问题驱动教学 发展学生科学思维 ——围绕白眼雄果蝇的复习课教学设计

问题驱动教学 发展学生科学思维 ——围绕白眼雄果蝇的复习课教学设计

马文花

莱芜第四中学 271199

摘要：在高三生物一轮复习中，学生不仅需要建构完整的知识体系，更需要发展辩证思维、逻辑思维、批判思维等科学思维并形成重证据的科学精神。本教学以摩尔根研究的白眼雄果蝇杂交实验为背景，结合高考题型设计问题驱动教学，促进学生科学思维的发展，实现“一境到底”的教学效果。

关键词：可遗传变异；基因的定位；从性遗传；科学思维

《普通高中生物学课程标准（2017 年版）》（以下简称《课程标准》）指出生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。其中，科学思维是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。学生应该在学习过程中逐步发展科学思维，如能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等方法^[1]。科学思维的核心是理性思维，科学思维教学的重点就应该放在理性思维的培养上，即培养学生批判质疑、重证据、重逻辑的思维习惯和能力^[2]。

1. 教学内容分析和教学设计思路

以摩尔根的果蝇杂交实验为依托，考查学生运用假说演绎的科学思维判断基因的位置等是近几年生物高考遗传题的考试热点。因此本节教学内容围绕经典遗传材料-白眼雄果蝇突变体，通过设计问题串，引导学生通过提出问题、做出假设、演绎推理、归纳总结等活动，不仅发展学生的科学思维（图1），而且帮助学生将“可遗传变异的判定”、“基因位置的判断”和“从性遗传”等重要考点整合，完善学生的知识框架。

2. 教学目标

2.1通过分析白眼雄果蝇的相关实验现象，整合遗传学概念“可遗传变异”、“基因位置的判断”、“从性遗传”，形成生命观念。

2.2运用假说演绎的科学方法设计实验，发展演绎与推理，归纳与概括，辩证与逻辑的科学思维。

2.3通过了解摩尔根的科学探索原因，认同对真理的追求离不开批判性思维和质疑精神，更离不开寻找实验证据的实践精神。

图1 教学设计思路

3. 教学过程

3.1 展示问题情境，激发学生积极思维

问题1、某科研小组在野生型红眼(纯合品系)果蝇群体中发现了一只雄性白眼果蝇甲，为什么会出现白眼性状？若是可遗传变异引起的，如何区分是哪一种变异？

设计意图：问题情境类似于摩尔根的发现“纯合品系的红眼果蝇出现一只雄性白眼果蝇”，学生亲身体验科学家的疑问并积极思考探讨原因，最后深化对“突变和基因重组为生物进化提供原材料”的认知。学生进一步分析排除基因重组的因素，区分染色体变异和基因突变则需要通过显微镜的观察来确定，初步培养学生重证据的思维习惯。

3.2 深入思考探究，学生迁移应用假说演绎

问题2、若实验证明白眼雄果蝇只涉及一对基因的突变，是常染色体的显性突变或隐性突变，还是X染色体的显突变或隐性突变？书写设计实验思路，并预期实验结果和结论。

设计意图：将四种假说转化成遗传图解预测实验结果，亲身体验孟德尔和摩尔根科学思维方法---假说演绎法，只有积极体验才能记忆深刻。归纳也是思维的基本类型之一，它是对事物抽象之后的概括，因此通过书写思路、结果和结论锻炼学生的归纳总结能力、语言表达能力和规范书写能力。

3.3 生成性课堂产生，培养学生的逻辑思维

问题3：针对假说“X染色体的隐性突变”，有的同学又提出新的问题“若控制白眼的基因有位于X、Y的同源区段，杂交的实验结果和控制白眼的基因仅位于X染色体是完全相同的”，到底如何区分呢？

教师活动：展出果蝇X和Y染色体的模型，首先启发学生分别写出基因仅位于X染色体的非同源区段、X 和 Y 染色体同源区段的雌雄果蝇的基因型和表现型。然后引导学生将生成性问题转化为遗传图解，使探究的问题形象直观。最后组织学生小组讨论，选择合适的遗传材料设计实验。

设计意图：书写果蝇的基因型可以区分出雄果蝇的基因型在位于X 和 Y 染色体同源区段时有四种，在位于X染色体的非同源区段仅有两种，而雌果蝇的基因型都是三种；书写表现型时要明确红眼雌果蝇和红眼雄果蝇是两种表现型。比较两种不同的遗传图解有利于辩证思维的培养，辩证地思考问题才便于完整全面的认知实验现象。学生讨论明确只有选择白眼雌果蝇和红眼雄果蝇进行杂交实验才能区分两种情况，而要得到白眼雌果蝇则需要用问题2的实验设计中已得到的果蝇材料进行测交实验，从而培养学生的逻辑思维能力。

3.4 树立批判性思维，学生认同科学实践精神

教师针对上述学生设计的实验现象“白眼纯合雌果蝇和野生型红眼雄果蝇杂交，若F1中雌果蝇为红眼，雄果蝇为白眼”再作出两种假设：

假设一：控制眼色的基因位于X染色体的非同源区段。

假设二：控制眼色的基因可能位于常染色体上，但杂合子在不同性别中表现型不同。

问题4：根据资料信息，请同学们判断上述假设哪一种成立？

设计意图：通过资料分析，学生认知再次出现矛盾，“性状与性别相关”不仅可以用伴性遗传解释，也可以用随性遗传来解释。通过此教学环节，学生可以树立判性思维，消除思维定式。究竟哪一种解释正确，还是需要进行实验，分析实验数据才能得出结论。也就是只有批判思维和质疑精神是不够的，还需要重实验证据。这也使本节教学内容形成首尾呼应。

教师总结：在遗传学发展历史中，摩尔根最初也并不信孟德尔。1909年，摩尔根在进行果蝇杂交实验的过程中，还发表文章抨击孟德尔的方法；摩尔根反对染色体遗传学说，对于遗传单位是否存在他也不认可^[2]。但是摩尔根并没有只停留在批判已有的结论层面上，而是设计了一系列杂交组合，最终通过对实验结果的分析，摩尔根却成为了孟德尔学说的坚定支持者。我们也需要学习摩尔根的科学精神。

4. 教学反思

本案例中教师将高考热点基因在染色体上的位置判断、可遗传变异、从性遗传进行有效整合，合理设计问题，层层深入，帮助学生完善知识框架（图2），知识是思维的基本形式，也是思维的工具；学生通过积极主动的学习活动培养证据意识、获取证据的能力；体会辩证思维的全面性、逻辑思维的严谨性、批判思维的深刻性；形成追问真相和追求真理的科学精神。总之，以问题驱动的整合式教学不仅发展了学生科学思维，而且促进学生知识，能力，情感的全面发展。

参考文献

1. 中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准：2017 年版[M].北京：人民教育出版社， 2018：4-5

2. 赵占良.对生物学学科核心素养的理解（二）；科学思维及其教学[J].中学生物教学， 2019(10)：4-7

图2 知识框架

马文花 （1982-），山东省济南市莱芜第四中学，中学二级教师， 硕士研究生