培养科学论证能力的高中生物学单元整体教学实践

许婷

“科学即论证”，论证式教学注重证据和逻辑，在捍卫和反驳主张的过程中，将思维显性化。在和谐积极的讨论氛围中进行思维共享和交锋，反思和修正对概念的理解，不断将思维的逻辑性和严密性推向极致，最终达成概念的深度理解。高中生生物学课堂可通过论证式教学的策略培养学生科学思维。

单元是由若干节具有内在联系的课时组成的一个教学单位，是若干有关联的学习内容的集合，是落实核心素养的基本单位。可以由同一章节内的连续性教材内容统整成主题类单元，也可以由跨章节的非连续性教材内容重构成专题类单元。本文尝试在高中生物学教学中聚焦大概念进行《基因的表达》主题类单元整体教学实践。

一、单元整体教学的大概念分解

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》提出了“大概念—重要概念—次位概念”三级概念体系，指出教师应围绕生物学大概念组织并开展教学活动，单元设计也应围绕大概念和重要概念展开，以发展学生生物学核心素养。表观遗传概念是2019年人教版高中生物学教材第4章第2节的内容，其所在的三级概念体系如图1所示。笔者尝试整合“基因指导蛋白质的合成，性状主要通过蛋白质表现”和“碱基序列不变但表型改变的表观遗传”两个次位概念，共4个课时进行《基因的表达》单元整体教学。本文重点阐述第4课时表观遗传概念的建构过程。

二、单元整体教学的论证建模过程

学生通过第3章的学习，对基因的结构、复制等有了分子水平上的了解，通过第4章的第1、2课时了解了基因表达的途径，通过第3课时内容了解了基因通过其表达产物——蛋白质来控制性状，初步建立了基因与性状的关系，以此建构论证雏形（图2虚线部分），进而针对主张提出问题作为反驳，留出“？”进行概念引入;以DNA的甲基化为例，用科学论证过程完成表观遗传概念的建构;再通过回填课首模型里的“？”，前后呼应，形成逻辑闭环，促进概念运用，加深概念理解;最后以绘制概念图进行概念评价。

1. 概念引入——建构模型，激疑导课

以第3课时的内容建构论证雏形（图2虚线部分），提出问题：基因相同的两个个体如同卵双胞胎之间有没有可能存在可遗传的性状差异？如果有，则需要对主张提出何种限定条件并完善主张？激发疑问，使学生产生好奇心，由反驳和限定引入表观遗传的学习。

2. 概念建构——探究模型，科学论证

阅读教材资料：图示两株柳穿鱼，花型不同，其他方面基本相同。柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。

师：从基因的碱基序列和表型来看，可以提出什么主张？

生：植株A和植株B的Lcyc基因碱基序列相同，但表型不同。植株B的Lcyc基因的多个碱基被甲基化，导致Lcyc基因不表达，使其性状发生改变。

师：为什么多个碱基被甲基化会导致基因不表达？

补充：DNA甲基化多发生于胞嘧啶的第5位碳原子上，形成5-甲基胞嘧啶（5mC）。DNA甲基化与基因沉默有关，5mC常发生于CpG二核苷酸中，能够结合甲基化的CpG二核苷酸的蛋白质称作甲基化CpG结合蛋白，它们能够将抑制因子募集到发生甲基化的启动子区域，从而引起基因转录的沉默。

教师展示CpG二核苷酸物理模型，用长尾夹夹住胞嘧啶的第5位碳原子，以示甲基化位点和甲基化CpG结合蛋白的结合位点，学生组装、认识模型，获得直观感受。

生：Lcyc基因的部分CpG二核苷酸中，胞嘧啶的第5位碳原子被甲基化，甲基化CpG结合蛋白与之结合，影响转录，导致Lcyc基因不表达，使柳穿鱼花型发生改变。

师：F1的花为什么与植株A的相似？ F2中为什么有些植株的花与植株B的相似？

生：植株A的Lcyc基因能够表达，表现为显性;植株B的Lcyc基因表达受抑制，表现为隐性。同时含有这两个基因的F1中，F1的花与植株A的相似。F1自交后，F2中有少部分植株含有两个来自植株B的Lcyc基因，基因表达受到抑制，这部分植株的花与植株B的相似。因此，植株A和植株B的Lcyc基因碱基序列相同，由于DNA的甲基化，基因表达和表型发生了可遗传变化（图略）。

组织学生阅读教材资料，然后师生定义概念：表观遗传是生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象。除DNA甲基化外，还有组蛋白甲基化、乙酰化等修飾也会影响基因的表达。

3. 概念运用——回填模型，首尾呼应

重新展示课堂开始时提出的“基因表达与性状的关系”论证模型，学生思考并填空“？”处。结合整节课所学内容，学生在“？”处填写“限定：表观遗传”“完善主张：基因通过其表达产物——蛋白质来控制性状，细胞内的基因表达与否以及表达水平的高低都是受到调控的”。

通过图2回填后最终完善的论证模型，使学生了解基因与性状之间的非线性关系，认识到生物体的性状是由遗传物质和作用于遗传物质的表观遗传调控机制等因素共同决定的。认同生物学中因果关系的复杂性，摈弃简单机械的线性决定论的思维模式，尝试对复杂事物进行多角度、多因素的分析，从复杂性、非线性和整体性的角度思考生命，帮助学生形成系统观、信息与调控观。

4. 概念进阶——绘制概念图，生成大概念

孤立的生物学概念陈述的教学价值有限，单元整体教学注重在概念体系中理解概念，在赋予概念更丰富的意义。让学生自主绘制概念网络图（图略），引导学生思考表观遗传概念在概念网络中的位置和意义，横向理解其与其他次位概念的关系，纵向理解表观遗传概念进阶形成重要概念、大概念过程。

三、实践反思

大概念是统摄性最高、解释力最强的上位概念，是知识背后的知识，大概念有效组织起重要概念和次位概念，是天然的单元“黏合剂”。聚焦生物学大概念的单元整体教学应注重单元整体与独立课时之间的关系，教师既要教会学生使用“望远镜”，向外扩展，从大概念的角度注重单元内4个课时之间的内在联系，在概念体系中理解表观遗传概念以与其他概念之间的关系;也要教会学生使用“放大镜”，向内深挖，通过契合本节课内容的论证式教学方式进行深度学习，在建构概念的过程中培养论证等科学思维，学会用生物学的复杂性、非线性思维审视生物学现象，形成系统观、信息与调控观等生命观念。

注：本文系广东省教育科学规划2021年度中小学教师教育科研能力提升计划重点项目“聚焦生物学大概念的单元整体教学模式研究”（课题编号：2021ZQJK030）的研究成果。