生物學概念學習思維進階的邏輯建構
——以“DNA 分子的結構”為例

楊 嚴 賀 宇

(1.成都市鐵路中學校 四川成都 610041)

(2.成都市七中育才學校 四川成都 610000)

思維進階的實現要求教師依據學生思維發展規律,有針對性地通過多種方法培養學生思維能力,促進學生思維結構、思維技巧、思維品質和思維方式向高層次發展。 思維進階描述了由簡單到復雜的思維發展過程,包括進階起點、進階終點、思維水平、評價設計。 本文以人教版高中生物學《必修2·遺傳與進化》中“DNA 分子的結構”為例,探索生物學概念學習思維進階的邏輯建構。

1 厘清概念學習思維進階的起點與終點

1.1 概念學習思維進階的起點

概念學習思維進階的起點是學生在進行課堂學習之前基于生活經驗積累的前概念。 這些前概念有的是科學的,有的是片面或完全錯誤的。 在學習“DNA 分子的結構”前,學生在《必修1·分子與細胞》已經學習了核酸的知識,對DNA 分子的組成元素、基本單位和DNA 的單鏈結構有所了解。 學生不清楚DNA 分子儲存遺傳信息的機制,但已具備“DNA是主要遺傳物質”的前概念,為“DNA 分子的結構”的學習提供了起點。

1.2 概念學習思維進階的終點

概念學習思維進階的終點是指通過思維進階,學生應達成的知識理解程度及能完成的任務表現。 本節思維進階的終點為:① 闡明DNA 分子所具有的結構特點,進一步樹立“結構與功能相適應”的生命觀念;② 運用DNA 分子特異性的特點解決實際問題,培養學生的社會責任意識。

2 確定概念學習進階的思維水平

學生對某個概念的理解過程中會經歷多個相關聯的中間階段,實現思維由低階到高階的轉變。 首先教師分析教材,參照《普通高中生物學課程標準(2017 年版2020 年修訂)》的要求,將“DNA 分子的結構”涉及到的基本概念和事實性知識用陳述句的形式進行表述,并對其進行思維水平的劃分,從而構建出學生“DNA 分子的結構”概念學習思維進階(表1)。

3 實現概念學習思維進階的具體策略

傳統的生物學教學未充分考慮學生思維能力的培養。 為實現學生思維能力的培養,根據概念學習進階思維水平的劃分,可以通過問題驅動、創設豐富多樣的情境、構建模型等策略,引導學生主動參與,實現學生思維從低階邁向高階的發展。

3.1 創設概念學習思維進階情境

教師首先創設生活情境,激發學生學習興趣和好奇心。 教師在導入環節展示親子鑒定的生活實例,提出問題:① 為什么采用DNA 比對來確認親子關系? ② DNA 分子是怎樣儲存遺傳信息的? 從生活情境出發,引導學生思考DNA 和親子鑒定的聯系。 學生分析提出,首先要清楚DNA 分子的結構,才能明確DNA 分子是怎樣儲存遺傳信息的。 接著,教師播放DNA 結構發現的科學史,創設情境。 學生通過視頻直觀感受X 射線衍射法的原理,了解沃森和克里克不斷修正DNA 模型的科學史,逐步認同DNA 雙鏈結構。

3.2 搭建概念學習思維進階腳手架

教學腳手架是聯系已有知識和新知識的橋梁,是由思維進階的起點達到終點的階梯。 教師可以通過搭建腳手架將學生的思維從一個較低水平引導到另一個更高的水平。 對于DNA 的雙螺旋結構構建過程,教師可通過問題驅動來搭建腳手架。 教師提出問題:① 沃森和克里克提出DNA 由幾條鏈構成?② DNA 雙鏈平行排列的方式可能有哪些? ③ 脫氧核糖和磷酸基團具有親水性,而堿基具有疏水性,DNA 雙鏈正確排列的方式是什么? ④ 富蘭克林研究提出,DNA 分子水平旋轉180°之后,仍和原來一樣。 DNA 的兩條單鏈如何排列? 在解決以上問題串的過程中,學生從知道DNA 基本單位是脫氧核苷酸(水平二)進階到掌握DNA 分子的雙螺旋結構(水平三)。

在學生明確DNA 雙鏈中脫氧核糖和磷酸基團交替連接排列在外側、堿基排列在內側后,教師接著提問:DNA 兩條鏈內側堿基如何配對? 在學生推測堿基配對的情況后,教師通過模型構建來搭建腳手架。 教師著重展示學生課前制作的DNA 分子模型中堿基配對方式,小組互評堿基配對是否科學。 通過對比模型,學生發現如果堿基隨意配對會導致DNA 分子直徑不統一、結構不穩定。 結合學生得出的結論,教師追問:如何配對才是科學的? 并展示化學家查哥夫對多種生物DNA 堿基定量分析的實驗數據。 學生討論分析表內數據,歸納得出DNA 堿基配對的規律:A 和T 配對,C 和G 配對。

3.3 概念學習思維進階評價設計

完整的教學活動離不開科學的評價。 在完成DNA 分子雙鏈的構建后,學生進行模型評價與展示。教師通過評價檢測學生對生物學概念的理解情況和思維進階狀況。 各小組參考評價標準表(表2),小組互評,按此標準給模型打分,并說明打分理由。 通過對DNA 分子模型的評價,學生從DNA 分子的結構歸納出DNA 分子的多樣性、穩定性和特異性等特點,實現水平三到水平四的思維進階。

4 教學反思

“DNA 分子的結構”一節的教學通過確定生物學概念學習思維進階的起點,在每一個思維水平中選擇合適的教學策略,引導學生達到潛在的發展水平,走向進階終點,實現生物學概念學習思維進階的邏輯建構。 教師利用思維進階設計概念教學,立足教材創設情境,發展學生科學思維,可以幫助學生在有限的學習時間中,掌握生物學重要概念,提高學生生物學學科核心素養,為學生的全面發展打下堅實的基礎。