生物學(xué)概念學(xué)習(xí)思維進(jìn)階的邏輯建構(gòu)
——以“DNA 分子的結(jié)構(gòu)”為例

楊 嚴(yán) 賀 宇

(1.成都市鐵路中學(xué)校 四川成都 610041)

(2.成都市七中育才學(xué)校 四川成都 610000)

思維進(jìn)階的實(shí)現(xiàn)要求教師依據(jù)學(xué)生思維發(fā)展規(guī)律,有針對(duì)性地通過(guò)多種方法培養(yǎng)學(xué)生思維能力,促進(jìn)學(xué)生思維結(jié)構(gòu)、思維技巧、思維品質(zhì)和思維方式向高層次發(fā)展。 思維進(jìn)階描述了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的思維發(fā)展過(guò)程,包括進(jìn)階起點(diǎn)、進(jìn)階終點(diǎn)、思維水平、評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)。 本文以人教版高中生物學(xué)《必修2·遺傳與進(jìn)化》中“DNA 分子的結(jié)構(gòu)”為例,探索生物學(xué)概念學(xué)習(xí)思維進(jìn)階的邏輯建構(gòu)。

1 厘清概念學(xué)習(xí)思維進(jìn)階的起點(diǎn)與終點(diǎn)

1.1 概念學(xué)習(xí)思維進(jìn)階的起點(diǎn)

概念學(xué)習(xí)思維進(jìn)階的起點(diǎn)是學(xué)生在進(jìn)行課堂學(xué)習(xí)之前基于生活經(jīng)驗(yàn)積累的前概念。 這些前概念有的是科學(xué)的,有的是片面或完全錯(cuò)誤的。 在學(xué)習(xí)“DNA 分子的結(jié)構(gòu)”前,學(xué)生在《必修1·分子與細(xì)胞》已經(jīng)學(xué)習(xí)了核酸的知識(shí),對(duì)DNA 分子的組成元素、基本單位和DNA 的單鏈結(jié)構(gòu)有所了解。 學(xué)生不清楚DNA 分子儲(chǔ)存遺傳信息的機(jī)制,但已具備“DNA是主要遺傳物質(zhì)”的前概念,為“DNA 分子的結(jié)構(gòu)”的學(xué)習(xí)提供了起點(diǎn)。

1.2 概念學(xué)習(xí)思維進(jìn)階的終點(diǎn)

概念學(xué)習(xí)思維進(jìn)階的終點(diǎn)是指通過(guò)思維進(jìn)階,學(xué)生應(yīng)達(dá)成的知識(shí)理解程度及能完成的任務(wù)表現(xiàn)。 本節(jié)思維進(jìn)階的終點(diǎn)為:① 闡明DNA 分子所具有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),進(jìn)一步樹立“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生命觀念;② 運(yùn)用DNA 分子特異性的特點(diǎn)解決實(shí)際問(wèn)題,培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

2 確定概念學(xué)習(xí)進(jìn)階的思維水平

學(xué)生對(duì)某個(gè)概念的理解過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷多個(gè)相關(guān)聯(lián)的中間階段,實(shí)現(xiàn)思維由低階到高階的轉(zhuǎn)變。 首先教師分析教材,參照《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017 年版2020 年修訂)》的要求,將“DNA 分子的結(jié)構(gòu)”涉及到的基本概念和事實(shí)性知識(shí)用陳述句的形式進(jìn)行表述,并對(duì)其進(jìn)行思維水平的劃分,從而構(gòu)建出學(xué)生“DNA 分子的結(jié)構(gòu)”概念學(xué)習(xí)思維進(jìn)階(表1)。

3 實(shí)現(xiàn)概念學(xué)習(xí)思維進(jìn)階的具體策略

傳統(tǒng)的生物學(xué)教學(xué)未充分考慮學(xué)生思維能力的培養(yǎng)。 為實(shí)現(xiàn)學(xué)生思維能力的培養(yǎng),根據(jù)概念學(xué)習(xí)進(jìn)階思維水平的劃分,可以通過(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、創(chuàng)設(shè)豐富多樣的情境、構(gòu)建模型等策略,引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與,實(shí)現(xiàn)學(xué)生思維從低階邁向高階的發(fā)展。

