運(yùn)用問題驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)策略培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)

張靜

摘要 通過真實(shí)的案例設(shè)置情境，在情境中進(jìn)行環(huán)環(huán)相扣的問題驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生從事實(shí)性知識(shí)構(gòu)建概念性知識(shí)，再到科學(xué)思維的升華，促進(jìn)學(xué)生自己構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，形成概念體系，能有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)。

關(guān)鍵詞 情境設(shè)置 問題驅(qū)動(dòng) 概念體系 科學(xué)思維品質(zhì)

中圖分類號(hào)G633. 91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

1 對(duì)問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的認(rèn)識(shí)

問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是以建構(gòu)主義教學(xué)理論為基礎(chǔ)，從教學(xué)內(nèi)容出發(fā)，在特定的情境下設(shè)計(jì)層層深入的有效問題，驅(qū)動(dòng)學(xué)生探究并解決問題進(jìn)而提高能力、獲取知識(shí)的教學(xué)方法。該方法的關(guān)鍵在于構(gòu)建合理的“問題鏈”，創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的問題情境，在恰當(dāng)?shù)沫h(huán)節(jié)呈現(xiàn)問題，并以此激發(fā)學(xué)生解決問題的欲望，同時(shí)通過教師的引導(dǎo)與啟發(fā)，展示知識(shí)的形成和應(yīng)用過程，讓學(xué)生通過自己的思考解決問題，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)概念知識(shí)的理解和構(gòu)建，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

2 “基因工程”教學(xué)案例

下面以2017年版人教版《選修3.現(xiàn)代生物科技專題》“基因工程”的復(fù)習(xí)教學(xué)為例，展示基于“問題驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)方法在生物課中的應(yīng)用。

“基因工程”一節(jié)的教學(xué)內(nèi)容難度較大，知識(shí)點(diǎn)繁多，重點(diǎn)是基因表達(dá)載體的構(gòu)建和在實(shí)際情境中的應(yīng)用，難點(diǎn)是PCR技術(shù)和目的基因的檢測(cè)與鑒定。該部分知識(shí)與選修1模塊中的PCR技術(shù)關(guān)系密切。因此，筆者將本節(jié)課的內(nèi)容與選修1的多聚酶擴(kuò)增DNA片段的內(nèi)容進(jìn)行了整合。

2.1 問題情境生活化

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出：有效的教學(xué)情境可以激起學(xué)生的好奇心和求知欲，點(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生形成良好的求知心理，從而使學(xué)生主動(dòng)參與對(duì)所學(xué)知識(shí)的探索發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)過程，體驗(yàn)學(xué)習(xí)的樂趣。

為了滿足學(xué)生在實(shí)際生活中對(duì)生物學(xué)知識(shí)的需求，教師在進(jìn)行教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)時(shí)，應(yīng)多列舉學(xué)生熟悉的實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移能力，提高學(xué)生的知識(shí)整合與運(yùn)用能力。

在教學(xué)過程中，筆者創(chuàng)設(shè)了這樣一個(gè)真實(shí)的生活情境：播放當(dāng)時(shí)最新的新冠病毒研究的視頻，然后設(shè)問：在疫情期間，同學(xué)們最關(guān)心的一定是新冠病毒的作用機(jī)制以及人體如何抵抗新冠病毒。目前，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，新冠病毒通過S蛋白與人體表面的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（ACE2）結(jié)合，從而侵入宿主細(xì)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(xué)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(huì)密切相關(guān)聯(lián)，和學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)密切聯(lián)系，使學(xué)生感興趣，并能在課堂上嘗試學(xué)以致用。正如趙占良老師所說：“情境創(chuàng)設(shè)要盡量真實(shí)，是在現(xiàn)實(shí)生活中真實(shí)存在的，并能作為問題解決型的學(xué)習(xí)任務(wù)的真實(shí)情境。”

2.2 問題設(shè)置系列化

教師要根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平和知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，把難度大且抽象的問題設(shè)計(jì)成環(huán)環(huán)相扣的一系列問題，使每個(gè)問題符合學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”。在本節(jié)教學(xué)中，教師創(chuàng)設(shè)情境，精心整合教材，引導(dǎo)學(xué)生思考一系列有梯度的問題，不僅學(xué)習(xí)了基因工程的操作步驟，也將PCR技術(shù)、酶切電泳技術(shù)等內(nèi)容囊括進(jìn)來，促進(jìn)學(xué)生遷移與整合知識(shí)，形成基因工程的概念體系，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)。

筆者共設(shè)置了5個(gè)問題驅(qū)動(dòng)任務(wù)，其中前2個(gè)驅(qū)動(dòng)任務(wù)比較基礎(chǔ)，學(xué)生通過自己思考，自主學(xué)習(xí)就可以完成，后3個(gè)驅(qū)動(dòng)任務(wù)較為深入，需要小組合作交流、協(xié)作討論方能完成。

