謝麗芬

(福建師范大學(xué)第二附屬中學(xué) 生物教研組,福建 福州 350015)

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“生物課標(biāo)”)指出,生物學(xué)課程要求學(xué)生主動(dòng)地參與學(xué)習(xí),在親歷提出問(wèn)題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過(guò)程中習(xí)得生物學(xué)知識(shí),養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣,形成積極的科學(xué)態(tài)度,發(fā)展終身學(xué)習(xí)[1]1-2。同時(shí)提出,讓學(xué)生能夠深刻理解和應(yīng)用重要的生物學(xué)概念,提高生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

科學(xué)論證是以科學(xué)思維為基礎(chǔ),在論據(jù)收集和科學(xué)結(jié)論之間構(gòu)建合理的邏輯關(guān)系使科學(xué)結(jié)論能被接受的特殊表達(dá)方式[2]。論證式教學(xué)是基于科學(xué)事實(shí)、批判性思維探究論證的教學(xué)模式,培養(yǎng)學(xué)生收集證據(jù)、形成主張、表達(dá)觀(guān)點(diǎn)、反駁某些觀(guān)點(diǎn)的能力。高中生物學(xué)概念教學(xué)融入論證式教學(xué),加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng),具有重要意義[3]。筆者以高中生物 “基因突變”概念教學(xué)為例,應(yīng)用論證式教學(xué)模式,引導(dǎo)學(xué)生基于事實(shí)初步構(gòu)建概念,在質(zhì)疑、辯駁中修正概念、完善概念、升華概念,在自主建構(gòu)概念的過(guò)程中培養(yǎng)科學(xué)思維。

1 相關(guān)概念的界定及內(nèi)涵

1.1 論證式教學(xué)

論證是指圍繞某個(gè)有爭(zhēng)議的議題,以科學(xué)思維為基礎(chǔ),用科學(xué)方法收集證據(jù),與提出的主張之間建立聯(lián)系并說(shuō)服他人接受該主張的思維碰撞過(guò)程,具有3個(gè)關(guān)鍵要素,即論點(diǎn)、論據(jù)、推理。論證式教學(xué)是將論證活動(dòng)引入課堂,讓學(xué)生體驗(yàn)類(lèi)似科學(xué)家論證的過(guò)程,理解科學(xué)概念及科學(xué)本質(zhì)并促進(jìn)思維發(fā)展的教學(xué)方式。如圖1所示,論證式教學(xué)的基本模式[4]主要環(huán)節(jié)：在有價(jià)值的問(wèn)題基礎(chǔ)上,利用收集的資料提出觀(guān)點(diǎn)猜想,然后,在質(zhì)疑、辯駁中尋找新證據(jù)修正、支持觀(guān)點(diǎn)猜想,獲得認(rèn)可后上升為可接受的結(jié)論。

圖1 論證式教學(xué)基本模式

1.2 概念教學(xué)

生物學(xué)概念是在生物學(xué)事實(shí)、現(xiàn)象等感性資料基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)比較、分析、綜合等抽象形成的對(duì)事物本質(zhì)的認(rèn)識(shí)[5]。生物學(xué)概念教學(xué)是以學(xué)生為主體,以生物學(xué)概念的獲得過(guò)程為主線(xiàn),在深入理解概念的內(nèi)涵與拓展概念的外延中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)構(gòu)建、應(yīng)用概念并能將新概念融入前概念體系中的一種教學(xué)模式[5]。生物學(xué)概念教學(xué)模式如圖2所示。

圖2 生物學(xué)概念教學(xué)模式

1.3 論證式概念教學(xué)

形成認(rèn)知沖突是學(xué)習(xí)生物學(xué)概念的有效教學(xué)策略,科學(xué)論證是激發(fā)認(rèn)知沖突的有效方式,通過(guò)推理、質(zhì)疑、辯駁引發(fā)學(xué)生思想碰撞,產(chǎn)生新認(rèn)知而形成新概念[6]。學(xué)生對(duì)基于認(rèn)知沖突和論證過(guò)程構(gòu)建的生物學(xué)概念理解得更為深刻。

2 教學(xué)過(guò)程分析

2.1 “基因突變概念”論證

2.1.1 構(gòu)建情境,提出觀(guān)點(diǎn)

展示事實(shí)1： 果蠅幼蟲(chóng)的正常培養(yǎng)溫度是25 ℃,將剛孵化的殘翅果蠅幼蟲(chóng)于31 ℃培養(yǎng),得到一些翅長(zhǎng)接近正常的果蠅成蟲(chóng),這些果蠅在正常溫度環(huán)境中產(chǎn)下的子代全是殘翅果蠅。提出問(wèn)題：31 ℃培養(yǎng)獲得的翅長(zhǎng)接近正常的果蠅成蟲(chóng)是否發(fā)生了變異?這種變異是否可以遺傳給子代?為什么?

