开展3D教学，提升学生理性思维

梁长余

[摘   要]以两个科学史实例为例，通过3D教学培养学生的问题意识及探究科学真理的理性思维和方法，从而促进学生养成严谨的科学态度和合作精神。

[关键词]3D教学;理性思维; 科学发现史

[中图分类号]    G633.91        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2018）35-0079-02

美国著名的科学史家萨顿说过：“一部科学史，在很大程度上就是一部工具史，这些工具，无论有形或无形，由一系列人物创造出来，以解决他们遇到的某些问题。每种工具和方法都是人类智慧的结晶。” “3D教学”集六十年代初期美国心理学家布鲁纳提出的“发现教学”、美国心理学家苛勒的“领悟说”、苏联教育家赞科夫的“发展性教学理论”于一体，即发现（Discover）、领悟（Digest）、发展（Develop）。高中生物教材蕴含着许多科学发现史的探究性资源，在教学中如果教师能充分利用这一课程资源，并运用3D教学方法，对学生进行科学的思想方法、态度、精神教育，将有助于提高学生的理性思维和科学素养。

一、“遗传规律的发现”3D教学

在日常教学中，教师多是先讲完有丝分裂，紧接着教学减数分裂，这样的教学学生接受起来看似轻松，但却容易遗忘，更不利于学生对知识产生规律的发现、领悟和终身发展。教师可先让学生了解孟德尔所处时代的知识背景，知道前人的融合遗传观点;然后从一对相对性状的豌豆杂交实验开始，以问题串的形式，让学生循着孟德尔的足迹，共同合作“探究”当年的豌豆杂交实验。

发现问题：用纯合亲本高茎豌豆与矮茎豌豆杂交，不论正交还是反交，发现F1全为高茎， 为什么没有矮茎？若依照前人的融合遗传观点，F1应该介于两者之间才对。教师先引导学生发现问题，再循着孟德尔的脚步，进一步让F1自交，发现F2中既有高茎也有矮茎，并且用统计学数据分析发现性状分离比为3∶1，对其他6对相对性状进行杂交实验得到了同样的结果。“为什么F2中又出现了矮茎，且性状分离比总是3∶1呢？”对于学生所提出的一系列问题，教师没有直接给出解释而是继續启发引导：“亲本矮茎性状在F1中未表现，为什么在F2中有表现呢？这三代之间有什么联系？”学生自然想到初中所学的基因。教师随之告诉学生在孟德尔的年代还没有发现基因，孟德尔称之为“遗传因子”。在道尔顿原子理论的影响下，孟德尔果断地摒弃了融合遗传的观点，通过严谨的推理和大胆的想象，提出自己的颗粒遗传假说。那遗传因子有什么特点？又如何传递呢？经过步步引导，学生最终得出了问题的解释，即孟德尔超时代的非凡假说。

【设计意图】引导学生积极思维，通过实验设计让学生提出问题串，培养学生的问题意识，发挥教师的主导作用和学生的主体作用，再由学生解决问题。其中对于3∶1的性状分离比，学生就如同当时的孟德尔，产生了强烈的好奇心和求知欲，最后都知道：这绝不是偶然，而是经过孟德尔连续8年杂交实验的积累、7对相对性状的研究和敏锐的数字头脑，即统计学的运用而得。显然在本课教学中，潜移默化地渗透着情感教育。

孟德尔对分离现象的解释，仅仅建立在一种假说基础之上，他自己也十分清楚这一点。假说毕竟只是假说，不能用来代替真理，要使假说上升为科学真理，单凭其能清楚地解释已有的实验结果是远远不够的，还必须用实验的方法来验证假说。如何操作呢？

首先，演绎推理：若孟德尔的四个解释是正确的，那么让F1与隐性纯合子进行测交，其子代性状比应该为1∶1，到底是否正确？若正确则说明假说成立;反之，则假说不成立。

其次，实验验证：进行测交实验，统计学结果约为1∶1，符合演绎推理结论。

最后，得出结论：在生物的体细胞中，控制同一性状的遗传因子成对存在，不相融合;在形成配子时，成对的遗传因子发生分离，分离后的遗传因子分别进入不同的配子中，随配子遗传给后代。

教师引导学生主动分析思考，演绎推理出测交实验方案，这样不仅可以使学生感受成功的喜悦，更是让学生体验到了孟德尔的严谨思维，好像回到了孟德尔生活的时代，与孟德尔一同进行着验证性实验。

【设计意图】循着科学家的足迹，经历“与孟德尔共同思考和‘实验”，学生不仅感受到了孟德尔坚持不懈的执着精神和敢于创新、勇于实践的科学求实态度，培养了学生提出问题和分析问题的能力，更是让学生领悟到了“假说—演绎法”这一科学的研究方法和科学发展的魅力，对学生今后的研究学习和实验探究能力的提升都具有很好的指导性意义和很大的推动作用。

二、“基因位于染色体上的证据发现”3D教学

在人类对遗传物质的探索过程中，萨顿和摩尔根都做出了杰出的贡献。摩尔根曾经明确表示过不相信孟德尔的遗传理论，对萨顿提出的“基因位于染色体上”的学说更持怀疑态度，认为这是主观的臆测，缺少实验证据，他一直琢磨着设计一个实验，看看遗传与染色体到底有什么关系，基因又是怎么回事。

“如果你是摩尔根，你会怎么设计呢？”基于学生已经学习领悟了假说—演绎法，以此为契机让学生运用这一方法来体验摩尔根的证据发现过程。摩尔根用果蝇作为实验材料进行以下实验：亲本红眼雌果蝇与白眼雄果蝇交配，F1全为红眼，F1雌雄交配得F2，既有红眼又有白眼且数量比为3∶1，白眼全雄。提出问题：如何解释这些现象呢？在摩尔根时代，人们已经发现了性染色体：雄果蝇（XY）、雌果蝇（XX）。由于问题跨度太大，教师再分层设计一系列小问题引导学生进行讨论：（1）根据果蝇杂交实验，如何判断果蝇的显隐性？（2）果蝇的白眼性状遗传有什么特点？是否与性别有关？（3）如果控制果蝇眼色的基因用字母W表示，而且位于X染色体上，你能用基因W和X染色体写出摩尔根的果蝇杂交实验遗传图解吗？

学生的思维被重新激活，问题迎刃而解。那么，摩尔根是否马上就肯定了萨顿的假说了呢？学生又设计了测交实验进行了验证，最后教师呈现了摩尔根的实验，并将其与学生设计的实验进行对比，给予学生充分的肯定。

【设计意图】依据摩尔根实验引导学生发现问题，并进行分析和推理，从中领悟遗传学的规律，这样既培养了学生的洞察力、问题意识和简约、严密的思维品质，又发展了学生的科学探究能力和实验设计能力。

总之，3D教学不是刻板的“1、2、3”，而是一种教学理念，其结构可以视学生、教学内容而灵活处理，如发现问题可以在先，领悟规律在后;技能发展先行，归纳思维发展随后。萧伯纳曾说过：“我们所期望看到的是主动追求知识的儿童，而不是受制于知识的儿童。”课堂教学中的学习并不是基于知识的传递与解释的理解与习得，而是学生借助知识的运用，展开思考与探究的活动，进而发展多方面能力。

（责任编辑 黄春香）