按照知识的逻辑组织教学，促进学生逻辑思维的发展

陈侠

摘 要 以“基因在染色体上”教学课题为例，阐述了教学实践中存在的普遍问题，并就如何根据知识的内在逻辑关系组织教学内容和学习活动进行了探索和实践改进，有效促进了学生逻辑思维的训练，充分体现了本部分内容的教育价值。

关键词 知识形态 知识逻辑 逻辑思维

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

逻辑思维是人们根据概念、判断、推理等思维形式能动地反应客观现实的认识过程。通过逻辑思维，能够深入认识事物的本质和规律，发现事物之间的内在联系。逻辑思维对高中学生的学习和思维的发展具有极其重要的意义。逻辑思维的训练依赖于具有逻辑关系的学习内容，教材中蕴含着丰富的训练逻辑思维的资源，但需要教师进行二次开发与整合。

1 课堂教学中的逻辑缺失现象及原因

笔者最近听过几位教师讲“基因在染色体上”，总觉得蜻蜓点水，错失了经典教学内容的教育价值。虽然他们多样化的教学设计基本体现了教材的编写思路，但存在共性问题：① 教师没有让学生经历提出假设的分析推理过程，把萨顿假说和摩尔根假说简单地强加给学生；②过于简化假说的验证和分析，对摩尔根的果蝇杂交实验分析过于浅表，照本宣科，甚至讲错。例如一位教师直截了当地组织学生分组讨论：“你能设计一个实验证明萨顿假说吗？”学生的沉默让教师接着搭建台阶：“如果将某种性状与性别联系起来呢？”学生继续的沉默逼迫教师呈现“真实”材料：“为了证明这个假设，摩尔根就做了……实验，请大家分析……”下课了，学生一脸茫然走出教室。反馈表明，学生既不能提供充分证据对“基因在染色体上”这一事实做出科学的解释，也没有体验真正意义上的逻辑思维过程。出现这些问题的根本原因是教师对原始形态的学科知识的忽视或者严重缺失，只能顺序地将教材内容在课堂串联起来。

2 理清教学内容的逻辑，是训练学生逻辑思维的前提

通常情况下，教材的正文内容大多是学术形态的知识，省略了知识产生的背景和过程。教师需要根据知识的内在逻辑对教学内容进行再次开发和整合，理清知识的内在逻辑关系，使其符合学生的认知规律。

例如，普通高中生物课程标准实验教科书人教版必修2“基因在染色体上”教学内容，是围绕染色体学说的建立、完善和应用组织教学内容的（图1）。

从知识学习层面上，该内容非常有助于学生将孟德尔的遗传定律和减数分裂有机地整合在一起，促进常染色体遗传和伴性遗传规律的理解和综合应用；从能力培养和科学方法训练层面上，该内容突出地体现了自然科学的特点，即结论背后的观察、实验、分析、推理、验证的逻辑思维程序，对训练学生的逻辑思维是不可多得的学习材料，而且有助于学生认识科学知识形成、发展和完善以致应用的过程。然而教材在呈现内容时，首先直接介绍了萨顿提出假说的过程，后面对摩尔根假设的提出以及测交实验的介绍都过于简化，如果教师照本宣科地简单告知，将导致学生机械学习，模糊理解。而这些内容恰恰是训练学生逻辑思维、体现探究过程严密逻辑性的绝好材料，值得深入研究和实践。

知识的构建和思维的发展需要建立在学习主体的认知过程中，是别人替代不了的。完全经历真实过程不可能，至少一个缩略的过程是必须的，这个缩略的过程就是教师根据原始形态的知识，按照学生的认知规律转化成教育形态的知识的学习和探究过程。为了训练学生思维的逻辑性，教师有必要澄清教材中隐含的、对探究过程具有重要作用的关键问题。例如，摩尔根的果蝇杂交实验与萨顿假说有什么关系？摩尔根在什么情境下提出“白眼基因位于X染色体上，Y染色体没有等位基因”？测交实验是怎样充分证明“白眼基因在X染色体上”这一假设成立的？果蝇眼色的测交实验与孟德尔豌豆测交实验结果有何不同？在相同的情景下学生会怎样思考，教师需要为学生提供怎样的思考空间？

3 按照内容的逻辑组织学习和探究，是有效训练学生逻辑思维的保障

本节内容中，染色体学说的建立过程（假设的提出和验证）是训练学生逻辑思维的核心内容和关键环节。

3.1 激活学生已有知识，尝试提出自己的假设

3.1.1 复习基因和染色体的传递规律，激活认知基础

学生已经学过了基因的传递规律和减数分裂中染色体的传递规律，教师引导学生分别用简图表示含有一对遗传因子、两对遗传因子的细胞产生的配子类型，以及一对同源染色体、两对同源染色体的细胞产生的配子类型。这是学生分析推理的基础。

3.1.2 客观推理，提出假设

根据直观的简图，教师启发学生思考：“比较图中基因和染色体的传递规律，你有什么发现？对基因和染色体的关系可以做出怎样的推理？”实践证明，学生并不能快速地提出基因在染色体上。比如字母的意义究竟是什么，字母与染色体究竟有什么关系，学生没有清晰的认识。但是学生还是很容易发现图中基因和染色体在传递过程中的平行关系，自然地会想到二者存在必然的联系。究竟是什么关系？理论上存在三种可能：基因就是染色体；基因在染色体上；染色体在基因上。在课堂教学中，教师切忌将萨顿假说简单地强加给学生。

