构建主动学习情境 培养学生认知能力

【摘 要】结合“学习金字塔”理论，通过对“可遗传变异”专题复习课中四个教学环节的剖析，说明通过主动学习方式有利于培养学生的思维能力、实践能力。

【关键词】可遗传变异;认知能力;高中生物

【中图分类号】G633.91  【文献标志码】A  【文章编号】1005-6009（2019）83-0075-05

【作者简介】蒋选荣，江苏省扬州市新华中学（江苏扬州，225009）教师，正高级教师，江苏省特级教师。

“学习金字塔”理论将学习方式分为被动学习和主动学习。讨论、实践、教授他人三种学习方式是学习效率比较高的方式，学习目标达成率在50%以上，属于主动学习。高中生物课堂教学中对学生认知能力的培养主要体现在三方面：第一是思维能力培养，包括独立思考、信息处理、逻辑推理;第二是操作实践，包括实验、模型制作、概念图绘制等;第三是对思维结果的提炼和加工，包括文字概括、语言描述等。在课堂教学中引导学生运用主动学习方式有助于培养学生的认知水平。高中生物学专题复习课是在新授课学习了特定的教学内容基础上，对生物学知识体系（包括特有的思维方式和探究过程）、科学方法、科学史等进行梳理及提炼过程，也是构建知识网络、进行知识迁移和运用的深度学习的过程。“持久地改进教学方法和学习方法的唯一直接途径，在于把注意集中在严格要求思维、促进思维和检验思维的种种条件上。”[1]现以“三种可遗传变异”专题复习课为例，说明如何通过构建主动学习的教学情境来培养学生的认知能力的课堂教学过程。

一、主动建构知识体系，形成概念

“三种可遗传变异”复习课的一般教学设计是对三种类型的变异进行比较，从定义、类型、发生时期、发生变异的生物种类、意义、对进化的影响等多个维度进行辨析，通常是教师设计表格，学生只需要完成表格内容，教师进行归纳总结。这种教学设计指向性明确，目标易达成，课堂教学操作性强。但也存在思维深度和广度不够，逻辑推理过程不明显，没有主动对知识进行迁移运用的深度学习过程。本节课突破常规教学设计，直接以问题的形式导入，提出的问题是：结合所学知识，尝试对“遗传”“变异”作出解释。要求学生各自独立思考，可以查询教材或其他资料，在笔记本上用文字表述出对“遗传”“变异”的认识，在同组内交流，对“遗传”“变异”的概念进行修正，最终形成统一认识，建构概念，准备在班级交流。围绕问题，学生经历的学习过程如图1所示。

围绕问题，过程①是学生自主学习过程，包含了独立思考、信息加工、逻辑推理等过程，有助于培养学生思维能力。过程②是对思维结果进行提炼加工过程，有利于培养学生文字概括能力。过程③是组内交流过程，学生之间相互讨论，概括提炼过程，有利于培养学生逻辑推理及语言表述能力。过程④是组内达成共识后，对“遗传”“变异”概念修正和建构的过程，有助于培养学生思维及文字概括能力。过程⑤是组外交流过程，是知识运用过程，包括用概念图、模型、图表等形式解释概念的过程，是运用生物学知识的实践过程，有利于培养学生思维、语言表述、动手实践能力等。课堂教学过程的实录如下：

生1：我通过回顾细胞有丝分裂过程、减数分裂过程及相关图形，对比了基因突变、基因重组、染色体变异三种变异类型，对“遗传”的解释是“生物的性状从亲代传递到子代”;对“变异”的解释是“生物亲代和子代之间性状上的差异”。相应“遗传”的例证有“细胞有丝分裂产生的子代细胞形态结构与亲代细胞一致”“孟德尔一对相对性状的遗传实验中，F1代、F2代中部分个体性状与亲代一致的现象”;有关“变异”的例证有“同一细胞的后代经历细胞分化，出现了形态结构、生理功能上的差异”“孟德尔豌豆杂交实验中出现了与亲本不一样的表现型”等。

生2：“遗传”就是亲代将基因传递给子代;“变异”是遗传物质的改变。“遗传”例证是“有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期DNA都复制1次，细胞分裂完成时，亲代细胞DNA平均分配到子代细胞”;“变异”的例证是“DNA复制过程中基因发生突变，配子形成过程中发生基因重组或染色体结构、数目的变化”。

