指向思辨能力提升的高三一輪復習混合式教學探究

夏一凡　王毅男

學科能力是學科核心素養測評的重要維度，筆者基于混合式教學模式，構建現代生物進化理論模型并進行多元應用，開展“種群是如何進化的”主題教學，有針對性地培養、外顯并評價學生的思辨能力，提高課堂教學效率，為高三一輪復習生物進化相關內容教學提供新思路。

一、提升思辨能力是培養學生學科能力的關鍵

學科能力是學科核心素養的重要組成部分。生物學學科能力包括理解能力、應用能力、思辨能力和創新能力。思辨能力指對復雜的問題進行拆分、篩選、加工并建立關聯的思維過程，強調“分析與綜合”，包含論證和評價兩個能力要素。論證指在給定情境中，綜合運用生物學知識或對信息進行分析與綜合，得出結果或結論，闡明思維過程。評價指運用生物學知識闡釋研究方案的合理性，論述研究結果與結論之間的一致性^[1]。歸納而言，思辨過程有兩個以上邏輯環節，包括“因為A，導致B，進而C”和“一方面A，另一方面B，同時導致C”兩種基本邏輯表達式。

近五年的學考等級考中，2018、2020、2022年三年出現了考查生物進化知識的簡答題。其中，2018和2022年的有關題目關注學生對現代生物進化理論的綜合應用，重點考查了學生的思辨能力。生物的進化對應《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課標”）模塊2“遺傳與進化”中的“核心概念4 生物的多樣性和適應性是進化的結果”^[2]，人教版《普通高中教科書 生物學 必修2 遺傳與進化》第6章有具體講解，該知識點是對整個模塊內容的系統應用，內容繁多而抽象，邏輯性強。學生普遍難以把握整個模塊概念之間的內在聯系，難以深刻理解進化與適應的生命觀念和進化理論蘊含的科學思維，限制學科能力提升。

如何在高三一輪復習課中落實對學生生物學學科能力的培養要求？筆者嘗試從學生實踐過的教材實驗“探究抗生素對細菌的選擇作用”切入，結合近五年學考等級考典型試題和社會熱點問題，引領學生構建現代生物進化理論模型，依托線上教學平臺開展混合式教學，設計“種群是如何進化的”主題教學活動。此舉旨在幫助學生提煉生物進化的知識和邏輯主線，深入理解進化與適應觀，運用現代生物進化理論解決實際問題，著重提升思辨能力。筆者采用混合式學習模式教學，突破課時的限制，課上聚焦共性問題，課后關注個性問題，踐行“以教師為主導，以學生為主體”的教學理念。

二、教學模式

（一）混合式教學

混合式教學指基于移動通信設備、網絡學習環境與課堂討論相結合的教學情境，強調以教師為主導，學生高度參與及個性化的學習體驗。所謂混合并不僅是面對面教學與在線教學的混合，更是在“以學生為中心”的理念下教學與輔導方式的混合^[3]。

（二）模型構建

課標明確要求：學生在學習過程中逐步發展科學思維，如能夠基于生物學事實和證據運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創造性思維等方法，探討、闡釋生命現象及規律。模型建構是知識體系建立的過程，此過程中教師不是直接傳授知識，而是引導學生根據已有的知識與經驗選擇模型、建立模型、分析模型、修正模型，最后運用模型來解決實際問題，是一個反復利用舊知構建新知的學習方式^[4]。隨著學習的不斷深入，學生建模能力和基于模型應用的思辨能力得到發展。

三、教學流程設計

基于上述思考，筆者設計了教學流程（如圖1）。筆者針對“種群是如何進化的”這一核心問題開展課程教學，構建并多元應用現代生物進化理論模型。課程分五個環節：環節一，基于自然選擇學說解釋大腸桿菌耐藥性的形成，歸納自然選擇學說的核心要素及相互關聯；環節二，利用遺傳學知識解釋進化的本質，比較自然選擇學說與現代生物進化論的異同，構建現代生物進化理論模型；環節三、四、五，基于大腸桿菌抗性機理分析、細菌波動實驗分析，深化變異與自然選擇在進化中的作用和邏輯關系，完善進化模型，應用現代生物進化理論模型分析和解決相關生物學問題。

教學過程中，教師運用線上教學平臺布置、收集并展示學生作品；學生按教師設定的學習路徑逐步完成課程任務，在接受教師點評和同伴互評的過程中轉換角色和視角，全面、客觀分析，進而提高論證、評價的思辨能力。

四、教學過程和教學方法

在開展課堂教學活動之前，筆者讓學生先閱讀教材，復習生物進化基礎內容，完成學案“知識梳理”部分的任務。借助線上教學系統，發布學案，以備學生課上提交學習任務并展示、互評。

