按照知識的邏輯組織教學，促進學生邏輯思維的發(fā)展

陳俠

摘 要 以“基因在染色體上”教學課題為例，闡述了教學實踐中存在的普遍問題，并就如何根據(jù)知識的內(nèi)在邏輯關系組織教學內(nèi)容和學習活動進行了探索和實踐改進，有效促進了學生邏輯思維的訓練，充分體現(xiàn)了本部分內(nèi)容的教育價值。

關鍵詞 知識形態(tài) 知識邏輯 邏輯思維

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

邏輯思維是人們根據(jù)概念、判斷、推理等思維形式能動地反應客觀現(xiàn)實的認識過程。通過邏輯思維，能夠深入認識事物的本質(zhì)和規(guī)律，發(fā)現(xiàn)事物之間的內(nèi)在聯(lián)系。邏輯思維對高中學生的學習和思維的發(fā)展具有極其重要的意義。邏輯思維的訓練依賴于具有邏輯關系的學習內(nèi)容，教材中蘊含著豐富的訓練邏輯思維的資源，但需要教師進行二次開發(fā)與整合。

1 課堂教學中的邏輯缺失現(xiàn)象及原因

筆者最近聽過幾位教師講“基因在染色體上”，總覺得蜻蜓點水，錯失了經(jīng)典教學內(nèi)容的教育價值。雖然他們多樣化的教學設計基本體現(xiàn)了教材的編寫思路，但存在共性問題：① 教師沒有讓學生經(jīng)歷提出假設的分析推理過程，把薩頓假說和摩爾根假說簡單地強加給學生；②過于簡化假說的驗證和分析，對摩爾根的果蠅雜交實驗分析過于淺表，照本宣科，甚至講錯。例如一位教師直截了當?shù)亟M織學生分組討論：“你能設計一個實驗證明薩頓假說嗎？”學生的沉默讓教師接著搭建臺階：“如果將某種性狀與性別聯(lián)系起來呢？”學生繼續(xù)的沉默逼迫教師呈現(xiàn)“真實”材料：“為了證明這個假設，摩爾根就做了……實驗，請大家分析……”下課了，學生一臉茫然走出教室。反饋表明，學生既不能提供充分證據(jù)對“基因在染色體上”這一事實做出科學的解釋，也沒有體驗真正意義上的邏輯思維過程。出現(xiàn)這些問題的根本原因是教師對原始形態(tài)的學科知識的忽視或者嚴重缺失，只能順序地將教材內(nèi)容在課堂串聯(lián)起來。

2 理清教學內(nèi)容的邏輯，是訓練學生邏輯思維的前提

通常情況下，教材的正文內(nèi)容大多是學術形態(tài)的知識，省略了知識產(chǎn)生的背景和過程。教師需要根據(jù)知識的內(nèi)在邏輯對教學內(nèi)容進行再次開發(fā)和整合，理清知識的內(nèi)在邏輯關系，使其符合學生的認知規(guī)律。

例如，普通高中生物課程標準實驗教科書人教版必修2“基因在染色體上”教學內(nèi)容，是圍繞染色體學說的建立、完善和應用組織教學內(nèi)容的（圖1）。

從知識學習層面上，該內(nèi)容非常有助于學生將孟德爾的遺傳定律和減數(shù)分裂有機地整合在一起，促進常染色體遺傳和伴性遺傳規(guī)律的理解和綜合應用；從能力培養(yǎng)和科學方法訓練層面上，該內(nèi)容突出地體現(xiàn)了自然科學的特點，即結論背后的觀察、實驗、分析、推理、驗證的邏輯思維程序，對訓練學生的邏輯思維是不可多得的學習材料，而且有助于學生認識科學知識形成、發(fā)展和完善以致應用的過程。然而教材在呈現(xiàn)內(nèi)容時，首先直接介紹了薩頓提出假說的過程，后面對摩爾根假設的提出以及測交實驗的介紹都過于簡化，如果教師照本宣科地簡單告知，將導致學生機械學習，模糊理解。而這些內(nèi)容恰恰是訓練學生邏輯思維、體現(xiàn)探究過程嚴密邏輯性的絕好材料，值得深入研究和實踐。

