基于情境認知理論培養(yǎng)生物學(xué)核心素養(yǎng)初探——以“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”教學(xué)思路為例

張亞莉

（湖北省水果湖高級中學(xué) 湖北武漢 430071）

《普通高中生物課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）將核心素養(yǎng)確定為課程學(xué)習(xí)的主要目標，要求教師在生物學(xué)科教學(xué)過程中注重發(fā)展學(xué)生的關(guān)鍵能力和必備品格。科學(xué)思維是生物學(xué)科的核心素養(yǎng)之一，是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務(wù)實的求知態(tài)度，及運用科學(xué)的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習(xí)慣和能力。

學(xué)生應(yīng)該在生物學(xué)習(xí)過程中逐步發(fā)展科學(xué)思維。在學(xué)習(xí)了“基因的本質(zhì)”后，學(xué)生初步形成了有關(guān)DNA、基因、染色體和蛋白質(zhì)的基本概念，對基因的概念以及基因能夠決定生物體性狀有了一定的科學(xué)認識。在科學(xué)探究能力方面，已具備了一定的操作能力和觀察分析能力。在科學(xué)思維形成上，他們已初步具備一定的探究習(xí)慣，對生物科學(xué)興趣濃厚，有探求欲、表現(xiàn)欲和成就欲。但學(xué)生往往又會陷入“學(xué)習(xí)時明白，學(xué)完就糊涂”的困惑中。

情境認知理論強調(diào)：學(xué)習(xí)的設(shè)計要以學(xué)習(xí)者為主體，內(nèi)容與活動的安排要與人類社會的具體實踐相聯(lián)通，最好在真實的情境中，通過類似人類真實實踐的方式來組織教學(xué)，同時把知識和獲得與學(xué)習(xí)者的發(fā)展、身份建構(gòu)等統(tǒng)合在一起。情境認知理論的觀點影響著教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計與學(xué)習(xí)環(huán)境開發(fā)等多方面的教學(xué)理念，為信息技術(shù)與課程整合、計算機支持協(xié)作學(xué)習(xí)和虛擬學(xué)習(xí)共同體的建設(shè)等教育技術(shù)的新領(lǐng)域提供了理論依據(jù)。

為了達成《課程標準》中對本節(jié)概念（3.1.4概述DNA分子上的遺傳信息通過RNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，細胞分化的本質(zhì)是基因選擇性表達的結(jié)果，生物的性狀主要通過蛋白質(zhì)表現(xiàn)）的要求，預(yù)設(shè)本節(jié)課程的教學(xué)目標是：①通過自主閱讀教材，能夠厘清DNA、RNA、蛋白質(zhì)等基本生物學(xué)概念；②根據(jù)問題串的層層推進，能夠準確說出轉(zhuǎn)錄和翻譯的基本過程；③基于實驗過程和圖片輔助，能夠準確說出相應(yīng)的實驗結(jié)論；④根據(jù)小組合作探究的結(jié)果，能夠初步認識到生命是物質(zhì)，能量，信息的統(tǒng)一整體?！皫椭鷮W(xué)生形成終身學(xué)習(xí)的意識和能力”是課程改革的基本理念，因此將構(gòu)建“遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯”概念和過程的同時，學(xué)會自主探究獲取知識、應(yīng)用知識的方法確定為教學(xué)重難點。

1 教法、學(xué)法剖析

情境認知理論一直倡導(dǎo)學(xué)生開展自主、合作和探究的學(xué)習(xí)方式，將學(xué)生放在教學(xué)的主體地位。教師要給學(xué)生提供獨立思考的時間、獨立探究的空間，促進學(xué)生自主質(zhì)疑、自主探究，促進創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。由于本節(jié)內(nèi)容抽象而且復(fù)雜，涉及的物質(zhì)、名詞較多，學(xué)生對轉(zhuǎn)錄和翻譯過程尤其是翻譯過程很難理解及掌握?；谶@種情況，本節(jié)課程采取了如圖1所示的教學(xué)方法和學(xué)法指導(dǎo)，以期使學(xué)生厘清相關(guān)概念之間的聯(lián)系，做好知識和能力方面的充足準備，進而為解決實際情境中的問題服務(wù)。

