，最好能夠自行創作試題，達到有的放矢、精準且高效訓練的目的。在本節課中，筆者設置了如下試題(例1)，對利用“假說-演繹法”解答遺傳類實驗設計題進行分解訓練。

【例1】科研人員在研究中發現：某睡眠時間正常(每天睡眠10～12小時，簡稱正常睡眠)的果蠅純合品系中出現了一只睡眠時間短(每天睡眠3～4小時，簡稱短睡眠)的雄性果蠅。研究還發現，短睡眠為顯性性狀，由基因A(其等位基因為a)控制。經培育，現除了有純合正常睡眠的雌雄果蠅外，還有不少純合的短睡眠雄果蠅和雌果蠅。假如已經知道該基因位于性染色體上，欲判斷該基因是只位于X染色體還是位于XY染色體的同源區段，現利用純合正常睡眠雌果蠅與短睡眠雄果蠅進行交配，請預測實驗結果并寫出相關結論。

分解訓練：讓學生根據學案中所給的分析步驟(如表4，表格中的內容需要學生填寫)逐步分析，強化學生對“假說-演繹法”的掌握程度。

表4

六、課堂留白，制造懸念

課堂留白，即不直接將所提問題、所設疑問的答案立刻公布出來，而是設下伏筆，留在最佳的時機公布。如果這樣的留白安排在課堂開端，答案則在課程結束時進行公布，這樣便可達到設下疑問、維持興趣、前后呼應、當堂檢測的目的和效果。如果留白放置在課堂的結束，則可激發學生繼續沿著課堂所學知識，課后進一步進行自發探究學習，讓學生的學習步入更深的狀態。如本節復習課，筆者在導入階段就利用了一道難度較大的模擬考題(例2)進行留白處理。

【例2】果蠅的X、Y染色體(圖3)有同源區段(Ⅱ片段)和非同源區段(Ⅰ、Ⅲ片段)。有關雜交實驗結果如表5。下列對結果分析錯誤的是

( )

圖3 XY染色體不同區段圖析

表5

A.通過雜交組合1,可以直接判斷剛毛為顯性性狀

B.通過雜交組合2,可以判斷控制該性狀的基因位于Ⅲ片段

C.Ⅱ片段的基因控制的性狀在子代中也可能出現性別差異

D.減數分裂中，X、Y染色體能通過交叉互換發生基因重組的是Ⅱ片段

雖然大多數學生在規定時間內無法給出正確的答案，但筆者并未馬上公布答案，也并未急著分析試題，而是以此為“引子”導入復習課，告訴學生要解決這道題，需要利用“假說-演繹的”思維，從而引入該微專題的教學。

而當該微專題復習完成后，為了檢測學生對“假說-演繹法”的掌握情況，筆者再一次將該題展示出來，要求學生在盡可能短的時間內進行作答。經過對該微專題的復習后，大部分同學都能給出正確的答案，該題發揮了很好的當堂檢測和評價的作用。

七、課后探究，持續深入

一節有深度的課堂，其魅力絕不僅僅局限于40分鐘，而應是延續到課后。因此，除了必要的課堂留白外，設計拔高要求的課后探究習題是非常重要和必要的。例如在該微專題結束后，筆者要求學生以“假說-演繹法”的思維繼續去探究“判斷基因在染色體上的位置”等系列問題，使學生可以進一步將所學知識進行鞏固和拓展。

【課后習題】科研人員在研究中發現：某睡眠時間正常(每天睡眠10～12小時，簡稱正常睡眠)的果蠅純合品系中出現了一只睡眠時間短(每天睡眠3～4小時，簡稱短睡眠)的雄性果蠅。研究還發現，短睡眠為顯性性狀，由基因A(其等位基因為a)控制。經過該研究團隊的努力培育，現除了有純合正常睡眠的雌雄果蠅外，還有不少純合的短睡眠雄果蠅和雌果蠅。

利用上述果蠅品系為材料，分別設計有關的雜交實驗方案實現下述任務，并預測實驗結果、寫出結論：①判斷該基因是否位于細胞質中？②判斷該基因是位于常染色體上還是位于X染色體上？③判斷該基因是位于常染色體上還是位于XY染色體的同源區段上？④判斷該基因是否只位于Y染色體上？

八、結語