知識的構建和思維的發(fā)展需要建立在學習主體的認知過程中，是別人替代不了的。完全經(jīng)歷真實過程不可能，至少一個縮略的過程是必須的，這個縮略的過程就是教師根據(jù)原始形態(tài)的知識，按照學生的認知規(guī)律轉化成教育形態(tài)的知識的學習和探究過程。為了訓練學生思維的邏輯性，教師有必要澄清教材中隱含的、對探究過程具有重要作用的關鍵問題。例如，摩爾根的果蠅雜交實驗與薩頓假說有什么關系？摩爾根在什么情境下提出“白眼基因位于X染色體上，Y染色體沒有等位基因”？測交實驗是怎樣充分證明“白眼基因在X染色體上”這一假設成立的？果蠅眼色的測交實驗與孟德爾豌豆測交實驗結果有何不同？在相同的情景下學生會怎樣思考，教師需要為學生提供怎樣的思考空間？

3 按照內(nèi)容的邏輯組織學習和探究，是有效訓練學生邏輯思維的保障

本節(jié)內(nèi)容中，染色體學說的建立過程（假設的提出和驗證）是訓練學生邏輯思維的核心內(nèi)容和關鍵環(huán)節(jié)。

3.1 激活學生已有知識，嘗試提出自己的假設

3.1.1 復習基因和染色體的傳遞規(guī)律，激活認知基礎

學生已經(jīng)學過了基因的傳遞規(guī)律和減數(shù)分裂中染色體的傳遞規(guī)律，教師引導學生分別用簡圖表示含有一對遺傳因子、兩對遺傳因子的細胞產(chǎn)生的配子類型，以及一對同源染色體、兩對同源染色體的細胞產(chǎn)生的配子類型。這是學生分析推理的基礎。

3.1.2 客觀推理，提出假設

根據(jù)直觀的簡圖，教師啟發(fā)學生思考：“比較圖中基因和染色體的傳遞規(guī)律，你有什么發(fā)現(xiàn)？對基因和染色體的關系可以做出怎樣的推理？”實踐證明，學生并不能快速地提出基因在染色體上。比如字母的意義究竟是什么，字母與染色體究竟有什么關系，學生沒有清晰的認識。但是學生還是很容易發(fā)現(xiàn)圖中基因和染色體在傳遞過程中的平行關系，自然地會想到二者存在必然的聯(lián)系。究竟是什么關系？理論上存在三種可能：基因就是染色體；基因在染色體上；染色體在基因上。在課堂教學中，教師切忌將薩頓假說簡單地強加給學生。

3.1.3 理性思考，聚焦假設

充分假設可以發(fā)展學生的發(fā)散思維，但是對多個假設進一步分析，聚焦最大的可能性也是提升學生綜合運用所學知識分析解決問題能力的重要環(huán)節(jié)。教師在組織學生獨立思考的基礎上，討論交流：“以上三種假設究竟哪一種可能性最大？你能提供哪些事實依據(jù)？”綜合學生的反饋進行小結：① 從數(shù)量關系看，一種生物已知的基因數(shù)量要遠遠多于染色體數(shù)量。例如，人類細胞核有46條染色體，但是已知的基因數(shù)量達2萬多個。② 從大小看，光學顯微鏡下已經(jīng)觀察過染色體的形態(tài)和數(shù)目，但不能看到特定的基因，這說明基因可能以某種形式存在于特定的結構上。③ 從對基因的特定操作來看，將某個基因整合到異種生物的染色體上，該生物會表現(xiàn)出特定基因控制的性狀。這些事實依據(jù)是聚焦基因在染色體上這一假設的基礎，也是分析解決問題的工具，這個過程體現(xiàn)了所學知識的應用價值。

3.2 還原實驗和思考的過程材料，為驗證假設提供依據(jù)

3.2.1 分析摩爾根果蠅雜交實驗，發(fā)現(xiàn)新問題

生物學發(fā)展的歷史中，究竟是怎樣證明基因在染色體上的？這是很多科學家執(zhí)著地研究和思維碰撞的過程。教師呈現(xiàn)遺傳學家摩爾根的實驗材料及雜交實驗圖解，引導學生觀察和思考，分析該雜交實驗的過程和結果。學生能夠得出果蠅的紅眼和白眼性狀由一對等位基因控制，符合基因的分離定律；同時也會發(fā)現(xiàn)問題——白眼性狀為什么只出現(xiàn)在雄性個體中。