圖1 本節(jié)課程教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法歸納示意圖

2 教學(xué)思路分析

2.1 閱讀教材，自制教具

使用情境認知的方法有：給學(xué)習(xí)者提供能夠模仿和觀察的模型；鼓勵學(xué)習(xí)者參與問題解決。學(xué)生通過閱讀教材，根據(jù)自己的理解自制教具。在此過程中，學(xué)生既學(xué)習(xí)了獲取信息、加工信息的基本方法，又獲得主動參與和動手的機會。

2.2 設(shè)置情境，引發(fā)思考

教師首先呈現(xiàn)一張由能表達出不同顏色的熒光蛋白的細菌所繪出的海浪的風(fēng)景畫。這些細菌在特殊光的照耀下顯示不同的顏色。教師從而引入諾貝爾化學(xué)獎——神奇的熒光蛋白：綠色熒光蛋白是1962年從生活在美國西海岸近海的一種水母身上分離出來的。2006年，我國成功培育出首例綠色熒光蛋白轉(zhuǎn)基因克隆豬。

教師提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考：同學(xué)們，海洋生物綠色熒光水母和我國的綠色熒光轉(zhuǎn)基因克隆豬都能發(fā)出綠色熒光，這是怎么回事呢？學(xué)生議論紛紛，學(xué)習(xí)興趣被調(diào)動起來，課堂氣氛熱情而活躍。教師追問：綠色熒光蛋白是種發(fā)光蛋白。這種神奇的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)很特殊，在受到激發(fā)時可以發(fā)射綠色或藍色熒光。那么，生物發(fā)出綠色熒光這一性狀又是由什么所控制呢？接著，教師層層推進：綠色熒光蛋白基因是如何控制綠色熒光蛋白的合成，從而控制生物的性狀的呢？

孔子說：“知之者不如好知者，好知者不如樂知者。”如果學(xué)生對所學(xué)的內(nèi)容感興趣，就會表現(xiàn)出高度的主動性、積極性和自覺性，學(xué)習(xí)效率會大大提高。最新的科學(xué)信息立即吸引了學(xué)生的眼球，同時也喚醒學(xué)生的耳朵，激發(fā)了學(xué)生的興趣，強化了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。教師成功地創(chuàng)設(shè)問題情境能促成學(xué)生認知失調(diào)，使學(xué)生產(chǎn)生一種知識的“缺陷感”和“饑餓感”，進而產(chǎn)生強烈的求知欲。

2.3 引導(dǎo)探究，構(gòu)建概念

2.3.1 構(gòu)建“轉(zhuǎn)錄”的概念

教師設(shè)置層層遞進的問題，調(diào)動學(xué)生的想象力，可使學(xué)生不斷地體驗到成功的喜悅。在教學(xué)中，教師要注意適時鼓勵學(xué)生樹立問題意識，發(fā)現(xiàn)和提出問題，使學(xué)生體驗到成就感、充實感。教師通過課件展示1955年Laster Gold的變形蟲放射性標記實驗過程圖解，引導(dǎo)學(xué)生思考分析實驗并得出實驗結(jié)論，使學(xué)生感受科學(xué)家嚴謹?shù)目茖W(xué)思維過程。教師利用問題串，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)沖突，激發(fā)學(xué)生探究的欲望：①細胞中可以“儲存”遺傳信息的生物大分子有哪些？②這些生物大分子在結(jié)構(gòu)上有什么異同點？③Laster Gold的變形蟲放射性標記實驗說明了什么問題？④為什么只有RNA可以充當(dāng)基因和蛋白質(zhì)之間的信使呢？⑤DNA的遺傳信息是怎樣傳給mRNA的？提出問題是科學(xué)探究的基礎(chǔ)，解決問題常常需要作出假設(shè)。在此過程中，教師適時鼓勵學(xué)生自己觀察、思考、提問，并在提出假設(shè)的基礎(chǔ)上進行探究活動方案的設(shè)計和實施。學(xué)生識圖比較DNA和RNA的異同點，為構(gòu)建“轉(zhuǎn)錄”概念作鋪墊，閱讀書本后回答RNA的有關(guān)知識，并比較DNA和RNA。

《課程標準》要求學(xué)生“獲得生物學(xué)基本事實、概念、原理、規(guī)律和模型等方面的基礎(chǔ)知識”。教師創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生觀察動畫、分析教材圖解、講述等過程來突破這一重點。

