理性思維主導(dǎo)探究　促核心素養(yǎng)形成

游泳　陳傳紅

摘 要：生物核心素養(yǎng)中，理性思維的發(fā)展可作為課堂的主線，通過環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)與推進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)生命觀念的形成、科學(xué)探究能力的強(qiáng)化與社會責(zé)任的認(rèn)同[1]。《DNA分子的結(jié)構(gòu)》以物理建模為手段，促進(jìn)理性思維的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高中生物;核心素養(yǎng);案例

理性思維是指通過質(zhì)疑、實(shí)證、邏輯分析，培養(yǎng)學(xué)生歸納概括、類比推理、模型與建模等能力[2]。人教版必修二第三章第2節(jié)《DNA分子的結(jié)構(gòu)》的內(nèi)容包括DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建歷程、DNA分子結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)、體驗(yàn)建模和DNA分子中堿基的有關(guān)計(jì)算問題。學(xué)生已在必修一學(xué)習(xí)過核酸相關(guān)知識，具備本節(jié)學(xué)習(xí)的認(rèn)知基礎(chǔ)。但時隔較長，有必要引導(dǎo)學(xué)生回憶進(jìn)而開啟自主探究。本節(jié)課采取多媒體課形式，借助DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模具材料進(jìn)行支架式教學(xué)[3]。以下用支架層次展示本課理性思維的發(fā)展。

支架一：以生活情境激疑，到達(dá)初級最近發(fā)展區(qū)

課堂以一幅同齡學(xué)生遺傳性狀的對比圖為起點(diǎn)，促發(fā)學(xué)生間彼此觀察。此時適時拋出問題：“都是DNA，為什么個體間性狀還是不同？”使學(xué)生的思考討論趨向DNA結(jié)構(gòu)多樣性的推測，進(jìn)而引發(fā)對核酸分子組成知識的回憶。正如歷史上諸多生物科學(xué)的發(fā)現(xiàn)，幫助學(xué)生們從外部觀察到探究物質(zhì)層次，滲透了“結(jié)構(gòu)與功能觀”[4]。

支架二：問題驅(qū)動建模，學(xué)生提升最近發(fā)展區(qū)

任何探究活動都應(yīng)有理論的依托，或是學(xué)生的舊經(jīng)驗(yàn)，或是教師提供資料以供分析。筆者采用了問題驅(qū)動法，依次拋出“辨別DNA與RNA化學(xué)組成”“觀察磷酸、脫氧核糖、含氮堿基如何連接成脫氧核糖核苷酸”“若干個脫氧核苷酸如何連接成了核苷酸鏈”三個問題請學(xué)生們根據(jù)課件圖片進(jìn)行思考，培養(yǎng)了學(xué)生“以舊換新”遷移推理能力。依據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，通過拆解教材建模步驟并讓學(xué)生操作，到達(dá)次級最近發(fā)展區(qū)（直接經(jīng)驗(yàn)），此時要求學(xué)生按照提示拿出模具材料，根據(jù)剛才的回憶成果，拼出DNA分子單鏈平面結(jié)構(gòu)，并來講臺進(jìn)行展示講解。通過生生互動，從而獲得知識（間接經(jīng)驗(yàn)）。由于學(xué)生離科學(xué)家的思維及知識背景仍有很大差距，故要求學(xué)生閱讀課本科學(xué)史，能使學(xué)生有可能制作出正確模型，保護(hù)其探索的積極性。也使學(xué)生意識到科學(xué)真正探究過程更復(fù)雜，體驗(yàn)到獲得并整合信息的重要性。借助資料使學(xué)生的認(rèn)知到達(dá)鄰近區(qū)后，再安排學(xué)生組裝雙鏈平面結(jié)構(gòu)，離“立體結(jié)構(gòu)”更近一步，使學(xué)生自主探究的興趣更加激發(fā)。原本是“老師的教學(xué)”轉(zhuǎn)變成了“學(xué)生完善自我作品”。對于高二學(xué)生來說，完成這些探究較簡單，用時約10分鐘。