3.2.2 補充必要的實驗，為學生做出“白眼基因在X染色體上”的假設提供依據(jù)

按照目前的知識儲備，學生沒有能力對“白眼性狀只出現(xiàn)在雄性個體中”做出合理的解釋，需要新的假設。提出新假設需要新情景，因此果蠅體細胞中的染色體圖解及其與性別決定的關系是提出新假設的基礎。但在教學實踐中發(fā)現(xiàn)，盡管有果蠅雜交實驗結果及果蠅染色體圖解，對于多數(shù)學生而言，要提出“控制白眼的基因位于X染色體上，Y染色體上不含其等位基因”的假設仍然很困難，基本上還是以教師的講解告知。事實上，教材中有這樣的描述：“由于白眼的遺傳和性別相聯(lián)系，而且與X染色體的遺傳相似，于是，摩爾根及其同事設想……”這說明摩爾根做出相應的假設也并非輕而易舉，而是在大量的實驗基礎上，同事間思維碰撞的智慧結晶?！鞍籽坌誀畹倪z傳與X染色體的遺傳相似”是提出新假設的關鍵，因此很有必要補充相關的背景資料，還原學生思維的空間。

① 教師呈現(xiàn)果蠅染色體圖解，感知性染色體傳遞規(guī)律的研究結果：已知果蠅性別決定方式，雌果蠅有兩條X染色體，雄果蠅有XY染色體。雄性后代從母本得到一條X染色體，從父本得到一條Y染色體；雌性后代分別從親本各得到一條X染色體（圖2）。

② 補充介紹摩爾根的關鍵實驗，感知果蠅眼色遺傳的規(guī)律。摩爾根及其同事在后續(xù)大量的果蠅雜交實驗中，發(fā)現(xiàn)了如圖3所示的實驗結果。教師組織學生分析：后代果蠅的性狀表現(xiàn)有什么規(guī)律？

③ 比較、分析、歸納，做出假設，啟發(fā)學生思考：“比較性染色體的傳遞規(guī)律（圖2）和果蠅眼色性狀的傳遞規(guī)律（圖3），有什么發(fā)現(xiàn)？”通過觀察和分析，學生不難發(fā)現(xiàn)，雄性后代從母本得到白眼性狀的遺傳規(guī)律與雄性個體從母本獲得X染色體的遺傳規(guī)律非常相似，因此提出假設：“控制白眼性狀的基因很可能在X染色體上，Y染色體沒有其等位基因”。這樣的假設才是有根基的假設，才符合學生的思維特點。

3.2.3 充分討論測交的正反交實驗，得出科學結論

利用假設很容易解釋上面的兩個雜交實驗結果，關鍵是怎樣設計實驗驗證假設。這里，測交有兩種不同的方案，一種是白眼雌蠅與F1紅眼雄蠅雜交（圖4），一種是白眼雄蠅與F1紅眼雌蠅雜交（圖5），即正交和反交。這兩個測交實驗的結果是不同的。只有第一種方案與摩爾根的實驗結果相符合。學生通過分析測交的正交和反交結果的不同，并與孟德爾的豌豆測交實驗正交和反交結果相比較，才能真正將白眼基因定位在在X染色體上而非常染色體上，進一步深入理解孟德爾設計正交和反交實驗的用意，體驗科學研究方法的嚴密邏輯。

4 梳理思維過程，形成思維框架，促進邏輯思維習慣的形成

思維品質(zhì)和思維習慣的形成是潛移默化的過程，在質(zhì)疑、探究的基礎上要重視問題解決過程的梳理。組織學生對學習過程進行歸納小結（圖6），既是知識結構化的過程，又能促進思維過程和思維方式的沉淀，強化邏輯思維習慣的形成。

生物學科屬于自然科學，屬于理科，理性客觀是其基本特征之一，理科就要進行嚴密地邏輯推理。實踐表明，這樣的設計不但讓學生真正地認可了基因位于染色體上，而且深度訓練了學生的邏輯思維過程，充分體現(xiàn)了本部分內(nèi)容的過程和方法教育價值。

參考文獻

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[2] 王永勝.生物學核心概念的發(fā)展[M].北京：人民教育出版社，2007.

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