3.1.3 理性思考，聚焦假设

充分假设可以发展学生的发散思维，但是对多个假设进一步分析，聚焦最大的可能性也是提升学生综合运用所学知识分析解决问题能力的重要环节。教师在组织学生独立思考的基础上，讨论交流：“以上三种假设究竟哪一种可能性最大？你能提供哪些事实依据？”综合学生的反馈进行小结：① 从数量关系看，一种生物已知的基因数量要远远多于染色体数量。例如，人类细胞核有46条染色体，但是已知的基因数量达2万多个。② 从大小看，光学显微镜下已经观察过染色体的形态和数目，但不能看到特定的基因，这说明基因可能以某种形式存在于特定的结构上。③ 从对基因的特定操作来看，将某个基因整合到异种生物的染色体上，该生物会表现出特定基因控制的性状。这些事实依据是聚焦基因在染色体上这一假设的基础，也是分析解决问题的工具，这个过程体现了所学知识的应用价值。

3.2 还原实验和思考的过程材料，为验证假设提供依据

3.2.1 分析摩尔根果蝇杂交实验，发现新问题

生物学发展的历史中，究竟是怎样证明基因在染色体上的？这是很多科学家执着地研究和思维碰撞的过程。教师呈现遗传学家摩尔根的实验材料及杂交实验图解，引导学生观察和思考，分析该杂交实验的过程和结果。学生能够得出果蝇的红眼和白眼性状由一对等位基因控制，符合基因的分离定律；同时也会发现问题——白眼性状为什么只出现在雄性个体中。

3.2.2 补充必要的实验，为学生做出“白眼基因在X染色体上”的假设提供依据

按照目前的知识储备，学生没有能力对“白眼性状只出现在雄性个体中”做出合理的解释，需要新的假设。提出新假设需要新情景，因此果蝇体细胞中的染色体图解及其与性别决定的关系是提出新假设的基础。但在教学实践中发现，尽管有果蝇杂交实验结果及果蝇染色体图解，对于多数学生而言，要提出“控制白眼的基因位于X染色体上，Y染色体上不含其等位基因”的假设仍然很困难，基本上还是以教师的讲解告知。事实上，教材中有这样的描述：“由于白眼的遗传和性别相联系，而且与X染色体的遗传相似，于是，摩尔根及其同事设想……”这说明摩尔根做出相应的假设也并非轻而易举，而是在大量的实验基础上，同事间思维碰撞的智慧结晶。“白眼性状的遗传与X染色体的遗传相似”是提出新假设的关键，因此很有必要补充相关的背景资料，还原学生思维的空间。

① 教师呈现果蝇染色体图解，感知性染色体传递规律的研究结果：已知果蝇性别决定方式，雌果蝇有两条X染色体，雄果蝇有XY染色体。雄性后代从母本得到一条X染色体，从父本得到一条Y染色体；雌性后代分别从亲本各得到一条X染色体（图2）。

② 补充介绍摩尔根的关键实验，感知果蝇眼色遗传的规律。摩尔根及其同事在后续大量的果蝇杂交实验中，发现了如图3所示的实验结果。教师组织学生分析：后代果蝇的性状表现有什么规律？

③ 比较、分析、归纳，做出假设，启发学生思考：“比较性染色体的传递规律（图2）和果蝇眼色性状的传递规律（图3），有什么发现？”通过观察和分析，学生不难发现，雄性后代从母本得到白眼性状的遗传规律与雄性个体从母本获得X染色体的遗传规律非常相似，因此提出假设：“控制白眼性状的基因很可能在X染色体上，Y染色体没有其等位基因”。这样的假设才是有根基的假设，才符合学生的思维特点。

3.2.3 充分讨论测交的正反交实验，得出科学结论

利用假设很容易解释上面的两个杂交实验结果，关键是怎样设计实验验证假设。这里，测交有两种不同的方案，一种是白眼雌蝇与F1红眼雄蝇杂交（图4），一种是白眼雄蝇与F1红眼雌蝇杂交（图5），即正交和反交。这两个测交实验的结果是不同的。只有第一种方案与摩尔根的实验结果相符合。学生通过分析测交的正交和反交结果的不同，并与孟德尔的豌豆测交实验正交和反交结果相比较，才能真正将白眼基因定位在在X染色体上而非常染色体上，进一步深入理解孟德尔设计正交和反交实验的用意，体验科学研究方法的严密逻辑。

4 梳理思维过程，形成思维框架，促进逻辑思维习惯的形成

思维品质和思维习惯的形成是潜移默化的过程，在质疑、探究的基础上要重视问题解决过程的梳理。组织学生对学习过程进行归纳小结（图6），既是知识结构化的过程，又能促进思维过程和思维方式的沉淀，强化逻辑思维习惯的形成。

生物学科属于自然科学，属于理科，理性客观是其基本特征之一，理科就要进行严密地逻辑推理。实践表明，这样的设计不但让学生真正地认可了基因位于染色体上，而且深度训练了学生的逻辑思维过程，充分体现了本部分内容的过程和方法教育价值。

参考文献

[1] 刘祖洞.遗传学[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2] 王永胜.生物学核心概念的发展[M].北京：人民教育出版社，2007.

[3] 卢惠霖译.基因论[M].北京：北京大学出版社，2007.