生物学教学中设计有效问题的策略

顾明辉

摘 要:“有效教学”是寻求教学效益的活动,是关注学生成功的活动。在有效教学中,设计有效问题是关键所在。因此,在新课程改革的要求下,如何设计提出高质量的问题已成为教学中极为重要的一个方面。在生物教学中,教师要通过提出问题、创设新异的教学情境来培养学生的创造思维。

关键词:有效教学;问题设计;教学策略

“学起于思,思源于疑。”思维总是从解决问题开始的。国家生物课程标准研制组核心成员赵占良老师在接受人教网生物栏目记者的提问时指出:“探究发端于问题,在课堂上教师能否提出有效的问题,能否引导学生发现问题、提出问题是一节课成败的关键,在一定程度上关系到课程改革的成败。”教学中由提出问题到解决问题是训练思维的基本过程。在教学设计中,最重要的是教师如何设计出有效的问题。

一、围绕核心知识设计有效问题

围绕核心概念和核心知识设计有效的问题是教学设计中的核心部分,这些概念和知识对理解掌握教学内容起关键的作用。设计问题时,通常需要利用学生熟悉和感兴趣的材料来创设情境。

以《基因突变》一节为例。这节课中,“基因突变”的概念是理解掌握全部内容的关键,因此被确定为本节的核心概念,这节课的问题就应该围绕“基因突变的概念和特点”来设计。为了让学生更好地理解基因突变这个概念,可以这样进行教学设计:教师投影自拍的花色变异照片,引入基因突变的话题,同时让学生在学校的“三叶草”草坪中寻找“四叶草”,因为在西方的传统故事里,四叶草代表着“幸运”。接着提出问题:为什么会出现花色的变异?三叶坪中出现“四叶草”的原因是什么?

为了让学生理解DNA复制的时候可能出现差错,教学中可设计这样的情节:让小学生抄书,原句为“小陈老师喜欢钓鱼”,结果学生抄写时出现了以下错误:①小陈老师喜欢钩鱼。②小陈老师喜欢鱼。③小陈老师喜欢钓小鱼。抄书出错学生可能都遇到过,贴近学生的生活,可以引起学生的学习兴趣,进而再让学生思考:假如在DNA分子的复制过程中,发生了类似的错误,DNA携带的遗传信息将会发生怎样的变化?可能对生物体产生什么影响?从而导入“基因突变”的课题。在新授课中,老师提供一个具体基因突变的实例:利用多媒体展示正常红细胞与镰刀型红细胞的形状,让学生先比较正常和异常红细胞的形态,进而比较正常和异常的血红蛋白的一条链的一个片断,让学生先有一个感性认识,再让学生根据已有的知识推测蛋白质改变是由于mRNA上的密码子改变,密码子改变是由于DNA上的碱基发生改变。教学的具体流程为:学生看投影,总结两种红细胞在形态上存在着哪些差异,讨论其不同的原因是什么?学生自由讨论交流,对其原因提出了几种不同的意见:①红细胞形状的不同是由于血红蛋白的结构不同。②红细胞形状的不同可能是由于构成血红蛋白的氨基酸种类、排列顺序、蛋白质的空间结构的不同等原因引起。③红细胞的形状不同根本原因是由于控制合成血红蛋白的基因发生了改变。然后老师用多媒体展示正常红细胞血红蛋白和镰刀型红细胞血红蛋白中的部分氨基酸的排列顺序:

缬氨酸-组氨酸-亮氨酸-苏氨酸-脯氨酸-谷氨酸-谷氨酸-赖氨酸…………正常

缬氨酸-组氨酸-亮氨酸-苏氨酸-脯氨酸-缬氨酸-谷氨酸-赖氨酸…………异常

让学生比较讨论在图中哪一个氨基酸发生了改变,学生通过观察比较,找出正常血红蛋白与镰刀型红细胞的血红蛋白结构中氨基酸的排列顺序。

让学生查阅密码子表,完成镰刀型细胞贫血症病因分析图解,并按图解说明镰刀型细胞贫血症的病因,想一想它能否遗传?如何遗传?