师：同学们能否从分子水平、细胞水平、个體水平对遗传和变异进行阐述？建议大家组内讨论，说出自己的认识，形成共识后组外交流。

生3：我们讨论的结果可以用下面的图解表示（见下页图2）。我们对“遗传”的认识是从分子水平、细胞水平、个体水平三个层面上探讨的，分子水平的遗传是指遗传物质（DNA）从亲代细胞传递到子代细胞;细胞水平的遗传是指细胞通过增殖产生形态结构、功能一致的细胞;个体水平的遗传是指子代个体性状与亲代一致的现象。对“变异”也存在上述三个层面的认识，即分子水平上发生的遗传物质的改变、细胞分化后在形态结构及功能等方面的差异、个体表现型差异。遗传物质的改变是可以遗传的，基于遗传物质改变基础上的细胞水平的差异及个体表现型的差异也是可以遗传的，基于环境影响产生的变异是不能遗传的。

师：从“遗传”和“变异”的本质分析，“遗传”的实质是遗传物质的传递;“变异”的实质是遗传物质的改变，“变异”类型分为“可遗传变异”和“不可遗传变异”两种类型。基于遗传物质变化基础上的“变异”是“可遗传变异”，是遗传物质表达后表现出细胞水平和个体水平相似或差异的现象。例如，基因的选择性表达会导致细胞的差异;原癌基因和抑癌基因突变后，正常细胞癌变成癌细胞;夫妇正常，生出了白化病患者，个体水平性状发生了改变。能否用概念图表示遗传物质和性状之间的关系呢？

学生展示概念图（整理后见图3）。

师：还有哪位同学对该概念图进行修改并说明理由？

学生展示概念图（整理后见图4）。

图4 反映生物多样性的概念图

二、改“归纳总结”为“自主整理”

针对教学环节一中生成的问题“遗传物质变化的类型有哪些”，教师要求学生写出可遗传变异的类型并作出解释，并建议用思维导图或概念图形式展示给大家。教材内容中包含基团突变、基因重组、染色体变异内容，具体知识点内容详细而清晰，由教师“归纳总结”可以使其简洁明了，节省教学时间。但教师的“归纳總结”对学生而言是“被动学习”，缺乏思维和实践经历，学习效率不高。根据佐藤学的见解，一般意义（科学概念）的沟通的语言→“外部语言”“内化”为思维语言→表现学习者的感知含义（自发概念）→结构化的过程，谓之“学习”。[2]“可遗传变异”教学内容并不复杂和深奥，学生可以通过整理教材内容、相互交流等学习方式进行主动学习，有效提高教学效果。教师对学生“自主整理”过程进行引导和帮助，在学生主动学习过程中起着“搭支架”的作用。具体教学实录如下。

生4：我们学习小组绘制了思维导图。（见图5）

图5 可遗传变异类型思维导图

师：请其他同学对展示的思维导图进行补充说明。

生5：三种类型的可遗传变异发生的机制有差异，基因突变是基因内部结构的改变，实质是碱基对的增添、缺少、替换;基因重组主要发生在有性生殖过程，是控制不同性状的基因重新组合，体现在减数分裂过程中非同源染色体上的非等位基因的重新组合;染色体变异涉及基因数量和排列顺序的改变，对生物性状的影响大，通常会导致个体发育不良或在幼龄阶段致死。

师：可遗传变异主要是指分子水平层次遗传物质的变化可能会导致生物性状的变化。通常有丝分裂过程中会发生基因突变、染色体变异;减数分裂过程中会发生基因突变、基因重组、染色体变异。可遗传变异是生物性状改变的内因，遗传物质的改变不一定改变生物性状。例如，隐性突变、突变发生在非蛋白质编码序列、环境对性状的影响等。

三、辩证分析“遗传与变异的联系”

师：结合对前面2个问题的讨论，说明遗传与变异的联系。建议结合遗传与变异的现象、DNA（基因）、染色体结构及功能、减数分裂形成配子的过程等进行分析。

生6：遗传与变异是生物的基本特征，是对立和统一的关系。遗传是变异的基础，变异是在遗传的基础上发生的。遗传使生物性状保持稳定，变异使生物性状发生改变，改变的性状可以遗传，遗传可以使变异得以积累。遗传与变异的作用是使物种既保持稳定，又是物种发生进化的基础。