展示事實(shí)2： 某紅花植株自交的子代出現(xiàn)1株紫花,該紫花植株自交,子代全是紫花。提出問(wèn)題：上述變異性狀為什么能遺傳給子代?

引導(dǎo)學(xué)生提出觀(guān)點(diǎn)：生物表現(xiàn)型受基因型和環(huán)境共同作用影響。教師提出問(wèn)題：環(huán)境因素引起的生物變異是否一定不能遺傳給子代?學(xué)生閱讀教材內(nèi)容,提出不同主張并展示相應(yīng)的證據(jù)材料。

2.1.2 展示事實(shí)證據(jù),構(gòu)建論證結(jié)構(gòu)

展示證據(jù)1： 太空育種項(xiàng)目及顯著成果。提出問(wèn)題：1) 太空育種的生物學(xué)原理。2) 利用太空的強(qiáng)輻射、高真空等特殊環(huán)境對(duì)植物進(jìn)行誘變處理獲得的新性狀是否可以遺傳?基于學(xué)生討論引出基因突變的概念,并探討親代發(fā)生基因突變對(duì)子代性狀的影響。

展示證據(jù)2： 展示遺傳病鐮刀型細(xì)胞貧血癥相關(guān)材料。學(xué)生閱讀材料了解鐮刀型細(xì)胞貧血癥的發(fā)病原因。引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)孟德?tīng)栠z傳規(guī)律分析鐮刀型細(xì)胞貧血癥的遺傳特點(diǎn),據(jù)此形成觀(guān)點(diǎn)：因堿基替換導(dǎo)致的基因突變是可以遺傳的。

展示證據(jù)3： 遺傳病囊性纖維化的病因,即編碼氯離子載體蛋白基因缺失3個(gè)堿基,導(dǎo)致氯離子載體蛋白缺失1個(gè)氨基酸,細(xì)胞對(duì)氯離子的轉(zhuǎn)運(yùn)異常,造成患者黏液分泌過(guò)多,容易誘發(fā)感染等癥狀。引導(dǎo)學(xué)生基于事實(shí)形成觀(guān)點(diǎn)：DNA分子中因堿基缺失導(dǎo)致的基因堿基序列改變也屬于基因突變,這種類(lèi)型的基因突變可以遺傳。

展示證據(jù)4： 皺粒豌豆的形成機(jī)制,即皺粒豌豆的淀粉分支酶基因插入一段外來(lái)DNA序列,導(dǎo)致無(wú)法合成淀粉分支酶,細(xì)胞的淀粉含量降低,無(wú)法有效保留水分,因此種子皺縮。引導(dǎo)學(xué)生基于事實(shí)形成觀(guān)點(diǎn)：DNA分子中因堿基增添導(dǎo)致的基因堿基序列改變也屬于基因突變。這種類(lèi)型的基因突變同樣可以遺傳。在此基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生基于上述證據(jù)對(duì)基因突變的概念進(jìn)行歸納和闡述。

2.1.3 提出質(zhì)疑,構(gòu)建反駁論證結(jié)構(gòu)

