邵乃军

(浙江省绍兴市教育教学研究院 绍兴 312000)

在深化高中生物学课改的推进过程中，本市生物学学科教研团队开发了“高中生物遗传学经典实验中的思维与方法”的选修课程，并获评浙江省普通高中精品选修课程。本课程是在研读高中生物学课程标准的基础上，结合生物学学科特点，在高中生物学教材《遗传与进化》模块必修内容的基础上进行拓展和深化。课程内容涉及多个遗传学经典实验，按实验再现、思维剖析和方法点评等环节设计内容。

通过本课程的学习，能感悟遗传学经典实验中精妙的思维与方法，借助高阶思维活动，加强思维训练，改进学科学习策略，提高学习能力。同时，还能感受科学家的探索历程，增进探究欲望，发展学科研究素养。通过合作、讨论和分享，提高思辨能力与合作精神，提高学生的探究能力和创新能力，为今后学习和从事科学研究有关的工作打下基础。

1 内容选择异质又关联，创设发展科学思维素养的合适情境

在选修课程的内容的选择上，既要与必修课程有异质性，又要有关联性。异质性是指学习内容在广度与深度上有拓展、在学习功能上有补充、在学习方法上有创新。因为异质性，才具有必修课程不可替代的作用，更好地激发学生学习兴趣。关联性是指学习内容与必修课程内容相联系，原理上有相通性，能够借助必修课程内容作为基础，进一步开展选修课程内容的学习。因为与必修课程相关联，为学生开展思考与问题解决提供可能，能更好地激活学生的思维活动。各学习主题的必修课程学习基础、选修课程拓展学习内容以及两者的关联性分析如表1所示。

表1 必/选修课程学习内容关联性分析

可见，本选修课程内容与必修课程相关联又有不少拓展，能满足对生物学感兴趣学生的学习需求。又因为有必修内容的学习基础，学生可把更多的精力投放到思维与方法的学习发展之上。如此，这些经典实验也就成了学生思维培养极好的情境，这样的选修课程会更具逻辑性和整体性，从而能避免碎片化、低俗化和无效化等不良倾向[1]。

2 学材结构基于认知逻辑，提供思维培养的可靠途径

本选修课程各章节的编写是以科学探究历程和认知发展为序，符合认知发展的逻辑。

2.1 “节”内步步深入，感悟经典实验的思维与方法 同一主题的有关经典实验编写在同一章，各经典实验一般单独编写成一节，每一节内容按“实验再现—思维剖析—方法点评”三环节设计，并在各环节配以合适的思考题。最后，安排可行的实验活动与阅读资料。

2.1.1 实验再现，在阅读中发展归纳与表达能力 该部分为经典实验的操作过程，是学习经典实验的基础性材料，更是学生开展思维学习的支架。学生首先要读懂科学家的实验过程，在此基础上将实验过程框架化，并提出疑惑所在，包括不理解之处、认为不合适之处等。

例如，以“果蝇抗药性形成机理”一节为例，先让学生在阅读实验内容后将实验探究过程框架化。在读懂实验的基础上，清楚两组实验的差异，继而针对第二组实验提出如下问题： 为什么要将果蝇培育成众多家系？为什么选择同一对果蝇繁育产生的后代分成两半?选择果蝇做实验材料的原因是什么？“兄弟姐妹”间的遗传性一定相同吗？

经过“实验再现”的阅读过程，学生的归纳与表达能力得到训练，也为“思维剖析”的学习活动环节打下了坚实的基础。

2.1.2 思维剖析，在问题解决中发展分析与推理能力 该部分是分析实验结果并得出实验结论的过程，也是对实验原理的一个剖析过程，更是科学家开展相关实验的思维透视。

例如，在“mRNA阅读方式的探索”中有如下实验思维，科学家先假设了非重叠的阅读方式和重叠阅读方式两种可能的阅读方式，并推导两种阅读方式产生的蛋白质差异。在此基础上，设想控制增加或减少不同数目的核苷酸，预测对蛋白质中氨基酸改变的影响程度。通过实验，确定了mRNA非重叠的阅读方式以及3个核苷酸对应一个氨基酸的规律。

经过实验过程再现环节的活动后，在有关问题解决的过程中逐步领悟科学家的“科学思维”，这是经典实验学习最关键之处，对发展学生分析与推理能力及实验创新思维都有积极的推进作用。

2.1.3 方法点评，在比较反思中发展综合运用能力 在完整学习实验过程和实验思维的基础上，由教师或学生对实验中最突出的实验方法进行点评回眸，再次体会思维之妙、方法之巧。

例如，在营养缺陷型细菌基因重组产生野生型菌落的两个探究实验中，不同菌株间只有互相接合，DNA片段才能进入异株细菌而实现重组，两个实验中都设计了细菌隔离的方法。第一个实验中通过U型管的过滤器(细菌不能通过，物质分子可以通过)使菌株A和B产生空间隔离[2]；第二个实验中通过先培养菌株A(B)并过滤除去菌株A(B)，再培养菌株B(A)，从而产生时间上的隔离。通过隔离阻止细菌间的接合，从而抑制基因重组，是该组实验成功的重要方法。