当血红蛋白基因的(CTT/GAA)→突变(CTC/GAG) ,编码的氨基酸是否发生改变?你认为密码子的兼并对生物的生存发展有什么意义?对上述问题的分析,主要是让学生领悟到碱基对的替换可以导致基因结构发生改变,通常会引起一定的表现型变化,但并非一旦发生了这类碱基对的替换,就一定能引起表现型的改变。在此基础上,继续探讨碱基对的缺失或增加——血红蛋白α链基因的信息链移码突变正常血红蛋白a链从137~141位氨基酸序列及密码子序列为:

密码子顺序:ACC UCC AAA UAC CGU UAA

氨基酸顺序:苏氨酸 丝氨酸 赖氨酸 酪氨酸 精氨酸 终止

老师提出以下3个问题:①当a链基因的信息链缺失1个碱基C,使信使RNA单链上为丝氨酸编码的第3个碱基C缺失,翻译成的氨基酸序列将如何变化?②假若α链基因的信息链缺失3个碱基,使信使RNA单链上为丝氨酸编码的3个碱基都缺失,翻译成的氨基酸序列将如何变化?这种变化与缺失1个碱基相比,哪种对蛋白质结构的影响较大?③想一想,如果在α链基因的信息链某一位点上增添1个碱基,对氨基酸的序列将有什么影响?如果增加2个或3个,情况又会怎样?哪种情况对蛋白质的结构影响较小?

归纳概括DNA分子中的碱基对发生哪些变化会引起基因发生突变?基因突变的实质是什么?提出上述问题,目的是促使学生归纳和概括,以把握基因突变的实质或内涵在于基因结构的改变,领会基因突变包括碱基对的增添、缺失或替换。

在设计教学时必须安排足够的时间,引导学生围绕核心知识进行思考、探究、讨论,教师最后进行点评总结,而对于一些只需要记忆的零散的、事实性的知识则可以适当加快教学速度。

二、针对不同的知识设计有效问题

按照高中生物课程标准,高中生物学知识分为基本事实、概念、原理和规律等,不同的知识有不同的要求,设计问题的方法也有规律可循。

(1)对于“基本事实”类的,要求学生理解记忆的,可以设计问题引导学生关注熟悉的事物和现象,帮助记忆。例如,在教“高倍显微镜的使用步骤和要求”时,为考查和帮助学生回忆初中知识,并将其与实际操作结合起来,可设置以下问题:①低倍镜和高倍镜相比哪种视野更大?更明亮?为什么?②为什么要先用低倍镜观察清楚后把要放大的物像移至到视野的中央,再换高倍镜观察?③用转换器转过高倍镜后,再转动粗准焦螺旋行不行?在此基础上,师生共同归纳总结出高倍显微镜的使用步骤和要求。

(2)对于“概念”类的,可以设计关于概念的内涵、外延、变式、举例、应用等方面的问题。例如酶的概念。酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物。可以让学生自己找出这句话中的3个要点:活细胞、催化作用、有机物,这是酶的概念的内涵,是酶的本质特征,然后引导学生抓住3个要点进行举例分析。学生会提出没有细胞结构的病毒就不能产生酶;在生物体外酶能发挥作用,如唾液淀粉酶的催化实验在试管里也能顺利进行等现象,说明学生已经了解了酶的概念的外延,说明教师起到了“引导者”的作用。

(3)对于“原理”类的,可以重点提问对原理的理解、应用、相关现象和实例等问题。例如,对于“细胞呼吸”这一原理,可以设计以下问题:①根据细胞呼吸原理,手指受伤时,选择包扎的消毒纱布在透气性上有什么要求?②贮存干种子时,为什么要做到“三低”,即低温、低氧(避免无氧呼吸产生酒精)、低水?蔬菜和水果长时间储藏、保鲜为什么要低温、低氧、湿度适中?③为什么温室内栽培的作物,夜间要降低温度?④无土栽培时在培养液中为什么要通入氧气?⑤为什么要提倡有氧运动,如步行、慢跑、游泳、骑自行车、打太极拳、做韵律操等?⑥在人工种植的密林中,适度砍伐为什么有利于提高木材产量?

