基于主線式情境的問題探究式教學(xué)實踐研究

中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》中指出，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在真實情境中，借助解決社會生活、生產(chǎn)實踐、科學(xué)研究等問題發(fā)展起來的。吳成軍教授也指出，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中最重要的關(guān)鍵能力必須通過學(xué)生在真實情境中的思考、分析和探究等活動才能得到發(fā)展。由此可見，高水平生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育離不開真實情境的支撐，而僅通過一節(jié)課時的情境內(nèi)容教學(xué)無法完成對學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此，教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時，應(yīng)從單元整體教學(xué)的角度出發(fā)，對相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行充分挖掘和整合，創(chuàng)設(shè)與教學(xué)主題密切相關(guān)的主線式情境，將知識體系的構(gòu)建和情境的發(fā)展有機(jī)地融合在一起，引導(dǎo)學(xué)生沿著主線進(jìn)行活動探究，并在活動探究過程中逐步構(gòu)建知識體系，發(fā)展其生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1教學(xué)分析及設(shè)計思路

人教版普通高中教科書《生物學(xué)·必修 遺傳與進(jìn)化》（以下簡稱“教材”中涉及的知識點是高中生物學(xué)教學(xué)中的重難點，同時也是高考考查的重點內(nèi)容，其包括遺傳的基本規(guī)律、遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)和分子基礎(chǔ)、生物的變異和進(jìn)化等。其中，遺傳的基本規(guī)律在全國各地高考中均是考查的重點，且多以社會生活、生產(chǎn)實踐或科學(xué)研究等為情境進(jìn)行考查。

近幾年，在廣東、山東、湖南、湖北、河北等地的高考中，對“遺傳基本規(guī)律與生物變異\"均有較大篇幅的考查，這對學(xué)生信息獲取、分析推理和實驗探究等方面的能力也提出了更高的要求。學(xué)生在前期的復(fù)習(xí)中，已經(jīng)初步掌握了“基因分離定律”“基因自由組合定律\"“伴性遺傳”等遺傳的基本規(guī)律。但由于該專題信息量較大，又常與社會生活、生產(chǎn)實踐、科學(xué)研究相結(jié)合，常規(guī)的專題復(fù)習(xí)模式“做題一講題—歸納解題方法”容易讓學(xué)生喪失學(xué)習(xí)興趣和探索欲望。學(xué)生也常常會因為找不到解題的突破口而對其產(chǎn)生畏難情緒，進(jìn)而阻礙遺傳學(xué)知識體系的構(gòu)建及生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

為了更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望，筆者將遺傳基本規(guī)律與生物變異相結(jié)合，創(chuàng)設(shè)以果蠅遺傳學(xué)實驗研究為背景的主線式情境，引導(dǎo)學(xué)生沿著這條主線進(jìn)行活動探究，在“發(fā)現(xiàn)問題一分析問題一解決問題”的過程中靈活運用“假說一演繹”法即“提出假說一演繹推理一逆向答題”解決遺傳學(xué)問題。這不僅能幫助學(xué)生構(gòu)建遺傳學(xué)知識體系，更能培養(yǎng)學(xué)生演繹與推理、歸納與概括等科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

2教學(xué)目標(biāo)

基于《課程標(biāo)準(zhǔn)》中的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求及學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，筆者圍繞生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，制定了如下教學(xué)目標(biāo)。

（1）通過參與一系列生物變異類型判斷與實驗探究活動，重新構(gòu)建遺傳基本規(guī)律與生物變異相關(guān)的知識體系。（2）理解由基因突變、基因重組、染色體變異引起的變異是可遺傳的，運用結(jié)構(gòu)與功能觀解釋復(fù)雜科研情境中的生命現(xiàn)象。（3）結(jié)合不同生物變異類型，對不同科研情境下的問題進(jìn)行分析、討論，運用“假說一演繹”法解決科研實踐問題，訓(xùn)練演繹與推理、歸納與概括等科學(xué)思維。（4）合理選擇用于遺傳學(xué)研究的模式昆蟲果蠅，并展示一系列果蠅雜交實驗，解決科研實踐問題，提升科學(xué)探究能力。

3教學(xué)過程

3.1創(chuàng)設(shè)情境，探究變異類型

情境1：果蠅是良好的遺傳學(xué)實驗材料，正常培養(yǎng)溫度為 ，繁殖周期約為12天。某一生物學(xué)興趣小組在暑期飼養(yǎng)了一批純合長翅果蠅幼蟲用于遺傳學(xué)實驗。因當(dāng)時氣溫高達(dá) ，為保證果蠅幼蟲正常生長，學(xué)生將果蠅幼蟲置于 恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。但在培養(yǎng)的第7天，培養(yǎng)箱因故斷電一天，學(xué)生未能及時發(fā)現(xiàn)并采取降溫措施，導(dǎo)致培養(yǎng)出的成蟲中出現(xiàn)了一定數(shù)量的殘翅果蠅（雌雄均有）。