四、“遗传与变异”的延伸拓展

学生经历了上述三个教学环节后，梳理了基础知识，重新建构了“遗传”“变异”的概念。在此基础上，教师可以“放手”让学生展开思维，列举高中生物学中“遗传与变异”的相关知识。通过对“遗传与变异”相关知识的梳理，学生能主动将碎片化的知识通过“遗传”“变异”联结形成体系，对“遗传”“变异”知识进行迁移运用，从而进行深度学习。具体教学实录如下。

师：回顾高中生物学有哪些与“遗传变异”相关知识。并把他们列举出来。

生7：细胞分裂、基因对性状的控制、基因的表达、细胞的生命历程、生物的进化、人工育种等都与“遗传变异”相关。如：细胞有丝分裂过程中DNA复制后从亲代细胞传递给子代细胞对于生物的遗传有重要意义，DNA复制过程中会发生基因突变，可能导致子代细胞发生变异;减数分裂过程中初级精母（卵母）细胞中单倍性DNA会传递给子代配子，这是遗传。发生非同源染色体上非等位基因的自由组合、同源染色体中非姐妹染色单体的交叉互换是基因重组;在细胞分裂过程中发生染色体结构和数目的变化是染色体变异;个体水平的变异现象有21-三体综合征等遗传病、培育无籽西瓜等育种工作;基因的正确表达体现了遗传现象，基因的转录和翻译过程出现的差错会导致变异现象发生。可遗传变异导致的个体性状改变为生物进化提供了可选择的对象，是进化的原材料。

师：生命现象和规律都与遗传变异有关，细胞代谢、细胞分裂、个体发育等过程都与遗传有关，基因决定了生物性状。遗传物质发生改变，就会导致细胞、个体等性状的改变。人类在研究遗传变异的过程中，逐步将遗传变异的原理用于生产、生活实践中了。请同学们用遗传变异的原理来解决育种中的实际问题。

例题：某种粮食作物矮秆基因为m，抗虫基因为R。现有MMRR、mmrr两个品种，控制两对相对性状的基因位于两对同源染色体上。请运用遗传学原理设计育种方案，获得矮秆抗虫新品种，阐明育种原理。

学生分组讨论后展示方案（整理加工成图6所示）：

生8：方案1属于诱变育种，基本原理是基因突变;方案2属于杂交育种，基本原理是基因重组;方案3是单倍体育种，基本原理是染色体变异。

师：上述3个方案优缺点是什么？

生9：方案1由于基因突变具有不定向性，只有大量处理供实验用材料，才能获得需要的变异类型;方案2需要不断自交和筛选，淘汰基因型为mmRr植株，过程烦琐，技术简单;过程3利用花药进行组织组织培养技术，并诱导单倍体幼苗染色体数加倍，在较短时间内获得纯种，育种通常2年左右时间。单倍体育种的技术比较复杂，通常需要与杂交育种配合才能实现。

师：不同的育种方式都有各自优缺点，每一种育种方式都体现了可遗传变异，通常蕴含了二种以上的可遗传变异类型。例如三种方案中都蕴含了基因重组。

上述教学片段的设计是基于学生在经历了新授课的学习后，对相关生物学知识初步形成概念基础上通过创设问题情境的形式引导学生主动学习的。4个教学环节中问题的设置由浅入深，解决问题的过程包含了科学思维的过程，如对“遗传”“变异”作出解释的过程蕴含了逻辑思维，分析“遗传与变异的联系”过程包含了辩证思维。在教学过程中让学生既“动脑”又“动手”，“动脑”是学生的思维活动，是对知识进行加工、概括、提炼的过程，是语言修饰表述的过程，具体体现在对“遗传”“变异”概念修正和建构，自主整理“可遗传变异”类型，分析“遗传与变异的联系”过程等。“动手”是指实践过程，如设计基因表达的概念图、绘制“可遗传变异”思维导图、提出育种方案等。

上述教学片段的展示仅以说明教学过程是教师通过“教”，引导学生主动“学”，以“教”代“学”是不利于培养学生的认知能力。生物学课程期待学生主动参与学习过程，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程中习得生物学知识，养成理性思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学习的能力。[3]■

【参考文献】

[1]约翰·杜威.民主主义与教育[M].王承绪，译.北京：人民教育出版社，2016：167.

[2]佐藤学.课程与教师[M].钟启泉，译.北京：教育科学出版社，2003：329.

[3]赵占良.试论中学生物学的学科本质[J].中学生物教学，2016（Z1）：4-8.