培養科學論證能力的高中生物學單元整體教學實踐

許婷

“科學即論證”，論證式教學注重證據和邏輯，在捍衛和反駁主張的過程中，將思維顯性化。在和諧積極的討論氛圍中進行思維共享和交鋒，反思和修正對概念的理解，不斷將思維的邏輯性和嚴密性推向極致，最終達成概念的深度理解。高中生生物學課堂可通過論證式教學的策略培養學生科學思維。

單元是由若干節具有內在聯系的課時組成的一個教學單位，是若干有關聯的學習內容的集合，是落實核心素養的基本單位。可以由同一章節內的連續性教材內容統整成主題類單元，也可以由跨章節的非連續性教材內容重構成專題類單元。本文嘗試在高中生物學教學中聚焦大概念進行《基因的表達》主題類單元整體教學實踐。

一、單元整體教學的大概念分解

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》提出了“大概念—重要概念—次位概念”三級概念體系，指出教師應圍繞生物學大概念組織并開展教學活動，單元設計也應圍繞大概念和重要概念展開，以發展學生生物學核心素養。表觀遺傳概念是2019年人教版高中生物學教材第4章第2節的內容，其所在的三級概念體系如圖1所示。筆者嘗試整合“基因指導蛋白質的合成，性狀主要通過蛋白質表現”和“堿基序列不變但表型改變的表觀遺傳”兩個次位概念，共4個課時進行《基因的表達》單元整體教學。本文重點闡述第4課時表觀遺傳概念的建構過程。

二、單元整體教學的論證建模過程

學生通過第3章的學習，對基因的結構、復制等有了分子水平上的了解，通過第4章的第1、2課時了解了基因表達的途徑，通過第3課時內容了解了基因通過其表達產物——蛋白質來控制性狀，初步建立了基因與性狀的關系，以此建構論證雛形（圖2虛線部分），進而針對主張提出問題作為反駁，留出“？”進行概念引入;以DNA的甲基化為例，用科學論證過程完成表觀遺傳概念的建構;再通過回填課首模型里的“？”，前后呼應，形成邏輯閉環，促進概念運用，加深概念理解;最后以繪制概念圖進行概念評價。

1. 概念引入——建構模型，激疑導課

以第3課時的內容建構論證雛形（圖2虛線部分），提出問題：基因相同的兩個個體如同卵雙胞胎之間有沒有可能存在可遺傳的性狀差異？如果有，則需要對主張提出何種限定條件并完善主張？激發疑問，使學生產生好奇心，由反駁和限定引入表觀遺傳的學習。

2. 概念建構——探究模型，科學論證

閱讀教材資料：圖示兩株柳穿魚，花型不同，其他方面基本相同。柳穿魚花的形態結構與Lcyc基因的表達直接相關。

師：從基因的堿基序列和表型來看，可以提出什么主張？

生：植株A和植株B的Lcyc基因堿基序列相同，但表型不同。植株B的Lcyc基因的多個堿基被甲基化，導致Lcyc基因不表達，使其性狀發生改變。

師：為什么多個堿基被甲基化會導致基因不表達？

補充：DNA甲基化多發生于胞嘧啶的第5位碳原子上，形成5-甲基胞嘧啶（5mC）。DNA甲基化與基因沉默有關，5mC常發生于CpG二核苷酸中，能夠結合甲基化的CpG二核苷酸的蛋白質稱作甲基化CpG結合蛋白，它們能夠將抑制因子募集到發生甲基化的啟動子區域，從而引起基因轉錄的沉默。

教師展示CpG二核苷酸物理模型，用長尾夾夾住胞嘧啶的第5位碳原子，以示甲基化位點和甲基化CpG結合蛋白的結合位點，學生組裝、認識模型，獲得直觀感受。

生：Lcyc基因的部分CpG二核苷酸中，胞嘧啶的第5位碳原子被甲基化，甲基化CpG結合蛋白與之結合，影響轉錄，導致Lcyc基因不表達，使柳穿魚花型發生改變。

師：F1的花為什么與植株A的相似？ F2中為什么有些植株的花與植株B的相似？

生：植株A的Lcyc基因能夠表達，表現為顯性;植株B的Lcyc基因表達受抑制，表現為隱性。同時含有這兩個基因的F1中，F1的花與植株A的相似。F1自交后，F2中有少部分植株含有兩個來自植株B的Lcyc基因，基因表達受到抑制，這部分植株的花與植株B的相似。因此，植株A和植株B的Lcyc基因堿基序列相同，由于DNA的甲基化，基因表達和表型發生了可遺傳變化（圖略）。

組織學生閱讀教材資料，然后師生定義概念：表觀遺傳是生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發生可遺傳變化的現象。除DNA甲基化外，還有組蛋白甲基化、乙酰化等修飾也會影響基因的表達。

3. 概念運用——回填模型，首尾呼應

重新展示課堂開始時提出的“基因表達與性狀的關系”論證模型，學生思考并填空“？”處。結合整節課所學內容，學生在“？”處填寫“限定：表觀遺傳”“完善主張：基因通過其表達產物——蛋白質來控制性狀，細胞內的基因表達與否以及表達水平的高低都是受到調控的”。

通過圖2回填后最終完善的論證模型，使學生了解基因與性狀之間的非線性關系，認識到生物體的性狀是由遺傳物質和作用于遺傳物質的表觀遺傳調控機制等因素共同決定的。認同生物學中因果關系的復雜性，擯棄簡單機械的線性決定論的思維模式，嘗試對復雜事物進行多角度、多因素的分析，從復雜性、非線性和整體性的角度思考生命，幫助學生形成系統觀、信息與調控觀。

4. 概念進階——繪制概念圖，生成大概念

孤立的生物學概念陳述的教學價值有限，單元整體教學注重在概念體系中理解概念，在賦予概念更豐富的意義。讓學生自主繪制概念網絡圖（圖略），引導學生思考表觀遺傳概念在概念網絡中的位置和意義，橫向理解其與其他次位概念的關系，縱向理解表觀遺傳概念進階形成重要概念、大概念過程。

三、實踐反思

大概念是統攝性最高、解釋力最強的上位概念，是知識背后的知識，大概念有效組織起重要概念和次位概念，是天然的單元“黏合劑”。聚焦生物學大概念的單元整體教學應注重單元整體與獨立課時之間的關系，教師既要教會學生使用“望遠鏡”，向外擴展，從大概念的角度注重單元內4個課時之間的內在聯系，在概念體系中理解表觀遺傳概念以與其他概念之間的關系;也要教會學生使用“放大鏡”，向內深挖，通過契合本節課內容的論證式教學方式進行深度學習，在建構概念的過程中培養論證等科學思維，學會用生物學的復雜性、非線性思維審視生物學現象，形成系統觀、信息與調控觀等生命觀念。

注：本文系廣東省教育科學規劃2021年度中小學教師教育科研能力提升計劃重點項目“聚焦生物學大概念的單元整體教學模式研究”（課題編號：2021ZQJK030）的研究成果。