運用問題驅動學習策略培養學生的科學思維品質

張靜

摘要 通過真實的案例設置情境，在情境中進行環環相扣的問題驅動，引導學生從事實性知識構建概念性知識，再到科學思維的升華，促進學生自己構建知識網絡，形成概念體系，能有效地培養學生的科學思維品質。

關鍵詞 情境設置 問題驅動 概念體系 科學思維品質

中圖分類號G633. 91

文獻標志碼B

1 對問題驅動教學法的認識

問題驅動教學法是以建構主義教學理論為基礎，從教學內容出發，在特定的情境下設計層層深入的有效問題，驅動學生探究并解決問題進而提高能力、獲取知識的教學方法。該方法的關鍵在于構建合理的“問題鏈”，創設相應的問題情境，在恰當的環節呈現問題，并以此激發學生解決問題的欲望，同時通過教師的引導與啟發，展示知識的形成和應用過程，讓學生通過自己的思考解決問題，真正實現對概念知識的理解和構建，從而培養學生的科學思維能力。

2 “基因工程”教學案例

下面以2017年版人教版《選修3.現代生物科技專題》“基因工程”的復習教學為例，展示基于“問題驅動”的教學方法在生物課中的應用。

“基因工程”一節的教學內容難度較大，知識點繁多，重點是基因表達載體的構建和在實際情境中的應用，難點是PCR技術和目的基因的檢測與鑒定。該部分知識與選修1模塊中的PCR技術關系密切。因此，筆者將本節課的內容與選修1的多聚酶擴增DNA片段的內容進行了整合。

2.1 問題情境生活化

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》指出：有效的教學情境可以激起學生的好奇心和求知欲，點燃學生的學習熱情，使學生形成良好的求知心理，從而使學生主動參與對所學知識的探索發現和認識過程，體驗學習的樂趣。

為了滿足學生在實際生活中對生物學知識的需求，教師在進行教學情境創設時，應多列舉學生熟悉的實例，引導學生應用所學知識解決實際問題，培養學生的知識遷移能力，提高學生的知識整合與運用能力。

在教學過程中，筆者創設了這樣一個真實的生活情境：播放當時最新的新冠病毒研究的視頻，然后設問：在疫情期間，同學們最關心的一定是新冠病毒的作用機制以及人體如何抵抗新冠病毒。目前，科學家已經發現，新冠病毒通過S蛋白與人體表面的血管緊張素轉化酶2（ACE2）結合，從而侵入宿主細胞。這給制備S蛋白的疫苗帶來了可能性。假如你是生物科學家，思考一下，怎樣通過基因工程的方法，以大腸桿菌作為工程菌制備S蛋白的疫苗？你的研究思路是什么？

這樣的情境是從生活中來，到生活中去，與社會密切相關聯，和學生的生活經驗密切聯系，使學生感興趣，并能在課堂上嘗試學以致用。正如趙占良老師所說：“情境創設要盡量真實，是在現實生活中真實存在的，并能作為問題解決型的學習任務的真實情境。”

2.2 問題設置系列化

教師要根據學生現有的認知水平和知識的內在聯系，把難度大且抽象的問題設計成環環相扣的一系列問題，使每個問題符合學生的“最近發展區”。在本節教學中，教師創設情境，精心整合教材，引導學生思考一系列有梯度的問題，不僅學習了基因工程的操作步驟，也將PCR技術、酶切電泳技術等內容囊括進來，促進學生遷移與整合知識，形成基因工程的概念體系，同時培養學生的科學思維品質。

筆者共設置了5個問題驅動任務，其中前2個驅動任務比較基礎，學生通過自己思考，自主學習就可以完成，后3個驅動任務較為深入，需要小組合作交流、協作討論方能完成。

（1）驅動問題1：假如，科學家已經通過反轉錄方法，獲得了S蛋白的cDNA，如圖1所示，我們該選擇什么種類的限制酶切割目的基因和質粒，構建基因表達載體呢？說明理由。

設計意圖：實際的情境，激發了學生學習興趣，引導學生思考，讓學生帶著問題進行學習。學生需要掌握選擇限制酶的基本原則才能做出正確的選擇，并學會分析選擇一種酶切和兩種不同酶切這兩種方法的優缺點。

（2）驅動問題2：假如選擇Kpn I和Sma I獲得了重組質粒，請思考該如何篩選出導入重組質粒的大腸桿菌？

設計意圖：學生需要利用抗性基因進行篩選重組質粒的方法一原位平板影印法，正確推理出兩個平板上菌落生長的異同，訓練理性思維，提升分析能力。

（3）驅動問題3：如果科學家已經制備了目的基因S蛋白的cDNA的一段單鏈DNA探針，用什么方法可以鑒定大腸桿菌中已經導入了目的基因？

設計意圖：學生需要理解DNA分子雜交技術的原理，并嘗試將該原理應用于新的情境中，養成解決實際問題的思維習慣和能力。

（4）驅動問題4：如果目的基因S蛋白的cDNA的首尾端分別存在A、B兩種引物，除了利用以上兩種方法進行篩選外，還能想到什么方法可以鑒定大腸桿菌中導入的是重組質粒還是普通質粒呢？

設計意圖：培養學生思維發散和知識遷移的能力，將己學過的PCR技術和DNA凝膠電泳技術知識進行遷移和運用。這樣有利于不同專題知識的整合和升華，形成一個完整的整體。

（5）驅動問題5：如果只利用PCR技術和AB兩種引物，DNA凝膠電泳后，還是無法確定大腸桿菌中目的基因插入的位置是正確的還是反向的，有什么方法可以鑒定篩選出的菌落中含有的是正確插入目的基因的重組質粒？

設計意圖：教師引導學生通過畫圖，利用不同的引物組合，引導學生分析目的基因正向連接和反向連接的PCR的產物會有哪些差別，深化學生對PCR技術的理解和應用，從而培養其知識遷移能力，增加學生探究的成就感，提高其科技興國、人人有責的社會責任感。

2.3 教師引導學生總結學習內容

教師提出問題，促進學生自主構建自己的知識體系：通過這節課，你學到了什么？可以用概念圖來表達嗎？學生隨著年齡的增長，他們的認知水平和總結歸納的能力有了顯著提高。學生形成概念后，就可以將事實上升到理論的層面，從而將紛繁復雜的知識由點到線，由線到面構建成一個結構合理的整體。學生自己的構建知識網絡的過程，就是概念系統化的過程、概念內在加工和整合的過程。概念系統化需建立在概念應用的基礎上，學生建構較為完整的概念結構體系，從而實現從零散到集中、從局部到整體的升華;最終建構以概念體系為核心的學科知識體系，讓學生能見到樹木，有能見到森林，達到真正掌握知識的目的。

在學習“基因工程”后，學生嘗試自己構建基因工程的概念圖。這是外界知識進行同化和順應的過程，學生在自己的構建過程中，形成了自己的內在的知識體系，便于以后在類似情境中，快速提取和應用知識。

3 教學反思

筆者設置的5個驅動問題不僅可以促進學生學習基因工程的操作步驟，還可以在鑒定目的基因的時候，促進學生發散聯想，層層深入，實現選修3和選修1中交叉知識的遷移運用，將PCR的凝膠電泳技術和目的基因的鑒定結合起來，形成了完整的知識網絡聯系，有利于學生養成將課本得出的普遍規則和技術應用到實際情境中的科學思維品質。學生在課堂上參與了新冠病毒疫苗的研發過程，做出理性推理，提高了解決社會實際問題的擔當和能力。

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