教師根據(jù)情境提出以下問題： ① 果蠅殘翅性狀的出現(xiàn)在遺傳學(xué)上稱為什么現(xiàn)象？果蠅殘翅性狀的出現(xiàn)原因是什么？ ② 設(shè)計實驗，驗證實驗過程中果蠅殘翅性狀出現(xiàn)的原因，簡要描述實驗思路并分析可能出現(xiàn)的實驗結(jié)果。

設(shè)計意圖：筆者以果蠅遺傳學(xué)實驗研究為背景創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生置身問題情境，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望。學(xué)生基于問題情境區(qū)分可遺傳變異和不可遺傳變異，理解由遺傳物質(zhì)改變引起的變異是可遺傳變異，初步建立結(jié)構(gòu)與功能觀的生命觀念。教師通過進(jìn)階式設(shè)問使學(xué)生緊跟課堂節(jié)奏并進(jìn)行深人思考，為學(xué)生后續(xù)進(jìn)行探究活動奠定基礎(chǔ)。

3.2承接情境，探究基因突變類型和突變基因的位置關(guān)系

子情境1：興趣小組經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)果蠅殘翅是一種可遺傳變異，但不知是染色體變異還是基因突變引起的。教師就此向?qū)W生提出問題：果蠅出現(xiàn)殘翅性狀是由染色體變異還是基因突變引起的？探究該問題最簡便的方法是什么？

子情境2：興趣小組進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)果蠅出現(xiàn)殘翅性狀是某個基因突變導(dǎo)致的。教師就此向?qū)W生提出任務(wù)：利用現(xiàn)有純合長翅果蠅和殘翅果蠅設(shè)計雜交實驗，探究該基因突變是隱性突變還是顯性突變，并預(yù)測實驗結(jié)果。

子情境3：興趣小組經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)果蠅殘翅為單基因隱性突變。教師就此向?qū)W生提出任務(wù)：利用現(xiàn)有純合長翅果蠅和殘翅果蠅，設(shè)計雜交實驗確定控制該性狀的基因位于常染色體上還是X染色體上，并以遺傳圖解的形式展現(xiàn)。

子情境4：興趣小組在另一個果蠅種群中也發(fā)現(xiàn)了若干隱性突變殘翅果蠅（雌雄均有）。上述殘翅突變可能是同一對等位基因發(fā)生隱性突變導(dǎo)致的，也可能是不同對基因發(fā)生隱性突變導(dǎo)致的；相關(guān)突變基因可能位于1對同源染色體上，也可能位于2對同源染色體上。教師就此向?qū)W生提出任務(wù)：設(shè)計實驗探究突變基因的位置和相關(guān)突變基因之間的位置關(guān)系，并在不考慮染色體互換的情況下預(yù)測實驗結(jié)果。

設(shè)計意圖：筆者根據(jù)果蠅遺傳學(xué)實驗的研究進(jìn)展和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，創(chuàng)設(shè)一系列基于相同背景但又具有邏輯遞進(jìn)關(guān)系的子情境，將基因突變類型、突變基因的位置和相關(guān)突變基因之間的位置關(guān)系等知識與主線式情境有機(jī)融合在一起，引導(dǎo)學(xué)生隨著問題情境的不斷深人進(jìn)行合作探究，讓學(xué)生在問題驅(qū)動下有目的地進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。這不僅能持續(xù)調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，還能幫助學(xué)生快速構(gòu)建遺傳學(xué)知識體系。同時，學(xué)生在探究過程中多次運用“假說一演繹\"法思維模型分析問題，根據(jù)問題情境提出假說，合理選用果蠅進(jìn)行探究實驗，然后從結(jié)論到結(jié)果對不同假說進(jìn)行演繹推理，最后從結(jié)果到結(jié)論進(jìn)行逆向答題。教師通過分析問題、解決問題的思維過程發(fā)展學(xué)生的演繹與推理、歸納與概括等科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

3.3轉(zhuǎn)接情境，探究染色體變異類型

一節(jié)引人入勝的課堂需要通過在主線情境探究中創(chuàng)設(shè)新的情境信息改變探究方向、轉(zhuǎn)接情境，引發(fā)學(xué)生深度思考，進(jìn)而發(fā)展學(xué)生的深度思維。

情境2：該興趣小組在一次果蠅雜交實驗中，用純合白眼雌果蠅（XX）與紅眼雄果蠅（ $＼mathrm{＼DeltaX^{R}Y）}$ 進(jìn)行雜交，子代中出現(xiàn)一只白眼雌果蠅（記為N。甲同學(xué)認(rèn)為是基因突變導(dǎo)致的，乙同學(xué)認(rèn)為是染色體片段缺失導(dǎo)致的，丙同學(xué)認(rèn)為是染色體數(shù)目變異導(dǎo)致的（經(jīng)前期研究發(fā)現(xiàn)若果蠅兩條性染色體上均無顏色基因則無法存活，果蠅染色體組成與性別關(guān)系如表1所示）。教師就此向?qū)W生提出任務(wù)：請設(shè)計雜交實驗探究個體N產(chǎn)生的原因并預(yù)測實驗結(jié)果。

