以科學(xué)史為載體培養(yǎng)學(xué)生理性思維的教學(xué)實(shí)踐研究
——以“染色體變異”教學(xué)為例

（江蘇省華羅庚中學(xué) 江蘇常州 213200）

科學(xué)思維是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是學(xué)生自主獲取新知識、開展科學(xué)探究及實(shí)踐創(chuàng)新的前提。理性思維則是科學(xué)思維的重要組成部分，是指對事物進(jìn)行觀察、比較、分析、綜合、抽象與概括的思維方式，是建立在證據(jù)和邏輯推理基礎(chǔ)上的、嚴(yán)格遵守邏輯規(guī)律的思維方式。學(xué)生理性思維發(fā)展的直接價值就是提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。在中學(xué)教學(xué)過程中，學(xué)生的理性思維能力培養(yǎng)越來越受到重視。

生命科學(xué)史是生命科學(xué)的發(fā)展史，是人類思考和解決生物學(xué)問題的思想歷程。它為學(xué)生科學(xué)探究活動提供了鮮活的資料，有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更能增強(qiáng)學(xué)生理性思維能力與科學(xué)探究水平。如何利用科學(xué)史優(yōu)化教學(xué)，讓其成為發(fā)展學(xué)生理性思維的載體，值得教師去實(shí)踐和探索。

“染色體變異”是人教版教科書《必修2·遺傳與進(jìn)化》的教學(xué)內(nèi)容。由于染色體組的抽象性與復(fù)雜性，本節(jié)內(nèi)容對學(xué)生的邏輯思維和辯證思維要求較高。筆者以本節(jié)部分教學(xué)內(nèi)容為例，探討以科學(xué)史為載體，培養(yǎng)學(xué)生理性思維的教學(xué)實(shí)踐。

1 以果蠅染色體變異發(fā)現(xiàn)的科學(xué)史為導(dǎo)引，發(fā)展批判性思維

批判性思維是理性思維方式中的高階思維，它要求個體能夠基于客觀事實(shí)進(jìn)行理性的分析和評價，能夠從多個角度提出、思考和分析問題。

該模塊科學(xué)史教學(xué)案例：在1917年，摩爾根的學(xué)生布里奇斯發(fā)現(xiàn)了一只特別的果蠅。它的眼睛是棒狀的，而野生型的果蠅都是卵圓形眼。

教師設(shè)問：性狀是由什么決定的？這只棒狀眼果蠅的產(chǎn)生可能是什么原因？當(dāng)時有沒有基因測序？基因在哪里呢？

設(shè)計(jì)意圖：教師以科學(xué)史事實(shí)為導(dǎo)引，奠定整節(jié)課的基調(diào)，即圍繞科學(xué)史研究展開，給學(xué)生營造了思維探究的氛圍。教師拋出開放性問題，鼓勵學(xué)生大膽猜想、合理假設(shè)，促進(jìn)學(xué)生嘗試從不同角度看待問題，用多種方法解決問題，從而使學(xué)生的思維更開闊。

2 以果蠅染色體結(jié)構(gòu)變異的科學(xué)史為背景，發(fā)展演繹推理思維

演繹是在一般中發(fā)現(xiàn)個別的推理形式和思維方式。人們對事物的認(rèn)識往往從個別開始，然后擴(kuò)展到一般，再從一般進(jìn)一步認(rèn)識個別。這種方法的運(yùn)用要求個體能正確掌握、理解作為指導(dǎo)思想或依據(jù)的一般原理、原則；同時要對研究的課題、所探討問題的實(shí)際情況全面了解，才能推導(dǎo)出一般原理用于特定事物的結(jié)論。

該模塊科學(xué)史教學(xué)案例：布里奇斯在顯微鏡下觀察了這只棒狀眼果蠅的染色體。他發(fā)現(xiàn)：這只果蠅的X染色體的某些區(qū)段多了一部分，而其他染色體無差別，這就是果蠅棒狀眼產(chǎn)生的原因。

