基于科学思维能力培养的教学实践

张玄可 孙甜甜 袁伦强

摘要 以“基因与染色体的关系”为例在复习课中尝试落实生物学科核心素养中科学思维的教学设计。围绕课程目标设计启发性情境，由学生在具体情境中自探质疑、小组合作探究、学生展示及点评、新情境中运用拓展，探索过程中落实科学思维。

关键词 教学设计科学思维复习课

中图分类号C633. 91

文献标志码B

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》明确将生命观念、科学思维、科学探究、社会责任作为生物学学科核心素养的四个基本要素。在新课标、新教材、新高考到来之际，如何在教学过程中培养学生的科学思维能力？笔者围绕“基因与染色体的关系”一课的设计进行探讨。

1 设计思路

科学思维的培育需要具体的教学情境，只有在问题情境中借助解决问题的探究实践才能培养起来。合适的问题情境往往能够激发学生强烈的问题意识和探究动机。在自主探究的过程中获得的知识能够被运用到实践中解决问题，并推动实践发展才是“活的知识”。在开展科学探究活动时，学生要像科学家发现知识那样，学会质疑、发现和提出问题，学会在分析材料的基础上，通过提出假设和验证假设，自主地推出结论。

在教学中，教师创设培养学生科学思维能力的教学情境，不再完全受制于文本（教材和教参），引导学生能够按自己的方式思考。根据高三年级复习课中知识结构共建的特点，以基因和染色体的位置关系及相关的实验设计为例，探讨教学流程（图1）。

2 教学过程

2.1 创设情境、自探质疑

在一轮复习教材《必修2.遗传与变异>第二章的“基因在染色体上”和“伴性遗传”时，学生的关注点往往是相关题目，缺乏对摩尔根果蝇杂交实验的“假说一演绎法”分析。基于所遇到的题型以及生活常识，教师引导学生提出相关问题。例如，为什么摩尔根实验中F2代白眼果蝇都是雄性？如何利用假说一演绎法，验证摩尔根的假设？如何判断一个基因在细胞中的位置？关于基因在性染色体上的位置关系，如何用实验验证？

设计意图：基于教材提出有价值的问题是诱发学生探究和思考的关键，是科学探究的“第一步”。因此，引导学生深度挖掘教材中科学结论得出的过程，运用批判性思维对结论提出合理的质疑，回顾并结合所遇到的问题，是科学思维形成的原动力，是培养学生核心素养的起跑线。

针对学生提出的问题，学生充分讨论、交流、表达、论证后，确定进一步合作探究的问题有：如何判断一个基因在细胞中的位置？关于基因在性染色体上的位置关系，如何用实验验证？

2.2 演绎推理、合作探究

针对问题，教师创设问题情境，鼓励学生先独立思考，遇到不懂的问题及时标注，形成初步解题思路。

情境1（学生从遇到过的题目中节选）：果蝇中，有灰身的，也有黑身的。现实验室有灰身、黑身雌雄蝇若干只。请你利用一代杂交实验，推断灰身和黑身的遗传方式是细胞质遗传，还是细胞核遗传。

情境2（教师从高考题中节选）：科学家研究黑腹果蝇时发现，刚毛基因（B）对截刚毛基因（b）为完全显性。若这对等位基因存在于X、Y染色体上的同源区段，则刚毛雄果蝇可表示为XByB或XBYb或XbyB，若仅位于X染色体上，则只能表示为XBY。现有各种纯种果蝇若干，请利用一次杂交实验来推断这对等位基因是位于X、Y染色体上的同源区段还是仅位于X染色体上。写出遗传图解，并简要说明推断过程。

然后，学生开展小组讨论，交流自探成果，重点解决自探中的疑难问题，并在小组内达成共识。

设计意图：学生提出的问题须在具体真实的情境中得到解决方案。在情境化的题目中，学生主动思考，运用科学思维中的归纳与概括、演绎与推理，得到初步方案。面对一个性状，学生要先确定遗传方式为细胞质遗传还是细胞核遗传，然后判断在染色体上的具体位置，再运用“假说一演绎”，提出“基因在染色体不同位置”的假设。需要注意的是，假设应包括符合逻辑事实的各种猜想，然后设计实验进行验证;再罗列实验结果所支持的假设。情境1中的基因若位于细胞质，则无论灰身和黑身果蝇正交还是反交，子代性状都应该与母本一致;若基因位于细胞核，则无论灰身和黑身果蝇正交还是反交，子代性状都应该一致。小组内合作分享解题思路，组员及时提出改进意见，并表明自己的观点，便于在展示中得到验证。

2.3 展示与评价

各学生小组通过各种方式展示自己的观点与思路方法，如采用表格比较的方式（表1）。教师引导学生关注对遗传现象的理解或解释。

教师提出展示要求：解决方案基于情境阐明，并归纳出同类题型的解决思路，方案要体现科学思维：口头展示要声音洪亮，吐字清晰;书面展示要字迹规范，整洁，书写规范简洁。非展示组继续讨论，為质疑和补充做好准备。

经过讨论后的观点代表小组的集体智慧。基于情境2的分析，学生一般会提出进一步判断基因具体位置的实验方案，即找到隐性性状的雌性（XbXb）与雄性杂交，观察子代雌雄的表现型。

教师提出评价要求：字迹是否工整、思路是否清晰，能否提出新的见解。评价小组评价时，要阐明扣分原因，简要点出展示的优点和思路方法、应该注意的问题，并补充或质疑。非展示组学生真倾听，但评价完以后，要及时提出疑问或见解。提出合理质疑的学生，教师可以根据情况对该组加分。

设计意图：经过小组代表在班级内部展示问题的解决方案，实现全员参与共建知识体系;使得学生可以内化基因与染色体的位置关系，从而实现迁移运用。教师在学生展示和评价过程中，要注意及时启发学生往深处思考，鼓励学生提出深度的质疑。例如，教师在学生展示评价的基础上，提出判断一种病毒遗传物质和判断某性状显隐性的实验设计思路与过程。最后，引导学生在分析材料的基础上自我实证，归纳出这类题型通用的解决方案。

本环节中，学生提出解决基因位置的方案，不仅是简单的记忆知识和方法，还是基于理解、分享、表达的深度学习。