設(shè)計意圖：筆者通過改變探究方向轉(zhuǎn)接情境，用情境信息“出現(xiàn)一只白眼雌果蠅（記為N\"引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)人一個全新但與主線情境密切相關(guān)的探究視野，即白眼雌果蠅的出現(xiàn)是由染色體結(jié)構(gòu)變異還是染色體數(shù)目變異引起的。這樣既可以避免教學(xué)內(nèi)容枯燥，又可以讓學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)探究能力得到更加深入的發(fā)展，進(jìn)而幫助學(xué)生理解并認(rèn)同染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目變異都可能導(dǎo)致生物性狀改變甚至死亡，深化其結(jié)構(gòu)與功能觀的生命觀念。

3.4回歸情境，探究轉(zhuǎn)基因類型

情境3：該興趣小組通過文獻(xiàn)閱讀發(fā)現(xiàn)，沙漠果蠅的mELo基因可以通過延長果蠅的一類碳?xì)浠衔锾兼湥嵘壴谏衬h(huán)境中的生存能力。研究人員欲通過構(gòu)建果蠅轉(zhuǎn)基因體系，過表達(dá)mElo基因，提高果蠅的耐高溫、耐干旱能力。教師就此向?qū)W生提出任務(wù)：設(shè)計實驗探究mElo基因在染色體上的插人位置并預(yù)測實驗結(jié)果。

設(shè)計意圖：教師通過創(chuàng)設(shè)“構(gòu)建耐高溫、耐干旱果蠅轉(zhuǎn)基因體系”的情境，使學(xué)生回顧“恒溫培養(yǎng)箱斷電導(dǎo)致殘翅果蠅出現(xiàn)\"的初始情境，進(jìn)而引出對避免高溫條件下果蠅出現(xiàn)殘翅性狀方法的探討。此外，教師基于果蠅雜交實驗創(chuàng)設(shè)整合式情境教學(xué)，不僅加強(qiáng)了知識間的整體性和系統(tǒng)性，還深化了學(xué)生對知識的理解程度。學(xué)生通過此過程深刻體會到科學(xué)研究是不斷發(fā)現(xiàn)并解決問題的過程，進(jìn)而培養(yǎng)自身嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)研究態(tài)度。

3.5串聯(lián)情境，構(gòu)建知識體系

教師在完成一系列情境教學(xué)后，引導(dǎo)學(xué)生串聯(lián)各情境并完成“遺傳基本規(guī)律與生物變異\"知識體系的構(gòu)建（見圖1），進(jìn)而實現(xiàn)學(xué)生歸納與概括等科學(xué)思維能力的提升。

設(shè)計意圖：主線式情境教學(xué)的核心在于通過問題情境的不斷發(fā)展，逐步引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建出完整的知識體系。這不僅能讓學(xué)生厘清知識之間的內(nèi)在關(guān)系，形成具有整體性、系統(tǒng)性、層次性的知識體系，而且還能培養(yǎng)學(xué)生歸納與概括的科學(xué)思維能力。

4教學(xué)反思

針對高三階段學(xué)生的復(fù)習(xí)，教師不僅要注重對基礎(chǔ)知識和重要概念的梳理與整合，更要注重對學(xué)生分析和解決社會生活、生產(chǎn)實踐、科學(xué)研究等方面問題能力的培養(yǎng)，從而實現(xiàn)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究能力的發(fā)展。“問題教學(xué)\"理論的創(chuàng)始人馬赫穆托夫（MMah-mutov）曾提出：問題情境式教學(xué)所發(fā)展的是學(xué)生的智力和情感，是創(chuàng)造性思維，是發(fā)展性教學(xué)的高級類型。3因此，教師在教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)真實的問題情境可以有效引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，吸引學(xué)生進(jìn)行主動探索，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

本節(jié)復(fù)習(xí)課以果蠅遺傳學(xué)實驗研究為背景，將“遺傳基本規(guī)律與生物變異”知識體系的構(gòu)建和情境的發(fā)展有機(jī)融合在一起。教師通過創(chuàng)設(shè)一系列有難度梯度的問題情境和科研實踐探究活動，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生在不斷運用“假說一演繹”法發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題的過程中，重新構(gòu)建“遺傳基本規(guī)律與生物變異\"知識體系，對遺傳學(xué)產(chǎn)生更系統(tǒng)、更全面、更深入的認(rèn)識。這不僅能夠幫助學(xué)生發(fā)展演繹與推理、歸納與概括等高階科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，更能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，達(dá)到事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)

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