(4)对于“规律”类的,可以设计相关实验、推理过程、规律的内涵、适用范围、应用等问题。以遗传密码的发现为例说明。①提出问题。在中心法则建立过程中,科学家遇到这样一个问题:mRNA上的4种碱基是怎样决定蛋白质中20种氨基酸的?②猜想假设。1954年有人将这个问题和通讯技术中的密码相类比,提出遗传密码设想。③推测论证。让学生思考:如果1个碱基决定1个氨基酸,那么4种碱基只能决定几种氨基酸?如果2个碱基决定1个氨基酸,最多只能决定多少种氨基酸?如果每3个连续的碱基决定1个氨基酸,即3个碱基组成一个密码子,则能决定多少种氨基酸?④实验检验。1961年克里克等设计并进行了实验,用野生型大肠杆菌噬菌体T4作材料,进行诱变处理,从而产生碱基移码突变。当核酸链上额外插入1个碱基时,会使插入点以后的所有密码都发生改变,则合成的蛋白质氨基酸顺序也从这一点全部改变,产生突变效应。请学生思考:假如密码子的确是由3个碱基组成的,则可以预期:加入或减少1或2个碱基是否会引起移码突变?而加入或减少3个碱基会是怎样的结果?⑤总结规律。密码子由3个碱基组成,即mRNA上每3个碱基决定1个氨基酸。

三、提高问题有效性的策略

1.注意问题要设在模糊知识点上

课本中有许多难以辨明的知识点,如果没有特意提出来,学生课后就很难掌握。所以,教师应在这些模糊知识点里设计问题,让学生思考,在寻找答案中辨明是非、总结规律。如:为了区分细胞液、细胞内液、组织液等概念,可以提问:①植物细胞液泡内的水状液体叫什么?主要成分是什么?②什么是细胞内液?血红蛋白是细胞内液的成分还是细胞外液的成分?③什么是细胞外液?细胞外液是否就是指组织液?唾液、胃液、尿液是否属于细胞外液?此外,还有血浆与血清、生长素和生长激素、极体与极核的区分等等,如果教师能在这些知识点上巧妙地创设问题,就能使学生掌握如何鉴别问题并找出有规律的、科学的学习方法。

2.注意问题的针对性

教学中问题的提出要注意把握火候,要根据教学内容、特点、进程选择最佳时机设置适当的疑点,要有针对性。在上课开始时,学生的思维由平静趋向活跃的状态,应多提一些承前启后的回忆性问题,为新知识做一些铺垫,有利于过渡到新课堂;也可以结合生活实际,设置悬念,激发学生的学习兴趣、欲望,集中学生的注意力。例如:在《基因突变》一课开始时,一位教师结合班级近视高发病率情况,提出了一系列问题:“你什么时候得近视的?你的爸妈近视吗?”在得到否定的回答后,又问:“你的近视是怎么造成的呢?”有些学生回答说是学习、上网造成的。又问:“假如你长大成家后,你的子女会近视吗?”这就是我们今天要学习的内容。通过一组问题的问与答既激发了兴趣,又自然地导入了新课。当学生的思维处于高度活跃状态时,可以多提一些说明性、分析性、探究性和评价性的问题。例如:在《生物的进化》一课中,学习了达尔文的自然选择学说的中心内容后,提出:“在夏天,蚊子很多,开始时我们用杀虫剂,效果很好,但是,到夏末时,杀虫效果怎么就不理想了呢?”这样有助于分析和理解、应用所学知识的内容,进一步强化兴趣、维持积极的思维状态。当学生的思维处于由高潮转入低潮时,可以多提一些强调性、巩固性、放松性、幽默性的问题。例如:在学了变异相关知识后,可以提问:“两个同卵双胞胎小孩从小分开,一个寄养在富裕家庭,另一个寄养在贫穷家庭中,15年后他们哪些性状可能相同,哪些性状可能不相同?”这样可以营造出轻松、活跃的氛围,提高学习效果。