2.3.2 構(gòu)建“翻譯”的概念

情境認知理論認為，知與行是交互的——知識是情境化的，通過活動不斷向前發(fā)展。參與實踐促進了學(xué)習(xí)和理解。教師必須拋棄概念是獨立實體這個想法，而把它看作工具，只有通過應(yīng)用才能完全理解意義和身份都是在互動中建構(gòu)的。

“遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯”是微觀、動態(tài)、連續(xù)變化的過程，特別是翻譯過程，給學(xué)生準確認知帶來困難。為此，教師精心設(shè)計將微觀變?yōu)楹暧^的教學(xué)活動：學(xué)生利用教具模擬翻譯過程。

首先，教師引導(dǎo)學(xué)生運用數(shù)學(xué)方法，分析堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的假設(shè)推理能力。學(xué)生根據(jù)教師提供的資料（克里克的實驗），思考并理解相關(guān)知識，識別tRNA結(jié)構(gòu)示意圖，理解反密碼子的概念，為重點突破“翻譯”的概念及過程做鋪墊。教師播放動畫，讓學(xué)生有直觀感受，再讓學(xué)生代表根據(jù)動畫過程及教材圖解用教具邊模擬邊講解翻譯過程，教師適時指導(dǎo)和鼓勵。最后，每位學(xué)生用課前準備的自制教具模擬翻譯過程。

在核心規(guī)律的教學(xué)中，教師要盡可能地讓學(xué)生參與構(gòu)建概念的整個過程，讓學(xué)生充分動手操作、動腦思考和動情感受，逐步形成嚴謹?shù)?、事實求實的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。在此過程中，教師主要是提供更多的機會讓學(xué)生親自參與和實踐，有目的、有步驟地讓學(xué)生參與自主學(xué)習(xí)活動，并增加實踐環(huán)節(jié)。

2.4 對學(xué)生活動及時評價反饋

各組派出代表展示本組制作方案和制作的作品，并講解制作過程。以及制作過程中遇到的困難和解決困難的辦法，分享制作的體會和收獲。然后本小組的成員對小組成員進行互評，對自己表現(xiàn)進行評價。教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并交流自制教具的問題。最后，教師根據(jù)學(xué)生的具體表現(xiàn)進行客觀評價。

2.5 引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，并應(yīng)用于解決問題

教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有知識及本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)。并提出問題，促進學(xué)生運用所學(xué)解決問題：利用恐龍的DNA能使它復(fù)活嗎？教師可提供與本節(jié)知識相關(guān)網(wǎng)站的鏈接，供學(xué)生課后進行延伸性學(xué)習(xí)，促使其萌發(fā)新的學(xué)習(xí)動機。學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，積極思考、討論并不斷提出各自的觀點，學(xué)生的積極性再次被調(diào)動起來。

3 教學(xué)反思

本節(jié)課采用了多媒體輔助教學(xué)手段，達到拓展知識空間、形象化理解生物過程、培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力、培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣的目標。本節(jié)課的另外一個特色是采用學(xué)生自制學(xué)具進行教學(xué)，從而達到突破知識難點、提高學(xué)生空間想象能力、體驗生命活動的過程的目標。在教學(xué)方法，本節(jié)課采用探究式教學(xué)，采用“設(shè)置情境——提出問題——大膽假設(shè)——設(shè)計方案——實驗驗證——得出結(jié)論”的探究過程，讓學(xué)生體驗生物學(xué)史上的三個經(jīng)典實驗達到學(xué)習(xí)科學(xué)方法、培養(yǎng)科學(xué)思維能力、培養(yǎng)求真務(wù)實的科學(xué)態(tài)度的目標。

本節(jié)課以“自主學(xué)習(xí)，討論探究和小組協(xié)作”為學(xué)生學(xué)習(xí)的基本形式，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和動手能力為指導(dǎo)，進而培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，使學(xué)生從感性認識上升到理性認識，最終達到預(yù)期的教學(xué)目標。這種創(chuàng)設(shè)情境、引導(dǎo)探究、任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)符合學(xué)生的認知規(guī)律，很好突破了教學(xué)重難點。其中，自制教具的準備，動手耗費時間相對較多，課堂反饋較少，思考的空間尚存不足，需要不斷實踐和探討。