（1）驅(qū)動(dòng)問題1：假如，科學(xué)家已經(jīng)通過反轉(zhuǎn)錄方法，獲得了S蛋白的cDNA，如圖1所示，我們?cè)撨x擇什么種類的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，構(gòu)建基因表達(dá)載體呢？說明理由。

設(shè)計(jì)意圖：實(shí)際的情境，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生思考，讓學(xué)生帶著問題進(jìn)行學(xué)習(xí)。學(xué)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(xué)會(huì)分析選擇一種酶切和兩種不同酶切這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

（2）驅(qū)動(dòng)問題2：假如選擇Kpn I和Sma I獲得了重組質(zhì)粒，請(qǐng)思考該如何篩選出導(dǎo)入重組質(zhì)粒的大腸桿菌？

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生需要利用抗性基因進(jìn)行篩選重組質(zhì)粒的方法一原位平板影印法，正確推理出兩個(gè)平板上菌落生長(zhǎng)的異同，訓(xùn)練理性思維，提升分析能力。

（3）驅(qū)動(dòng)問題3：如果科學(xué)家已經(jīng)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(jīng)導(dǎo)入了目的基因？

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生需要理解DNA分子雜交技術(shù)的原理，并嘗試將該原理應(yīng)用于新的情境中，養(yǎng)成解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。

（4）驅(qū)動(dòng)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(jìn)行篩選外，還能想到什么方法可以鑒定大腸桿菌中導(dǎo)入的是重組質(zhì)粒還是普通質(zhì)粒呢？

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生思維發(fā)散和知識(shí)遷移的能力，將己學(xué)過的PCR技術(shù)和DNA凝膠電泳技術(shù)知識(shí)進(jìn)行遷移和運(yùn)用。這樣有利于不同專題知識(shí)的整合和升華，形成一個(gè)完整的整體。

（5）驅(qū)動(dòng)問題5：如果只利用PCR技術(shù)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(zhì)粒？

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生通過畫圖，利用不同的引物組合，引導(dǎo)學(xué)生分析目的基因正向連接和反向連接的PCR的產(chǎn)物會(huì)有哪些差別，深化學(xué)生對(duì)PCR技術(shù)的理解和應(yīng)用，從而培養(yǎng)其知識(shí)遷移能力，增加學(xué)生探究的成就感，提高其科技興國、人人有責(zé)的社會(huì)責(zé)任感。

2.3 教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容

教師提出問題，促進(jìn)學(xué)生自主構(gòu)建自己的知識(shí)體系：通過這節(jié)課，你學(xué)到了什么？可以用概念圖來表達(dá)嗎？學(xué)生隨著年齡的增長(zhǎng)，他們的認(rèn)知水平和總結(jié)歸納的能力有了顯著提高。學(xué)生形成概念后，就可以將事實(shí)上升到理論的層面，從而將紛繁復(fù)雜的知識(shí)由點(diǎn)到線，由線到面構(gòu)建成一個(gè)結(jié)構(gòu)合理的整體。學(xué)生自己的構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的過程，就是概念系統(tǒng)化的過程、概念內(nèi)在加工和整合的過程。概念系統(tǒng)化需建立在概念應(yīng)用的基礎(chǔ)上，學(xué)生建構(gòu)較為完整的概念結(jié)構(gòu)體系，從而實(shí)現(xiàn)從零散到集中、從局部到整體的升華;最終建構(gòu)以概念體系為核心的學(xué)科知識(shí)體系，讓學(xué)生能見到樹木，有能見到森林，達(dá)到真正掌握知識(shí)的目的。

在學(xué)習(xí)“基因工程”后，學(xué)生嘗試自己構(gòu)建基因工程的概念圖。這是外界知識(shí)進(jìn)行同化和順應(yīng)的過程，學(xué)生在自己的構(gòu)建過程中，形成了自己的內(nèi)在的知識(shí)體系，便于以后在類似情境中，快速提取和應(yīng)用知識(shí)。

3 教學(xué)反思

筆者設(shè)置的5個(gè)驅(qū)動(dòng)問題不僅可以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)基因工程的操作步驟，還可以在鑒定目的基因的時(shí)候，促進(jìn)學(xué)生發(fā)散聯(lián)想，層層深入，實(shí)現(xiàn)選修3和選修1中交叉知識(shí)的遷移運(yùn)用，將PCR的凝膠電泳技術(shù)和目的基因的鑒定結(jié)合起來，形成了完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，有利于學(xué)生養(yǎng)成將課本得出的普遍規(guī)則和技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際情境中的科學(xué)思維品質(zhì)。學(xué)生在課堂上參與了新冠病毒疫苗的研發(fā)過程，做出理性推理，提高了解決社會(huì)實(shí)際問題的擔(dān)當(dāng)和能力。

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