教師展示果蠅棒狀眼與正常眼的圖片，用磁性貼演示染色體的片段重復(fù)，設(shè)問：染色體多了一部分出來，基因有什么變化呢？這還是基因突變嗎？學(xué)生討論后，總結(jié)：染色體變異的類型之一——重復(fù)。教師追問：在一條染色體上還能發(fā)生哪些變化呢？學(xué)生用磁性貼在白板上演示缺失與倒位現(xiàn)象，并交流描述基因的變化。教師繼續(xù)引導(dǎo)：一條染色體內(nèi)可以自己交換片段。那么，兩條染色體間能不能互相交換呢？學(xué)生板演易位的情況。教師引導(dǎo)學(xué)生回顧交叉互換的知識，與易位進(jìn)行辨析。

設(shè)計(jì)意圖：該部分教學(xué)改變傳統(tǒng)教學(xué)中直接給出各種染色體結(jié)構(gòu)變異的類型，單純進(jìn)行講解或舉例的做法。教師以染色體變異科學(xué)史為研究背景，引導(dǎo)學(xué)生分析突變型果蠅產(chǎn)生的原因，從原理上辨析染色體變異與基因突變。這樣可以從簡單的染色體片段重復(fù)入手，引導(dǎo)學(xué)生動手推理，從學(xué)生的板演到科學(xué)史料的證實(shí)，培養(yǎng)實(shí)證意識，鍛煉演繹推理思維；通過辨析易位與交叉互換，培養(yǎng)學(xué)生辯證思維與邏輯的嚴(yán)密性。

3 以果蠅染色體數(shù)目變異的科學(xué)史為載體，發(fā)展分析與綜合思維

分析是把研究對象的整體分解為一個個部分分別加以研究的方法。綜合是把研究對象的各個部分或各個方面聯(lián)系起來考察，從整體上去認(rèn)識和把握研究對象的思維方法。分析是最基本的思維方法，無論是歸納還是演繹推理都離不開分析思維。

該模塊科學(xué)史教學(xué)案例：教師介紹染色體變異發(fā)現(xiàn)史上，布里奇斯在利用果蠅證明“基因在染色體上”時，發(fā)現(xiàn)變異果蠅具有這樣的染色體組成（圖1、圖2），設(shè)問：它的染色體組成與正常果蠅相比有什么特點(diǎn)？教師展示圖3，介紹具有該染色體組成的果蠅在胚胎期就死亡了。

教師展示布里奇斯還發(fā)現(xiàn)了另一種罕見的雌果蠅，它的染色體組成如圖4所示，并提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考：它與正常果蠅的染色體組成相比又有什么不同？這只果蠅多了些染色體，這些染色體有什么特點(diǎn)？（彼此之間大小相同嗎？）一般稱它們?yōu)槭裁矗窟@一個組合里包含果蠅生長發(fā)育所需的全部遺傳信息嗎？

通過設(shè)疑——發(fā)問——思考，教師幫助學(xué)生厘清染色體組的組成要素，促進(jìn)學(xué)生總結(jié)染色體組的概念。教師追問：像這樣的染色體組，這只雌果蠅有幾個？正常果蠅的體細(xì)胞中有幾個這樣的染色體組？每個染色體組上的組成有哪些？接著，教師和學(xué)生共同總結(jié)識別染色體組的方法，并用道具進(jìn)行小組演練。

設(shè)計(jì)意圖：一般課堂在教授該部分內(nèi)容時，往往缺乏研究的情境，課堂略顯沉悶與機(jī)械化。本模塊的設(shè)計(jì)旨在給學(xué)生鋪墊一個思考與探索的臺階，由4種變異果蠅的細(xì)胞圖引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注果蠅的染色體數(shù)目變化，使學(xué)生通過比較與分析，建構(gòu)染色體組的概念，繼而回歸到正常果蠅的染色體組，深化理解。學(xué)生應(yīng)用自主思維獲得的概念辨析各種染色體組道具，分析染色體組數(shù)與組成。

科學(xué)史的教學(xué)不一定局限于書本提供的教學(xué)資源，教師亦可以通過查證各種文獻(xiàn)資料完善研究的歷程。例如，本節(jié)課以科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)為導(dǎo)引，在尊重學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的前提下，促進(jìn)學(xué)生動手操作、動腦分析、動口表述，從而讓學(xué)生逐步自主形成概念。教師采取各種教學(xué)方法，發(fā)展學(xué)生的分析與綜合能力、演繹與邏輯推理能力、模型與建模能力、批判性思維能力，能有效促進(jìn)學(xué)生理性思維的培養(yǎng)，同時亦有利于培養(yǎng)正確的生命觀和社會責(zé)任感。