主要課程活動分以下五個環節開展。

（一）重溫抗性選擇實驗導入專題

筆者帶領學生統整實驗過程，展示逐代篩選氨芐西林抗性大腸桿菌的培養結果，引導學生分析大腸桿菌耐藥性形成的原因。設計了如下問題串：

（1）培養后形成以濾紙片為圓心，不生長菌落的區域叫什么？

（2）抑菌圈逐代縮小說明什么？

（3）如何用達爾文的自然選擇學說解釋大腸桿菌耐藥性的形成？

設計意圖：重溫已學實驗及結果，激發學生學習的成就感和學習興趣，導入進化專題。設置問題引導學生深化對自然選擇學說的理解，歸納自然選擇學說中進化的核心要素及相互關聯（如圖2），為構建現代生物進化理論模型奠定基礎。

（二）構建現代生物進化理論的模型

筆者指出，自然選擇學說存在局限性。例如，它不能用來解釋遺傳變異的本質、自然選擇如何決定進化的方向等，提示學生運用“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”等遺傳學知識看待生物的進化。隨后，筆者利用種群的概念，引導學生認識到一個種群中的雌雄個體之間通過交配產生可育后代，實現基因交流并使種群基因代代相傳。現代生物進化理論認為，構成種群的個體身上發生的外在變化實際上展現了該種群基因庫中的潛在變化。

接下來，筆者投影展示某倉鼠種群，包含該種群中不同基因型（BB、Bb、bb）的個體數，以及基因頻率的定義，引導學生計算該種群在不同交配條件下的基因頻率，回顧哈迪溫伯格定律的內容和應用條件，闡明進化的本質。設計了如下問題串：

（1）這個倉鼠種群基因庫中B基因及其等位基因有多少個？

（2）該種群中B和b基因頻率分別是多少？（根據定義計算）

（3）在不考慮變異和環境變化等情況下，該種群雌雄個體之間隨機交配，下一代的基因型及比例是多少？

（4）若該種群中只有bb和bb的個體可以交配，下一代的基因型及比例是多少？

師生共建現代進化理論模型（如圖3）。筆者借助投影設備展示例題1，讓學生完成學案上的任務并提交至教學系統中。

例題1：稻瘟病是由稻瘟病菌（Mp）侵染水稻引起的病害，嚴重危害我國糧食生產安全。與使用農藥相比，抗稻瘟病基因的利用是控制稻瘟病更加有效、安全和經濟的措施。現有甲（R₁R₁r₂r₂r₃r₃）、乙（r₁r₁R₂R₂r₃r₃）、丙（r₁r₁r₂r₂R₃R₃）三個水稻抗病品種，抗病（R）對感病（r）為顯性，三對抗病基因位于不同染色體上。研究發現，水稻的抗病表現不僅需要自身抗病基因（R₁、R₂、R₃等）編碼的蛋白，而且需要Mp基因（A₁、A₂、A₃等）編碼的蛋白。只有R蛋白與相應的A蛋白結合，抗病反應才能被激活。

水稻種植區的Mp是由不同基因型組成的群體。大面積連續種植某個含單一抗病基因的水稻品種，將會引起Mp種群????????????，使該品種抗病性逐漸減弱直至喪失，無法在生產中繼續使用。

設計意圖：在分析倉鼠種群的基礎上，比較自然選擇學說和現代生物進化理論，深化對進化理論相關概念的理解應用，認識進化的基本單位和實質。在自然選擇學說的基礎上，構建現代生物進化理論的模型。分析哈迪溫伯格定律應用條件，認識到自然條件下進化通常是不斷發生的。

本環節，筆者引領學生對作答結果進行線上自評并修改，旨在引導學生學習運用思辨能力的基本邏輯表達式。

（三）概括可遺傳變異對進化的意義

筆者通過投影展示大腸桿菌氨芐西林抗性機理，提問“幫助大腸桿菌抵抗抗生素威脅而獲得更多的生存和繁殖機會的酶從何而來，基因突變的特點有哪些”，引導學生歸納基因突變的隨機性和不定向性為大腸桿菌適應抗生素環境提供了無盡的可能性，提供了進化的原材料。隨后，筆者展示例題2，讓學生在教學系統中作答并提交。

例題2：蚜蟲是陸地生態系統中常見的昆蟲。春季蚜蟲從受精卵開始發育，遷飛到取食宿主上度過夏季，其間行孤雌生殖，經卵胎生產生大量幼蚜；秋季蚜蟲遷飛回產卵宿主，行有性生殖，以受精卵越冬。

教師從進化與適應的角度進行分析，有利于學生認識蚜蟲在冬季所采取的生殖方式對于種群延續和進化的意義。筆者在教學系統中選擇性展示某位學生的觀點，并請其他學生從現代生物進化理論模型、文字表述的科學性和完整性等維度進行評價。學生作答展示及評價記錄如圖4所示。

筆者梳理作答思路：①先闡明蚜蟲冬季的生殖方式——蚜蟲在冬季進行有性生殖；②分析進化原因（內因為可遺傳變異，外因為自然選擇），依據生殖方式限定應從內因切入——有性生殖過程中變異的主要來源是基因重組；③分析重組結果——造成子代產生不同基因型，增加遺傳多樣性；④落點進化——提供進化的原材料。