支架三：升華形成抽象知識，分析歸納完成意義構(gòu)建

如何讓學(xué)生完成“DNA分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)”的意義構(gòu)建，而不是簡單地復(fù)述課本文字？筆者想到了元認(rèn)知策略——全班中必然有些小組因?yàn)楦鞣N原因會拼出錯誤的平面結(jié)構(gòu)。我又拋出三個引導(dǎo)問題：“DNA分子是由幾條鏈組成的，雙鏈之間排列方向有什么特點(diǎn)”“DNA分子中的堿基排列在哪里，有什么規(guī)律嗎”“模型外側(cè)是由哪些分子連接構(gòu)成”，讓學(xué)生邊組裝邊小組內(nèi)討論，而我利用巡視時間收集信息，邀請做錯的和做對的小組各一個，到臺上進(jìn)行對比展示，請其它小組進(jìn)行觀察并評價。這樣組織課堂有幾個優(yōu)點(diǎn)：1.因?yàn)槭峭瑢W(xué)間討論，對小組及個人的評價都是平等且可接受的;2.知識是從觀察、討論、反思并修正中獲得，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)精神;3.教師得到了真正的解放，精力用于發(fā)現(xiàn)學(xué)生的個性化發(fā)展，引出了“多樣性”和“特異性”。待學(xué)生討論出結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的共性時，教師再帶領(lǐng)學(xué)生關(guān)注課本文字，用精煉語言歸納DNA的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，便于記憶掌握。此環(huán)節(jié)是突破難點(diǎn)之處，用時約15鐘。

根據(jù)課本中“堿基互補(bǔ)原則”文字引出了卡伽夫法則。為了使學(xué)生在有限時間里初步掌握法則的運(yùn)用（通過講評課再強(qiáng)化），我采用了數(shù)學(xué)思維幫助學(xué)生達(dá)成目標(biāo)。

例：在一個DNA分子中，堿基A占總堿基數(shù)20%，其中一條鏈?zhǔn)茿占27%。問另一條單鏈上腺嘌呤脫氧核苷酸所占百分比。

解析：在DNA分子中，某堿基數(shù)既為相應(yīng)脫氧核糖核酸數(shù)（依據(jù)基本組成單位）

采用代數(shù)思路——將雙鏈分別命名為1、2鏈，總堿基數(shù)記為2N個，則

據(jù)題意可記為雙鏈上A/2N等于20%，但單鏈上A1/N等于27%，且根據(jù)堿基互補(bǔ)原則可知A=A1+A2，故（A1+A2）/2N等于20%，綜合計(jì)算可知A2/N等于13% 即答案。

通過例題講解，教會學(xué)生類比推理用數(shù)學(xué)理性思維解決生物情境問題。這時再展示堿基計(jì)算的有關(guān)規(guī)律，利用學(xué)生已產(chǎn)生的興趣，要求學(xué)生去證明規(guī)律的正確性，既是對學(xué)生運(yùn)算能力的信任和考查，也是將課堂進(jìn)行了延伸，豐富了這節(jié)課的內(nèi)容，使學(xué)生對知識有“吃不飽”的感覺，讓學(xué)習(xí)興趣延續(xù)下去。

此時課已接近尾聲，作為一節(jié)學(xué)生自主的探究課，課堂的知識總結(jié)是非常必要的，否則學(xué)生易有“不明輕重”的現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1]譚永平.生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)：內(nèi)涵、外延與整體性[J].課程.教材.教法，2018，38（08）：86-91.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：4-5.

[3]劉洋.支架式教學(xué)模式在中學(xué)歷史教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].山東師范大學(xué)，2016.

[4]譚永平.發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)——為何及如何建立生命觀念[J].生物學(xué)教學(xué)，2017，42（10）：7-10.

（基金項(xiàng)目：本論文得到江西省學(xué)位與研究生教育教學(xué)改革項(xiàng)目（JXYJG-2016-108）、東華理工大學(xué)專業(yè)學(xué)位案例庫建設(shè)項(xiàng)目（DHLGYJG-2016-6）資助）