展示調(diào)查數(shù)據(jù)：皮膚癌患者的后代與非皮膚癌患者的后代發(fā)生皮膚癌的概率并無(wú)差異,即皮膚癌患者雖然發(fā)生了基因突變,但該基因突變并未遺傳給子代。引導(dǎo)學(xué)生形成認(rèn)知沖突：基因突變所導(dǎo)致的變異并非都會(huì)遺傳給子代。在此基礎(chǔ)上,教師提出問(wèn)題：1) 對(duì)只能進(jìn)行有性生殖的生物,遺傳物質(zhì)通過(guò)什么細(xì)胞傳遞給子代?據(jù)此推測(cè),哪類(lèi)細(xì)胞發(fā)生基因突變可遺傳?2) 對(duì)只能進(jìn)行有性生殖的生物,體細(xì)胞發(fā)生基因突變是否可以遺傳?若不能,請(qǐng)解釋。3) 若某生物同時(shí)存在有性生殖和無(wú)性生殖,體細(xì)胞發(fā)生基因突變是否可以遺傳,若可以,通過(guò)什么途徑遺傳給子代?學(xué)生展開(kāi)討論,提出主張,并陳述證據(jù)和生物學(xué)原理。教師引導(dǎo)學(xué)生小結(jié)：配子發(fā)生基因突變可通過(guò)有性生殖將新基因遺傳給子代;體細(xì)胞發(fā)生基因突變,無(wú)法通過(guò)有性生殖將新基因遺傳給子代,但可借助無(wú)性繁殖的方式(如扦插、嫁接、植物組織培養(yǎng)、動(dòng)物體細(xì)胞克隆等)將基因突變產(chǎn)生的新基因遺傳給子代。學(xué)生親歷概念的論證和建構(gòu)過(guò)程,對(duì)概念的理解和認(rèn)知更深刻,還有助于強(qiáng)化科學(xué)思維,認(rèn)識(shí)到僅憑直覺(jué)無(wú)法得出科學(xué)的結(jié)論,實(shí)事求是的態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究、理性的批判性思維、良好的合作精神在科學(xué)論證中至關(guān)重要。

2.1.4 構(gòu)建概念,提升論證觀(guān)點(diǎn)

基于上述系列論證,基因突變的概念及其影響十分清晰：DNA分子中發(fā)生堿基的替換、增添或缺失引起的基因堿基序列的改變稱(chēng)為基因突變;基因突變后,生物的遺傳信息一定會(huì)改變,但基因的數(shù)量及其在染色體中的位置并沒(méi)有發(fā)生變化,基因突變是一種可遺傳的變異,但不一定會(huì)傳給子代?；诳茖W(xué)論證構(gòu)建生物學(xué)概念有助于學(xué)生深刻理解并強(qiáng)化科學(xué)思維。

2.2 “基因突變對(duì)性狀的影響”論證

2.2.1 繼續(xù)質(zhì)疑,構(gòu)建論證過(guò)程

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧基因表達(dá)的內(nèi)容,提出問(wèn)題：1) 基因突變產(chǎn)生了新基因,新基因表達(dá)的蛋白質(zhì)與原有蛋白質(zhì)在氨基酸序列上是否一定存在差異,請(qǐng)?zhí)岢鲋鲝埡鸵罁?jù)。2) 多個(gè)基因突變是細(xì)胞癌變的內(nèi)因,細(xì)胞癌變是有害的,是否可據(jù)此判定基因突變一定有害?請(qǐng)?zhí)岢鲇^(guān)點(diǎn),并說(shuō)明理由。

2.2.2 利用生物學(xué)理論、事實(shí)依據(jù)構(gòu)建反駁過(guò)程

針對(duì)新基因表達(dá)的蛋白質(zhì)與原有蛋白在氨基酸序列上是否一定存在差異,可引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合基因表達(dá)的相關(guān)知識(shí),借助構(gòu)建物理模型的方法,提出主張,不斷完善并總結(jié)：堿基對(duì)替換所引起的基因突變,會(huì)因?yàn)檫z傳密碼的簡(jiǎn)并性導(dǎo)致新基因和原有基因所編碼的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)完全相同,也會(huì)因?yàn)榻K止密碼提前或者延后出現(xiàn)造成基因突變前后所編碼的蛋白在氨基酸序列上存在明顯差異;因堿基對(duì)增添或缺失所導(dǎo)致的基因突變,通常會(huì)引起堿基對(duì)增添或缺失部位之后一系列氨基酸序列的改變,也可能因終止密碼提前或者延后出現(xiàn)導(dǎo)致翻譯提前或延遲終止,這些都將導(dǎo)致新基因和原有基因所編碼的蛋白質(zhì)在氨基酸序列上存在明顯差異。

針對(duì)基因突變是否一定有害,教師展示事實(shí)：植物的抗病突變、耐鹽堿突變,細(xì)菌的耐藥性突變,對(duì)個(gè)體的生存有利;飛蛾翅的缺失突變利于它在海島上生存;細(xì)胞癌變導(dǎo)致腫瘤發(fā)生,對(duì)個(gè)體生存有害;深色的樺尺蠖在淺色的樹(shù)干上容易被天敵捕食,但在工業(yè)污染時(shí)期樹(shù)干被熏成黑褐色之后反而容易存活;有的基因突變不會(huì)導(dǎo)致新的性狀出現(xiàn),既無(wú)害又無(wú)益。引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)上述事實(shí)提出主張,辯證看待基因突變對(duì)個(gè)體的影響。