经过方法点评环节，深化学生对巧妙实验方法的提炼、积累与综合，能够对今后的科学实验设计产生正向的迁移作用。

2.2 “节”间比较感悟，发现不同经典实验“层层深入与殊途同归”的作用 同一主题下的不同实验间，或是科学探究的不断深入细化，如基因定位、遗传密码的读写与破译；或是不同科学探究之间的相互补充支持，如营养缺陷型细菌的重组机理探究、生物抗药性机理探究等。

2.2.1 层层深入中感悟思维与方法的发展性 在必修课学习“孟德尔遗传定律”和“遗传的染色体学说”一节后，学生知晓了基因位于染色体上，明白了同源染色体上等位基因分离、非同源染色体上非等位基因自由组合之实质。选修课进一步学习“基因连锁与互换定律”发现过程，继而再学习确定连锁基因间相对距离的三点测交实验。最后，才学习“基因测序确定基因位置与核苷酸序列”。

上述遗传实验的学习层层递进深入，既符合学习从简单到复杂的顺序，也是科学探究的历史事实。究其根本，各实验探究发现的规律与知识本身就存在着先后逻辑，前者是后者的基础，没有孟德尔遗传定律的基础就很难发现与关注连锁这一“异常”，没有连锁与互换定律的发现，通过测交实验确定同一染色体上的基因位置，就成了“空中楼阁”。

只有在确定基因本质和相对位置后，开展难度最大的基因测序才变得可实现也有意义去做。在相关系列经典实验的逐级提升学习中，才能更好地体会科学实验思维与方法不断持续发展的规律。

2.2.2 求同中把握思维与方法的规律性 在学习果蝇抗药性形成实验的基础上，再来学习莱德伯格夫妇设计的影印培养实验(图略)[3]，关键是要引导学生比较归纳两个实验共通之处。

例如，该实验与果蝇实验相比的优点有两处： ①两组间的细菌是无性繁殖结果，遗传性上更加一致；②由于细菌个体小繁殖又快，一个培养皿的培养基上有众多菌落，可以减少实验的组数。从原理上分析，影印培养法中用同一“印章”接种的系列培养皿相同位置上的细菌菌落遗传性是一致的。一部分培养皿培养基是一般培养基；另一部分培养皿培养基是添加抗生素的选择培养基，后者也起到了“镜子”的作用，把没有接触过抗生素的、但又有抗药性的细菌筛选出来。

可见，这两个实验在原理上基本相近，学生可运用前一节学习所得，来分析后一节实验的思维与方法。还可体会到实验改进的轨迹与益处，对于提高学生实验思维品质有一定的助推作用。

2.2.3 求异中领会思维与方法的多元性 在学习莱德伯格夫妇通过影印培养实验探究细菌抗药性的基础上，再来学习鲁里亚和德尔波留克根据统计学原理设计的变量实验(图略)。

例如，在该实验中，通过“先分管再培养”与“先培养再分管”创设了培养阶段的差异，再通过抗噬菌体实验结果的差异比较来确定突变和培养阶段是否有关。噬菌体侵染细菌使细菌裂解死亡，抗性强的细菌不被侵染而生存下来并在培养基上形成菌落。如果突变发生在接触噬菌体之后,先分管再培养与先培养再分管的效果应相同。若突变发生在接触噬菌体之前的培养阶段，先分管再培养与先培养再分管的实验结果会不同。由于突变的随机性和不定向性，各小管中细菌相关基因是否发生突变、发生突变的时间都会有差异，前者各小管产生的突变菌数量会有较大差异，后者各小管产生的突变菌数量会比较接近。

这一实验的思维与方法完全不同于前两个实验，但也能达到相同的探究目标，学生在比较实验间差异的基础上，能深刻体会实验思维与方法的多元性，求知欲必定被激发起来。在此基础上还可提供纽康布设计的涂布实验作为阅读材料，供有兴趣的学生进一步探究，感悟科学家的“奇思妙想”，体会不同实验设计思维与方法的多元性以及殊途同归的实验结论。

3 教学实施思辨与对话为主，实现思维培养的目标

由于本选修程是以再现经典实验为基础，重在实验思维与方法的学习，增进学生的探究欲望，发展学科研究素养。学习过程中虽有一些实验活动，其重心不在实验知识与操作，而是通过高层次的科学思维活动，以提高学生的学习兴趣、探究意识、创新能力和科学素养等。

基于上述学习目标的考虑，在教学过程中，以思辨与对话为主，利用实验再现资料，开展基于论证的探究教学。设计问题并诱导学生提出问题，进行思考且展开讨论，最终理解经典实验的思维之巧方法之妙，以实现学生学科素养的自由生长。