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追求理解的“孟德尔的豌豆杂交实验(一)”教学设计

2020-12-28戴丹丹

中学生物学 2020年9期
关键词:基本问题科学思维

戴丹丹

摘要 以“孟德尔的豌豆杂交实验(一)”为例,基于学科内容,依据生物学学科的课程标准,构建学生学科发展目标(学什么)、评价标准(学得如何)与系列教学活动(如何学)相匹配的教学设计案例,实现理解性教学,旨在提升学习迁移能力,最终实现对知识的意义建构。

关键词 预期理解 基本问题 科学思维

中图分类号 C633. 91 文献标志码 B

1 教材分析

“孟德尔的豌豆杂交实验(一)”是人教版高中生物学教材《必修2.遗传与进化》第一章“遗传因子的发现”第一节的内容,是该教材的开篇之作。本节内容以一对相对性状的杂交实验探究历程为主线,从宏观现象到微观本质层层深入,并用生物学特有的符号表征对遗传过程作出图解。该教材按科学史发展的顺序编写,学生在学习本节内容时缺乏细胞遗传——减数分裂相关知识作支撑,理解上存在一定的难度。如何组织学生像孟德尔那样,根据实验结果去推理分析,从而揭示现象背后的规律,学习科学思维方法,是本节教学的重难点。

学生在初中阶段已经学习了基因的显性和隐性、基因控制生物性状等相关知识,但高中生物学更强调对学生归纳总结、逻辑推理等科学思维的培养,理解性状分离现象背后的基因分离定律。理解是教育真正的核心目标,能够记住或背下某些知识,只能称为“知道”,若能将学到的知识进行加工并且能够灵活地运用于新的情境中,则说明学生已“理解”这些知识。“追求理解”表达的是教育价值取向的转变,从“育分”走向“育人”模式的转型。

2 教学目标

①尝试应用归纳法概括描述孟德尔的一对相对性状杂交实验结果;基于性状分离的实验现象,通过推理和想象提出假说,再根据假说进行演绎推理,了解并掌握基本的科学方法。

②通过“性状分离比的模拟实验”,进一步体验孟德尔实验研究中的思维过程,提升对分离定律的理解。

③通过运用分离定律解释遗传现象,预测种群内某一遗传性状的分布及变化。

3 教学评价设计

3.1 预期理解

本单元的学习聚焦大概念——遗传信息控制生物性状,并代代相传,围绕大概念叙写本节学习内容的预期理解:①学生能够说出孟德尔杂交实验的过程,理解杂交实验在遗传规律探索中的重要性;②学生能够总结归纳科学研究的一般过程,阐明假说一演绎法的内涵;③学生能够理解分离定律的内容,并运用分离定律解释遗传现象,解决生活或生产中的问题。

3.2 基本问题

理解是智力层面的建构,需要以问题为框架,调动学生思维,帮助学生在知识之间建立有意义的联系,以预期理解为依据,设计了如下几个基本问题:

①复习相关定义:性状、相对性状、显性基因、隐性基因。

②孟德尔是如何设计杂交实验的?

③孟德尔为解释实验结果作出了哪些假设?他又设计了什么实验来验证假设?

④“性状分离比的模拟实验“每个小桶抓取红球和绿球的比例是多少?模拟的核心点是什么?为什么每次抓取后需把小球放回原桶?

⑤健康的父母为什么会生出苯丙酮尿症的患儿?求算第二个孩子发病的概率。

以上基本问题的设计是围绕预期理解进行的:问题①②针对理解①,问题③针对理解②,问题④⑤针对理解③。

4 教学过程

4.1 情境导入,唤醒记忆

教师播放改编歌曲《豌豆花》,学生观看视频,回忆与豌豆杂交实验相关的人和物。

设计意图:初中教材列举了一系列的相对性状,如能否卷舌、有无耳垂、单双眼皮、拇指外翻等。如果教材再以类似的例证引入,只是教给学生己知的事实性知识,并不能很好地调动学生深度学习的热情。歌曲是学生喜欢的艺术形式,也是容易传播的表现形式,能够迅速吸引学生的目光,快速进入课堂,视频中的人和物可以带领学生从记忆中“再现”所学。

4.2 实验一假说一演绎推理一验证一得出结论

教师按照孟德尔的实验流程组织教学,有利于学生发展提出问题、分析问题的能力,将自己的思维与科学家的思维碰撞对比,从而更好地体悟科学方法。

4.2.1 观察实验一发现问题

教师呈现选用高茎、矮茎这一对相对性状进行杂交的实验结果。值得注意的是,子二代的性状分离比不应该直接呈现3:1,孟德尔获得成功的原因之一是用统计学的方法对实验结果进行了数量分析,但这样的分析不是一蹴而就的,就一对相对性状的杂交实验结果还不足以直接确定3:1的性状分离比。

教师用表格呈现豌豆7对相对性状的杂交实验结果,引导学生尝试应用归纳法概括描述孟德尔的一对相对性状杂交实验结果。

设计意图:学生描述实验结果的过程,既能锻炼语言表达能力,又可以发展提出问题的能力。7对相对性状的杂交实验呈现出有规律的实验现象,很显然不是偶然的巧合,背后蕴含着一定的规律,很自然地从现象过渡到背后规律地探索学习。

