陳俠

摘 要 以“基因在染色體上”教學(xué)課題為例，闡述了教學(xué)實(shí)踐中存在的普遍問題，并就如何根據(jù)知識(shí)的內(nèi)在邏輯關(guān)系組織教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行了探索和實(shí)踐改進(jìn)，有效促進(jìn)了學(xué)生邏輯思維的訓(xùn)練，充分體現(xiàn)了本部分內(nèi)容的教育價(jià)值。

關(guān)鍵詞 知識(shí)形態(tài) 知識(shí)邏輯 邏輯思維

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

邏輯思維是人們根據(jù)概念、判斷、推理等思維形式能動(dòng)地反應(yīng)客觀現(xiàn)實(shí)的認(rèn)識(shí)過程。通過邏輯思維，能夠深入認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)和規(guī)律，發(fā)現(xiàn)事物之間的內(nèi)在聯(lián)系。邏輯思維對(duì)高中學(xué)生的學(xué)習(xí)和思維的發(fā)展具有極其重要的意義。邏輯思維的訓(xùn)練依賴于具有邏輯關(guān)系的學(xué)習(xí)內(nèi)容，教材中蘊(yùn)含著豐富的訓(xùn)練邏輯思維的資源，但需要教師進(jìn)行二次開發(fā)與整合。

1 課堂教學(xué)中的邏輯缺失現(xiàn)象及原因

筆者最近聽過幾位教師講“基因在染色體上”，總覺得蜻蜓點(diǎn)水，錯(cuò)失了經(jīng)典教學(xué)內(nèi)容的教育價(jià)值。雖然他們多樣化的教學(xué)設(shè)計(jì)基本體現(xiàn)了教材的編寫思路，但存在共性問題：① 教師沒有讓學(xué)生經(jīng)歷提出假設(shè)的分析推理過程，把薩頓假說和摩爾根假說簡單地強(qiáng)加給學(xué)生；②過于簡化假說的驗(yàn)證和分析，對(duì)摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)分析過于淺表，照本宣科，甚至講錯(cuò)。例如一位教師直截了當(dāng)?shù)亟M織學(xué)生分組討論：“你能設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明薩頓假說嗎？”學(xué)生的沉默讓教師接著搭建臺(tái)階：“如果將某種性狀與性別聯(lián)系起來呢？”學(xué)生繼續(xù)的沉默逼迫教師呈現(xiàn)“真實(shí)”材料：“為了證明這個(gè)假設(shè)，摩爾根就做了……實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)大家分析……”下課了，學(xué)生一臉茫然走出教室。反饋表明，學(xué)生既不能提供充分證據(jù)對(duì)“基因在染色體上”這一事實(shí)做出科學(xué)的解釋，也沒有體驗(yàn)真正意義上的邏輯思維過程。出現(xiàn)這些問題的根本原因是教師對(duì)原始形態(tài)的學(xué)科知識(shí)的忽視或者嚴(yán)重缺失，只能順序地將教材內(nèi)容在課堂串聯(lián)起來。

2 理清教學(xué)內(nèi)容的邏輯，是訓(xùn)練學(xué)生邏輯思維的前提

通常情況下，教材的正文內(nèi)容大多是學(xué)術(shù)形態(tài)的知識(shí)，省略了知識(shí)產(chǎn)生的背景和過程。教師需要根據(jù)知識(shí)的內(nèi)在邏輯對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行再次開發(fā)和整合，理清知識(shí)的內(nèi)在邏輯關(guān)系，使其符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

例如，普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書人教版必修2“基因在染色體上”教學(xué)內(nèi)容，是圍繞染色體學(xué)說的建立、完善和應(yīng)用組織教學(xué)內(nèi)容的（圖1）。

從知識(shí)學(xué)習(xí)層面上，該內(nèi)容非常有助于學(xué)生將孟德爾的遺傳定律和減數(shù)分裂有機(jī)地整合在一起，促進(jìn)常染色體遺傳和伴性遺傳規(guī)律的理解和綜合應(yīng)用；從能力培養(yǎng)和科學(xué)方法訓(xùn)練層面上，該內(nèi)容突出地體現(xiàn)了自然科學(xué)的特點(diǎn)，即結(jié)論背后的觀察、實(shí)驗(yàn)、分析、推理、驗(yàn)證的邏輯思維程序，對(duì)訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維是不可多得的學(xué)習(xí)材料，而且有助于學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)知識(shí)形成、發(fā)展和完善以致應(yīng)用的過程。然而教材在呈現(xiàn)內(nèi)容時(shí)，首先直接介紹了薩頓提出假說的過程，后面對(duì)摩爾根假設(shè)的提出以及測交實(shí)驗(yàn)的介紹都過于簡化，如果教師照本宣科地簡單告知，將導(dǎo)致學(xué)生機(jī)械學(xué)習(xí)，模糊理解。而這些內(nèi)容恰恰是訓(xùn)練學(xué)生邏輯思維、體現(xiàn)探究過程嚴(yán)密邏輯性的絕好材料，值得深入研究和實(shí)踐。