設計意圖：分析大腸桿菌氨芐西林抗性機理，認識可遺傳變異對進化的意義。借助生生互評和教師評價，歸納長句式作答思路和要點，深化思辨能力的基本邏輯表達式。

（四）歸納變異與選擇的關系及適應的特點

筆者提問“大腸桿菌的抗性突變、蚜蟲有性生殖的基因重組，這些變異與自然選擇之間有怎樣的關系”，開啟此環節教學。以大腸桿菌抗性的產生為例，筆者以投影方式展示科學家的兩種假設（抗性突變發生在接觸抗生素之前或之后）及波動實驗結果，組織學生討論兩種假設的合理性。師生討論后歸納得出如下結論：“變異的發生與自然選擇無關，自然選擇只是定向選擇出具有有利變異的個體”。筆者點撥，“變異的不定向性，自然選擇的定向性，使適應具有普遍性”，補充模型。

接下來，筆者展示例題3（題干與例題1同），讓學生在教學系統中作答并提交。

例題3：研究人員每年用Mp（A₁A₁a₂a₂a₃a₃）人工接種水稻品種甲（R₁R₁r₂r₂r₃r₃），幾年后甲品種喪失了抗病性，檢測水稻的基因未發現變異。推測甲品種抗病性喪失的原因是_____。

討論：如何應用現代生物進化論解釋甲品種抗病性喪失的原因？

教師選擇性展示某位學生的答案，讓學生進行線上互評。學生作答展示及評價記錄如圖5所示。

“甲品種水稻的基因未發現變異，而Mp的A₁基因可能突變，造成品種甲對突變個體無抗性，突變的Mp在持續種植甲的稻田中具有生存和繁殖優勢，進而使Mp種群中突變基因頻率增大，甲品種對該種群Mp普遍無抗性。可見，環境的持續變化，變異的可遺傳，使適應具有相對性。”筆者問：“在突變Mp的持續浸染下，甲品種的抗性將如何變化？”師生討論后總結：進化是種群不斷適應新的環境的過程。筆者完善模型，如圖6所示。

設計意圖：分析波動實驗，開展真題演練，引導學生辨析變異與選擇在適應形成過程中的邏輯關系及適應的特點，從不同的角度運用現代生物進化理論模型，通過生生互評，外顯思辨能力的提升。

（五）基于現代生物進化理論模型解決實際問題

筆者拋出問題“進化理論在生產生活中有何意義”，展示例題4，讓學生分組討論后作答。

例題4：全球每年約有15億噸塑料垃圾進入陸地和海洋環境中，到2050年，估計將有120億噸塑料垃圾進入環境，這些塑料不會徹底“消失”，它們在紫外線和較低溫度下分解成碎片，即微塑料。請寫出一種利用微生物學相關知識，解決海洋微塑料污染問題的思路。

學生以小組為單位在教學系統中提交思路后，筆者引導學生統整：一方面，增加變異機會；另一方面，根據目的設定環境條件，進行定向選擇；持續選擇，進而富集有利變異，提升效益。隨后，筆者投影展示獲得2018年諾貝爾化學獎的蛋白質定向衍化技術（流程），肯定學生的設計思路并加以總結。

設計意圖：在設計方案的過程中，培養學生基于現代生物進化理論模型的創新能力，結合對蛋白質定向衍化技術的分析，讓學生認識現代生物進化理論的應用價值和現實意義，以此總結教學內容，檢驗學生思辨能力。

對于上述課例，筆者從“探究抗生素對細菌的選擇作用”引出話題，以明暗兩條線開展教學活動。明線是構建現代生物進化理論模型，較為精練地概括了課標中有關生物進化的主要內容。教學活動環環相扣，逐步生成并完善模型，凸顯了學生在學習過程中的主體地位，專注于課程目標和教學重難點的落實。筆者引導學生建模，將學習內容結構化，幫助他們理解進化與適應觀并加以運用，提高復習效率。暗線是基于思辨能力的基本邏輯表達式，結合真題演練和相互評價，對現代生物進化理論模型進行多元應用，聚焦思辨能力的發展。此過程中，筆者采用混合教學模式指導學生的課堂學習，實現成果的外顯，取得較為理想的效果。

受課時限制，筆者對學生作答和評價時間進行了嚴格限制。對課上未能展示的成果，筆者在課后進行個性化評價，通過教學系統向學生反饋信息，實現對學生群體（共性問題）和學生個體（個性問題）的全面指導。保障完成教學任務是基本要求，在課堂上使學生作答和相互評價更加充分仍有改進空間。

綜上所述，教師采用混合式教學策略，開展建模教學，能夠有效提高高三一輪復習課的教學效率，有針對性地培養學生的學科能力使之外顯，并對其進行評價。筆者對高三一輪復習中生物進化相關內容的教學經驗進行了總結，提供了新思路，未來還需在實踐中不斷完善。

參考文獻

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[4] 仲作民.高中數學建模能力的培養策略探究[J].學周刊， 2023（5）：78-80.

（作者夏一凡、王毅男系北京大學附屬中學教師）

責任編輯：祝元志