3.注意问题的启发性

启发性是教学的一个基本原则,要求教师在设计问题时必须重视调动和发挥学生的主体作用,诱发引导学生展开积极的思维活动,力求使学生学得生动、积极,达到启迪智慧、提高能力的目的。例如:“蚯蚓是怎样通过体表呼吸的?”这一问可改为“为什么下雨后蚯蚓会大量爬出洞穴?”这两个问题本质上是一样的,但前者易导致死记硬背,后者在联系实际中让学生活用知识,效果自然就好得多。又如:对课本“噬菌体侵染细菌的实验”这一经典实验的学习,在分析完课本实验并得出结论后,可进一步设计如下问题启发学生思考:用32P 标记的噬菌体侵染大肠杆菌,在理论上清液中不含放射性,下层沉淀物中具有很高的放射性;而实验的实际最终结果显示:在离心的上层液体中,也具有一定的放射性,而下层的放射性强度比理论值略低。①在理论上上层液放射性应该为0,其原因是什么?②实验数据和理论数据之间存在误差,对实验过程进行误差分析,找出可能的原因。在学生思考后,再进一步引导学生分析:在实验中,从噬菌体和大肠杆菌混合培养,到用离心机分离,这一段时间如果过长会使上层液的放射性含量如何变化?其原因是什么?在实验中如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内,是否是误差的来源呢?为什么?这个经典实验的过程和理论结果,课本上都有。但实验的理论结果和实验结果是否一致,学生很少能留意思考,教材上也没有明确的答案。经过教师的设疑,变成了一个非常有思考价值的问题,对学生的学习和思维有很大的启迪作用。

4.设计问题的难度应该有梯度

“学习的任务必须适应学生的需要,切合他们的知识与能力准备,既不能过深而够不着,又不能由于缺乏挑战性、新颖性而使学习者感到乏味或疲惫。”使不同层次的学生基于所学内容经过努力能够回答,真正体现出“面向全体学生”的课程理念。

例如:在执教高中生物必修2《遗传与进化》第2章第3节《伴性遗传》这一节内容时,为了使学生能够自主探究出人类红绿色盲(以人教版教材提供的家系图作为探究对象)的遗传特点,将教学内容转化成了层层递进的问题,供学生自主探究。

问题1:家系中患病者的性别是什么?色盲遗传与什么有关?

问题2:Ⅰ代中的1号是色盲患者,其致病基因传给了Ⅱ代中的几号?

问题3:Ⅰ代中的1号是否将自己的色盲基因传给了Ⅱ代2号?红绿色盲基因位于什么染色体上?

问题4:为什么Ⅱ代3号和5号有色盲基因而没有表现出色盲?

问题5:从图中看出,只有男性才表现为红绿色盲,是否一定只有男性才患色盲?为什么?

问题6:人类红绿色盲的遗传规律是什么?

在学生探究出人类红绿色盲的遗传特点后,再给出抗VD佝偻病的家系,让学生自行提出问题并进行探究,结果发现绝大多数学生都能提出与老师给出的问题相类似的问题进行探究,并得出了正确的结论。

总之,在生物课教学中,可通过设计有效教学问题,引导学生有效学习。正确运用设计有效问题的策略,有助于积极开展教与学的双边活动,有助于提高课堂教学效果,从而顺利实现课堂教学目标。

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