基于科學思維能力培養的教學實踐

張玄可 孫甜甜 袁倫強

摘要 以“基因與染色體的關系”為例在復習課中嘗試落實生物學科核心素養中科學思維的教學設計。圍繞課程目標設計啟發性情境，由學生在具體情境中自探質疑、小組合作探究、學生展示及點評、新情境中運用拓展，探索過程中落實科學思維。

關鍵詞 教學設計科學思維復習課

中圖分類號C633. 91

文獻標志碼B

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》明確將生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任作為生物學學科核心素養的四個基本要素。在新課標、新教材、新高考到來之際，如何在教學過程中培養學生的科學思維能力？筆者圍繞“基因與染色體的關系”一課的設計進行探討。

1 設計思路

科學思維的培育需要具體的教學情境，只有在問題情境中借助解決問題的探究實踐才能培養起來。合適的問題情境往往能夠激發學生強烈的問題意識和探究動機。在自主探究的過程中獲得的知識能夠被運用到實踐中解決問題，并推動實踐發展才是“活的知識”。在開展科學探究活動時，學生要像科學家發現知識那樣，學會質疑、發現和提出問題，學會在分析材料的基礎上，通過提出假設和驗證假設，自主地推出結論。

在教學中，教師創設培養學生科學思維能力的教學情境，不再完全受制于文本（教材和教參），引導學生能夠按自己的方式思考。根據高三年級復習課中知識結構共建的特點，以基因和染色體的位置關系及相關的實驗設計為例，探討教學流程（圖1）。

2 教學過程

2.1 創設情境、自探質疑

在一輪復習教材《必修2.遺傳與變異>第二章的“基因在染色體上”和“伴性遺傳”時，學生的關注點往往是相關題目，缺乏對摩爾根果蠅雜交實驗的“假說一演繹法”分析?；谒龅降念}型以及生活常識，教師引導學生提出相關問題。例如，為什么摩爾根實驗中F2代白眼果蠅都是雄性？如何利用假說一演繹法，驗證摩爾根的假設？如何判斷一個基因在細胞中的位置？關于基因在性染色體上的位置關系，如何用實驗驗證？

設計意圖：基于教材提出有價值的問題是誘發學生探究和思考的關鍵，是科學探究的“第一步”。因此，引導學生深度挖掘教材中科學結論得出的過程，運用批判性思維對結論提出合理的質疑，回顧并結合所遇到的問題，是科學思維形成的原動力，是培養學生核心素養的起跑線。

針對學生提出的問題，學生充分討論、交流、表達、論證后，確定進一步合作探究的問題有：如何判斷一個基因在細胞中的位置？關于基因在性染色體上的位置關系，如何用實驗驗證？

2.2 演繹推理、合作探究

針對問題，教師創設問題情境，鼓勵學生先獨立思考，遇到不懂的問題及時標注，形成初步解題思路。

情境1（學生從遇到過的題目中節選）：果蠅中，有灰身的，也有黑身的。現實驗室有灰身、黑身雌雄蠅若干只。請你利用一代雜交實驗，推斷灰身和黑身的遺傳方式是細胞質遺傳，還是細胞核遺傳。

情境2（教師從高考題中節選）：科學家研究黑腹果蠅時發現，剛毛基因（B）對截剛毛基因（b）為完全顯性。若這對等位基因存在于X、Y染色體上的同源區段，則剛毛雄果蠅可表示為XByB或XBYb或XbyB，若僅位于X染色體上，則只能表示為XBY。現有各種純種果蠅若干，請利用一次雜交實驗來推斷這對等位基因是位于X、Y染色體上的同源區段還是僅位于X染色體上。寫出遺傳圖解，并簡要說明推斷過程。

然后，學生開展小組討論，交流自探成果，重點解決自探中的疑難問題，并在小組內達成共識。

設計意圖：學生提出的問題須在具體真實的情境中得到解決方案。在情境化的題目中，學生主動思考，運用科學思維中的歸納與概括、演繹與推理，得到初步方案。面對一個性狀，學生要先確定遺傳方式為細胞質遺傳還是細胞核遺傳，然后判斷在染色體上的具體位置，再運用“假說一演繹”，提出“基因在染色體不同位置”的假設。需要注意的是，假設應包括符合邏輯事實的各種猜想，然后設計實驗進行驗證;再羅列實驗結果所支持的假設。情境1中的基因若位于細胞質，則無論灰身和黑身果蠅正交還是反交，子代性狀都應該與母本一致;若基因位于細胞核，則無論灰身和黑身果蠅正交還是反交，子代性狀都應該一致。小組內合作分享解題思路，組員及時提出改進意見，并表明自己的觀點，便于在展示中得到驗證。

2.3 展示與評價

各學生小組通過各種方式展示自己的觀點與思路方法，如采用表格比較的方式（表1）。教師引導學生關注對遺傳現象的理解或解釋。

教師提出展示要求：解決方案基于情境闡明，并歸納出同類題型的解決思路，方案要體現科學思維：口頭展示要聲音洪亮，吐字清晰;書面展示要字跡規范，整潔，書寫規范簡潔。非展示組繼續討論，為質疑和補充做好準備。

經過討論后的觀點代表小組的集體智慧?；谇榫?的分析，學生一般會提出進一步判斷基因具體位置的實驗方案，即找到隱性性狀的雌性（XbXb）與雄性雜交，觀察子代雌雄的表現型。

教師提出評價要求：字跡是否工整、思路是否清晰，能否提出新的見解。評價小組評價時，要闡明扣分原因，簡要點出展示的優點和思路方法、應該注意的問題，并補充或質疑。非展示組學生真傾聽，但評價完以后，要及時提出疑問或見解。提出合理質疑的學生，教師可以根據情況對該組加分。

設計意圖：經過小組代表在班級內部展示問題的解決方案，實現全員參與共建知識體系;使得學生可以內化基因與染色體的位置關系，從而實現遷移運用。教師在學生展示和評價過程中，要注意及時啟發學生往深處思考，鼓勵學生提出深度的質疑。例如，教師在學生展示評價的基礎上，提出判斷一種病毒遺傳物質和判斷某性狀顯隱性的實驗設計思路與過程。最后，引導學生在分析材料的基礎上自我實證，歸納出這類題型通用的解決方案。

本環節中，學生提出解決基因位置的方案，不僅是簡單的記憶知識和方法，還是基于理解、分享、表達的深度學習。