2.2.3 拓展概念外延,繼續(xù)升華論證觀(guān)點(diǎn)

經(jīng)系列論證,學(xué)生對(duì)基因突變的影響有了深刻認(rèn)識(shí)：基因突變不一定會(huì)改變蛋白質(zhì)的氨基酸序列,進(jìn)而不一定會(huì)改變生物的性狀;基因突變導(dǎo)致的生物性狀改變對(duì)生物而言并非都是有害或有利的,還有相當(dāng)一部分對(duì)生物的生存沒(méi)有影響;基因突變對(duì)生物的影響會(huì)隨環(huán)境條件的改變而改變。

2.3 “基因突變的原因及特點(diǎn)”論證

2.3.1 基于事實(shí)發(fā)現(xiàn)引發(fā)基因突變的原因

展示事實(shí)：物理因素如γ線(xiàn)、X線(xiàn)、紫外線(xiàn),化學(xué)物質(zhì)亞硝胺、黃曲霉素、尼古丁,病毒因素如肉瘤病毒、乙肝病毒等均可導(dǎo)致細(xì)胞中的某些關(guān)鍵基因發(fā)生突變,從而引發(fā)細(xì)胞分裂失控,使正常細(xì)胞突變?yōu)榘┘?xì)胞。學(xué)生基于事實(shí)得出結(jié)論：物理因素、化學(xué)因素、病毒因素均可引起基因堿基序列的改變從而誘發(fā)基因突變。結(jié)合基因表達(dá)過(guò)程引導(dǎo)學(xué)生概括：基因突變也可以在自然條件下因偶發(fā)的復(fù)制錯(cuò)誤而自發(fā)產(chǎn)生。自發(fā)產(chǎn)生和誘發(fā)產(chǎn)生的基因突變都具有不定向性,但誘發(fā)產(chǎn)生的基因突變率顯著高于自發(fā)產(chǎn)生的基因突變率。

2.3.2 收集事實(shí)依據(jù),發(fā)現(xiàn)基因突變的特點(diǎn)

展示資料：1) 微生物、植物、動(dòng)物、病毒都有基因突變的事實(shí)。2) 不同生物及相關(guān)性狀所關(guān)聯(lián)的基因自發(fā)突變率的數(shù)據(jù)一覽表。3) 科學(xué)家繪制的果蠅不同眼色對(duì)應(yīng)的眼色基因系列圖譜。4) 生物體DNA(包含病毒DNA)在一定劑量的紫外線(xiàn)照射下會(huì)隨時(shí)在任何部位發(fā)生基因突變?；谑聦?shí),引導(dǎo)學(xué)生歸納基因突變的特點(diǎn)：普遍性、不定向性、低頻性、隨機(jī)性。

建立在科學(xué)思維基礎(chǔ)之上的論證式概念教學(xué)可以讓學(xué)生對(duì)基因突變的理解更深刻、具體。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,基于科學(xué)思維的論證式生物學(xué)概念教學(xué)的關(guān)鍵是形成認(rèn)知沖突和不斷論證完善。教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和前概念創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境,借助問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生初步感知生物學(xué)概念,在尋找證據(jù)的過(guò)程中不斷明晰概念,在質(zhì)疑、辯駁中不斷深化概念。教師引導(dǎo)學(xué)生充分利用碎片化的科學(xué)事實(shí)及研究經(jīng)驗(yàn),構(gòu)建科學(xué)事實(shí)或研究經(jīng)驗(yàn)與生物學(xué)概念的關(guān)聯(lián),據(jù)此提煉隱含的本質(zhì)屬性,用規(guī)范的生物學(xué)語(yǔ)言定義生物學(xué)概念。在論證式概念教學(xué)中,教師圍繞生物學(xué)概念構(gòu)建的一般途徑,在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)恼撟C過(guò)程,引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)論證的一般過(guò)程,包括提出觀(guān)點(diǎn)、事實(shí)證據(jù)、理論支持、邏輯推理、反駁等,真正落實(shí)學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo),師生教學(xué)相長(zhǎng)?；诳茖W(xué)思維的論證式生物學(xué)概念教學(xué)可有效促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維尤其是辯證性、批判性思維的發(fā)展,達(dá)成對(duì)概念的深層認(rèn)知。因此,基于科學(xué)思維的論證式生物概念教學(xué)可成為生物學(xué)概念構(gòu)建和提高學(xué)生科學(xué)思維的有效途徑。