3.1 創(chuàng)設(shè)概念學(xué)習(xí)思維進(jìn)階情境

教師首先創(chuàng)設(shè)生活情境,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和好奇心。 教師在導(dǎo)入環(huán)節(jié)展示親子鑒定的生活實(shí)例,提出問(wèn)題:① 為什么采用DNA 比對(duì)來(lái)確認(rèn)親子關(guān)系? ② DNA 分子是怎樣儲(chǔ)存遺傳信息的? 從生活情境出發(fā),引導(dǎo)學(xué)生思考DNA 和親子鑒定的聯(lián)系。 學(xué)生分析提出,首先要清楚DNA 分子的結(jié)構(gòu),才能明確DNA 分子是怎樣儲(chǔ)存遺傳信息的。 接著,教師播放DNA 結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的科學(xué)史,創(chuàng)設(shè)情境。 學(xué)生通過(guò)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(xué)史,逐步認(rèn)同DNA 雙鏈結(jié)構(gòu)。

3.2 搭建概念學(xué)習(xí)思維進(jìn)階腳手架

教學(xué)腳手架是聯(lián)系已有知識(shí)和新知識(shí)的橋梁,是由思維進(jìn)階的起點(diǎn)達(dá)到終點(diǎn)的階梯。 教師可以通過(guò)搭建腳手架將學(xué)生的思維從一個(gè)較低水平引導(dǎo)到另一個(gè)更高的水平。 對(duì)于DNA 的雙螺旋結(jié)構(gòu)構(gòu)建過(guò)程,教師可通過(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)來(lái)搭建腳手架。 教師提出問(wèn)題:① 沃森和克里克提出DNA 由幾條鏈構(gòu)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(tuán)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(zhuǎn)180°之后,仍和原來(lái)一樣。 DNA 的兩條單鏈如何排列? 在解決以上問(wèn)題串的過(guò)程中,學(xué)生從知道DNA 基本單位是脫氧核苷酸(水平二)進(jìn)階到掌握DNA 分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)(水平三)。

在學(xué)生明確DNA 雙鏈中脫氧核糖和磷酸基團(tuán)交替連接排列在外側(cè)、堿基排列在內(nèi)側(cè)后,教師接著提問(wèn):DNA 兩條鏈內(nèi)側(cè)堿基如何配對(duì)? 在學(xué)生推測(cè)堿基配對(duì)的情況后,教師通過(guò)模型構(gòu)建來(lái)搭建腳手架。 教師著重展示學(xué)生課前制作的DNA 分子模型中堿基配對(duì)方式,小組互評(píng)堿基配對(duì)是否科學(xué)。 通過(guò)對(duì)比模型,學(xué)生發(fā)現(xiàn)如果堿基隨意配對(duì)會(huì)導(dǎo)致DNA 分子直徑不統(tǒng)一、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。 結(jié)合學(xué)生得出的結(jié)論,教師追問(wèn):如何配對(duì)才是科學(xué)的? 并展示化學(xué)家查哥夫?qū)Χ喾N生物DNA 堿基定量分析的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 學(xué)生討論分析表內(nèi)數(shù)據(jù),歸納得出DNA 堿基配對(duì)的規(guī)律:A 和T 配對(duì),C 和G 配對(duì)。

3.3 概念學(xué)習(xí)思維進(jìn)階評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

完整的教學(xué)活動(dòng)離不開科學(xué)的評(píng)價(jià)。 在完成DNA 分子雙鏈的構(gòu)建后,學(xué)生進(jìn)行模型評(píng)價(jià)與展示。教師通過(guò)評(píng)價(jià)檢測(cè)學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念的理解情況和思維進(jìn)階狀況。 各小組參考評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表(表2),小組互評(píng),按此標(biāo)準(zhǔn)給模型打分,并說(shuō)明打分理由。 通過(guò)對(duì)DNA 分子模型的評(píng)價(jià),學(xué)生從DNA 分子的結(jié)構(gòu)歸納出DNA 分子的多樣性、穩(wěn)定性和特異性等特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)水平三到水平四的思維進(jìn)階。

4 教學(xué)反思

“DNA 分子的結(jié)構(gòu)”一節(jié)的教學(xué)通過(guò)確定生物學(xué)概念學(xué)習(xí)思維進(jìn)階的起點(diǎn),在每一個(gè)思維水平中選擇合適的教學(xué)策略,引導(dǎo)學(xué)生達(dá)到潛在的發(fā)展水平,走向進(jìn)階終點(diǎn),實(shí)現(xiàn)生物學(xué)概念學(xué)習(xí)思維進(jìn)階的邏輯建構(gòu)。 教師利用思維進(jìn)階設(shè)計(jì)概念教學(xué),立足教材創(chuàng)設(shè)情境,發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維,可以幫助學(xué)生在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間中,掌握生物學(xué)重要概念,提高學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng),為學(xué)生的全面發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。