4.2.2 提出假说

教师提供融合遗传和颗粒遗传两种孟德尔所处时代存在的观点,让学生根据上面的实验结果,选择支持的观点并阐述理由。并呈现孟德尔为解释实验作出的4点假设,从对宏观现象的描述深入到细胞、分子等微观水平,并用特有的生物学符号进行表征,对实验过程作出遗传图解。

教师将事先准备好的牛奶和葡萄汁混合(模拟融合遗传),让学生观察颜色;将白色和红色卡纸混合,像洗扑克牌一样打乱,询问学生某一张卡纸的颜色(模拟颗粒遗传)。

设计意圖:假说的提出需要大胆的质疑和丰富的想象,还需要有向权威观点提出挑战的勇气,融合遗传不能解释为何子二代会出现性状分离,所以即使他是伟大的生物学家达尔文提出的,在证据确凿的事实面前也是立不住脚的。教师事先不直接告诉学生两种观点的提出者,而是询问学生支持哪一方,并要求学生阐述理由。这样的处理能够让学生明白实验的重要性。

学生无法解释3:1的性状分离比,教师此时直接呈现孟德尔的4点假设,是因为学生学习本节内容时,缺乏细胞学遗传——减数分裂的相关知识作支撑,让学生自己提出是比较困难的,会出现“假学习”现象。第一点解释将看得见的性状与看不见的遗传因子联系起来了。那么,这个遗传因子在细胞中又是怎么存在的呢?教师边讲述边写遗传图解,用生物学特有的符号表征解释宏观事件,从对实验现象的感性认识逐步上升到理性思维。

部分教师在教学过程中会将“减数分裂”一节提前学习,这样的处理或许会让学生更快地理解本节内容,但也会让学生将孟德尔的4点超时代的解释视为“理所当然”,也就不能理解孟德尔在当时对减数分裂和基因一无所知的情况下提出这4点解释有多么伟大。

4.2.3 性状分离比模拟实验

按照教材上的实验步骤操作,每一小组的组长将本组的实验结果汇总,登记到班级电脑事先设置好的表1中。

设计意图:部分学生会将实验关注点集中在不同彩球组合的比例是否符合1:2:1,误认为(DD+Dd):dd=3:1即为孟德尔杂交实验的本质,实际上分离比只是实验现象。这样的误解则是对知识没有真正理解的表现,为消除这样的误解,表格中增添了每个小桶抓取D(红球)和d(绿球)的比例统计。实验中每组给的小球数量不尽相同,但都满足每个小桶内红球和绿球数量相等,这样设计是为了让学生明白“性状分离比的模拟实验”模拟的关键是什么,为何每次抓取的小球还需要放回原桶,DD:Dd:dd=1:2:1是建立在什么基础上的。弄清这些问题后,学生也在慢慢接近分离定律的本质——看得见的性状分离是因为看不见的遗传因子的分离导致的,这才是本实验的核心。

4.2.4 演绎推理一实验验证一得出结论

看不见的遗传因子分离是否可以通过实验证明呢?有了前面的铺垫,教师可以抛出问题:尝试设计杂交实验检测F1产生了两种数量相等的配子,组织学生讨论交流,用符号表征进行演绎推理,随后讲述测交实验,揭示分离定律的本质——性状分离是因为控制相对性状的遗传因子发生了分离。

4.3 总结提升,学以致用

学生总结孟德尔的实验方法,从看得见的宏观现象逐步深入到看不见的微观本质,基本掌握“假说一演绎”这一科学方法。教师播放“走近‘不食人间烟火的孩子”视频,介绍苯丙酮尿症患者,抛出问题:①父母均正常,孩子患病,尝试用今天所学的知识做出解释;②现患儿的母亲再次怀孕,她非常焦虑,腹中胎儿会患病吗?

设计意图:整个教学过程是按照“假说一演绎法”环节设计的,学生最终的总结将各个零散的环节衔接起来。“假说一演绎法”是从精心设计、有良好支持的体验中获得的,有助于学生了解并掌握科学方法。苯丙酮尿症例证的引出则让学生明白遗传规律的学习可以解决生产、生活中的问题,也为后面人类遗传病的预防埋下伏笔。

5 教學反思

初中的学习让学生了解了“分离定律是怎样的”,高中的学习则是进一步理解科学家“怎样发现分离定律的”历程。理解是教育真正的核心目标,围绕大概念设计的预期理解可以引导师生在有限的课堂时间内关注真正重要的内容,以预期理解为依据,设计相应的基本问题,为“理解”提供多元化的指标,并据此选择教学资源、策划教学活动,形成“教”“学”“评”一致的教学方案,实施理解性教学,旨在提升学习迁移能力,最终实现对知识的意义建构。

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)[s].北京:人民教育出版社,2018:16.

[2]王岚,基于深度学习的“基因的分离定律”复习课教学设计[J].生物学教学,2019,44(9):26-27.

[3] 蔡春,用POE教学策略进行“性状分离比的模拟”教学[J].生物学教学,2014,39(4):13-15.

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