知識(shí)的構(gòu)建和思維的發(fā)展需要建立在學(xué)習(xí)主體的認(rèn)知過程中，是別人替代不了的。完全經(jīng)歷真實(shí)過程不可能，至少一個(gè)縮略的過程是必須的，這個(gè)縮略的過程就是教師根據(jù)原始形態(tài)的知識(shí)，按照學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律轉(zhuǎn)化成教育形態(tài)的知識(shí)的學(xué)習(xí)和探究過程。為了訓(xùn)練學(xué)生思維的邏輯性，教師有必要澄清教材中隱含的、對(duì)探究過程具有重要作用的關(guān)鍵問題。例如，摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)與薩頓假說有什么關(guān)系？摩爾根在什么情境下提出“白眼基因位于X染色體上，Y染色體沒有等位基因”？測交實(shí)驗(yàn)是怎樣充分證明“白眼基因在X染色體上”這一假設(shè)成立的？果蠅眼色的測交實(shí)驗(yàn)與孟德爾豌豆測交實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何不同？在相同的情景下學(xué)生會(huì)怎樣思考，教師需要為學(xué)生提供怎樣的思考空間？

3 按照內(nèi)容的邏輯組織學(xué)習(xí)和探究，是有效訓(xùn)練學(xué)生邏輯思維的保障

本節(jié)內(nèi)容中，染色體學(xué)說的建立過程（假設(shè)的提出和驗(yàn)證）是訓(xùn)練學(xué)生邏輯思維的核心內(nèi)容和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.1 激活學(xué)生已有知識(shí)，嘗試提出自己的假設(shè)

3.1.1 復(fù)習(xí)基因和染色體的傳遞規(guī)律，激活認(rèn)知基礎(chǔ)

學(xué)生已經(jīng)學(xué)過了基因的傳遞規(guī)律和減數(shù)分裂中染色體的傳遞規(guī)律，教師引導(dǎo)學(xué)生分別用簡圖表示含有一對(duì)遺傳因子、兩對(duì)遺傳因子的細(xì)胞產(chǎn)生的配子類型，以及一對(duì)同源染色體、兩對(duì)同源染色體的細(xì)胞產(chǎn)生的配子類型。這是學(xué)生分析推理的基礎(chǔ)。

3.1.2 客觀推理，提出假設(shè)

根據(jù)直觀的簡圖，教師啟發(fā)學(xué)生思考：“比較圖中基因和染色體的傳遞規(guī)律，你有什么發(fā)現(xiàn)？對(duì)基因和染色體的關(guān)系可以做出怎樣的推理？”實(shí)踐證明，學(xué)生并不能快速地提出基因在染色體上。比如字母的意義究竟是什么，字母與染色體究竟有什么關(guān)系，學(xué)生沒有清晰的認(rèn)識(shí)。但是學(xué)生還是很容易發(fā)現(xiàn)圖中基因和染色體在傳遞過程中的平行關(guān)系，自然地會(huì)想到二者存在必然的聯(lián)系。究竟是什么關(guān)系？理論上存在三種可能：基因就是染色體；基因在染色體上；染色體在基因上。在課堂教學(xué)中，教師切忌將薩頓假說簡單地強(qiáng)加給學(xué)生。

3.1.3 理性思考，聚焦假設(shè)

充分假設(shè)可以發(fā)展學(xué)生的發(fā)散思維，但是對(duì)多個(gè)假設(shè)進(jìn)一步分析，聚焦最大的可能性也是提升學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決問題能力的重要環(huán)節(jié)。教師在組織學(xué)生獨(dú)立思考的基礎(chǔ)上，討論交流：“以上三種假設(shè)究竟哪一種可能性最大？你能提供哪些事實(shí)依據(jù)？”綜合學(xué)生的反饋進(jìn)行小結(jié)：① 從數(shù)量關(guān)系看，一種生物已知的基因數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于染色體數(shù)量。例如，人類細(xì)胞核有46條染色體，但是已知的基因數(shù)量達(dá)2萬多個(gè)。② 從大小看，光學(xué)顯微鏡下已經(jīng)觀察過染色體的形態(tài)和數(shù)目，但不能看到特定的基因，這說明基因可能以某種形式存在于特定的結(jié)構(gòu)上。③ 從對(duì)基因的特定操作來看，將某個(gè)基因整合到異種生物的染色體上，該生物會(huì)表現(xiàn)出特定基因控制的性狀。這些事實(shí)依據(jù)是聚焦基因在染色體上這一假設(shè)的基礎(chǔ)，也是分析解決問題的工具，這個(gè)過程體現(xiàn)了所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值。

3.2 還原實(shí)驗(yàn)和思考的過程材料，為驗(yàn)證假設(shè)提供依據(jù)

3.2.1 分析摩爾根果蠅雜交實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)新問題

生物學(xué)發(fā)展的歷史中，究竟是怎樣證明基因在染色體上的？這是很多科學(xué)家執(zhí)著地研究和思維碰撞的過程。教師呈現(xiàn)遺傳學(xué)家摩爾根的實(shí)驗(yàn)材料及雜交實(shí)驗(yàn)圖解，引導(dǎo)學(xué)生觀察和思考，分析該雜交實(shí)驗(yàn)的過程和結(jié)果。學(xué)生能夠得出果蠅的紅眼和白眼性狀由一對(duì)等位基因控制，符合基因的分離定律；同時(shí)也會(huì)發(fā)現(xiàn)問題——白眼性狀為什么只出現(xiàn)在雄性個(gè)體中。

3.2.2 補(bǔ)充必要的實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生做出“白眼基因在X染色體上”的假設(shè)提供依據(jù)

按照目前的知識(shí)儲(chǔ)備，學(xué)生沒有能力對(duì)“白眼性狀只出現(xiàn)在雄性個(gè)體中”做出合理的解釋，需要新的假設(shè)。提出新假設(shè)需要新情景，因此果蠅體細(xì)胞中的染色體圖解及其與性別決定的關(guān)系是提出新假設(shè)的基礎(chǔ)。但在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，盡管有果蠅雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及果蠅染色體圖解，對(duì)于多數(shù)學(xué)生而言，要提出“控制白眼的基因位于X染色體上，Y染色體上不含其等位基因”的假設(shè)仍然很困難，基本上還是以教師的講解告知。事實(shí)上，教材中有這樣的描述：“由于白眼的遺傳和性別相聯(lián)系，而且與X染色體的遺傳相似，于是，摩爾根及其同事設(shè)想……”這說明摩爾根做出相應(yīng)的假設(shè)也并非輕而易舉，而是在大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，同事間思維碰撞的智慧結(jié)晶?！鞍籽坌誀畹倪z傳與X染色體的遺傳相似”是提出新假設(shè)的關(guān)鍵，因此很有必要補(bǔ)充相關(guān)的背景資料，還原學(xué)生思維的空間。

① 教師呈現(xiàn)果蠅染色體圖解，感知性染色體傳遞規(guī)律的研究結(jié)果：已知果蠅性別決定方式，雌果蠅有兩條X染色體，雄果蠅有XY染色體。雄性后代從母本得到一條X染色體，從父本得到一條Y染色體；雌性后代分別從親本各得到一條X染色體（圖2）。

② 補(bǔ)充介紹摩爾根的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)，感知果蠅眼色遺傳的規(guī)律。摩爾根及其同事在后續(xù)大量的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)了如圖3所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。教師組織學(xué)生分析：后代果蠅的性狀表現(xiàn)有什么規(guī)律？

③ 比較、分析、歸納，做出假設(shè)，啟發(fā)學(xué)生思考：“比較性染色體的傳遞規(guī)律（圖2）和果蠅眼色性狀的傳遞規(guī)律（圖3），有什么發(fā)現(xiàn)？”通過觀察和分析，學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)，雄性后代從母本得到白眼性狀的遺傳規(guī)律與雄性個(gè)體從母本獲得X染色體的遺傳規(guī)律非常相似，因此提出假設(shè)：“控制白眼性狀的基因很可能在X染色體上，Y染色體沒有其等位基因”。這樣的假設(shè)才是有根基的假設(shè)，才符合學(xué)生的思維特點(diǎn)。

3.2.3 充分討論測交的正反交實(shí)驗(yàn)，得出科學(xué)結(jié)論

利用假設(shè)很容易解釋上面的兩個(gè)雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，關(guān)鍵是怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)。這里，測交有兩種不同的方案，一種是白眼雌蠅與F1紅眼雄蠅雜交（圖4），一種是白眼雄蠅與F1紅眼雌蠅雜交（圖5），即正交和反交。這兩個(gè)測交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是不同的。只有第一種方案與摩爾根的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。學(xué)生通過分析測交的正交和反交結(jié)果的不同，并與孟德爾的豌豆測交實(shí)驗(yàn)正交和反交結(jié)果相比較，才能真正將白眼基因定位在在X染色體上而非常染色體上，進(jìn)一步深入理解孟德爾設(shè)計(jì)正交和反交實(shí)驗(yàn)的用意，體驗(yàn)科學(xué)研究方法的嚴(yán)密邏輯。

4 梳理思維過程，形成思維框架，促進(jìn)邏輯思維習(xí)慣的形成

思維品質(zhì)和思維習(xí)慣的形成是潛移默化的過程，在質(zhì)疑、探究的基礎(chǔ)上要重視問題解決過程的梳理。組織學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行歸納小結(jié)（圖6），既是知識(shí)結(jié)構(gòu)化的過程，又能促進(jìn)思維過程和思維方式的沉淀，強(qiáng)化邏輯思維習(xí)慣的形成。

生物學(xué)科屬于自然科學(xué)，屬于理科，理性客觀是其基本特征之一，理科就要進(jìn)行嚴(yán)密地邏輯推理。實(shí)踐表明，這樣的設(shè)計(jì)不但讓學(xué)生真正地認(rèn)可了基因位于染色體上，而且深度訓(xùn)練了學(xué)生的邏輯思維過程，充分體現(xiàn)了本部分內(nèi)容的過程和方法教育價(jià)值。

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