譚 鵑

(西南大學(xué)附屬中學(xué) 重慶 400700)

霍 靜

(西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 重慶 400715)

通過實(shí)踐幫助學(xué)生理解科學(xué)概念，是科學(xué)教育改革中的一個(gè)重要的內(nèi)容。如何在中學(xué)生物學(xué)課堂教學(xué)中利用“實(shí)踐”展開教學(xué)，是一個(gè)非常有意義的課題。對此，美國生物學(xué)課程研究提出了參與(engagement)、探究(exploration)、解釋(explanation)、拓展(elaboration)和評價(jià)(evaluation)5個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，取英文首字母 “E”，故將其命名為5E教學(xué)模式。其中“參與”階段需要通過學(xué)生實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生的好奇心，由親身實(shí)踐暴露出學(xué)生的前概念，幫助學(xué)生將已有經(jīng)驗(yàn)與學(xué)習(xí)內(nèi)容之間建立聯(lián)系。因此，“參與”是一節(jié)課的開場，好的“參與”能在較短的教學(xué)時(shí)間內(nèi)暴露學(xué)生的迷思概念，為“探究”形成新概念做好準(zhǔn)備[1]。本文以教學(xué)過程中幾個(gè)“參與”環(huán)節(jié)的實(shí)踐為例，談?wù)?E教學(xué)模式中的“參與”環(huán)節(jié)在教學(xué)中的應(yīng)用，為培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考、積極探究生物學(xué)的奧秘提供參考。

1 查一查，一張“舊表”突破“基因突變”概念

1.1 “密碼子表”在參與環(huán)節(jié)中的應(yīng)用 學(xué)生學(xué)習(xí)“密碼子”后，可通過查閱密碼子表查到一個(gè)密碼子對應(yīng)的氨基酸種類。學(xué)生利用這個(gè)已經(jīng)掌握的“舊表”動(dòng)手實(shí)踐，就能建立新舊知識(shí)的聯(lián)系。

開課的“參與”階段，課件依次給出密碼子CUA、GUA、GAA、CAA、CAG(每個(gè)密碼子與后一個(gè)密碼子之間，僅有一個(gè)堿基發(fā)生變化)，讓學(xué)生查閱教材中的密碼子表，得出對應(yīng)的氨基酸為亮氨酸、纈氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、谷氨酰胺。學(xué)生通過查表，可發(fā)現(xiàn)密碼子中的堿基發(fā)生替換有可能使對應(yīng)的氨基酸發(fā)生改變，也有可能不發(fā)生改變。

假設(shè)一段mRNA的序列就是這5個(gè)密碼子組成：CUAGUAGAACAACAG，針對這段序列，讓學(xué)生完成以下任務(wù)：①在這條mRNA鏈上第三個(gè)堿基“A”后插入一個(gè)堿基C后，翻譯后將得到怎樣的肽鏈？②在這條mRNA鏈上將第三個(gè)堿基“A”去掉，序列變?yōu)镃UGUAGAACAACAG，請把改變后的信息翻譯為肽鏈。

據(jù)此，教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，指導(dǎo)展開學(xué)生實(shí)踐：第①個(gè)任務(wù)，教師引導(dǎo)學(xué)生完成密碼子序列重排后，得到序列CUACGUAGAACAACAG，讓學(xué)生查閱密碼子表，得到肽鏈中的氨基酸分別為亮氨酸、精氨酸、精氨酸、蘇氨酸、蘇氨酸；完成第②個(gè)任務(wù)時(shí)，學(xué)生已經(jīng)能較熟練地查閱密碼子表，匯報(bào)結(jié)果：亮氨酸之后即為終止密碼子。完成這2個(gè)任務(wù)后，引導(dǎo)學(xué)生回顧“參與”實(shí)踐中有哪些發(fā)現(xiàn)。這時(shí)學(xué)生已經(jīng)通過自己的實(shí)踐，開始探究“基因突變”的概念。

1.2 實(shí)踐與實(shí)例結(jié)合、突破“基因突變”的概念 學(xué)生在不知道什么是基因突變的概念前，通過“參與”已經(jīng)理解堿基的改變有可能引起蛋白質(zhì)肽鏈的改變。利用“鐮刀形細(xì)胞貧血癥”的實(shí)例，適時(shí)將肽鏈與性狀的關(guān)系聯(lián)系起來。由于有了“參與”環(huán)節(jié)的實(shí)踐，學(xué)生很容易分析出鐮刀型細(xì)胞貧血癥的直接原因和根本原因，即直接原因是密碼子中一個(gè)堿基改變使得谷氨酸被纈氨酸替代，根本原因是該密碼子對應(yīng)的基因中發(fā)生了堿基對的替換[2]。在此基礎(chǔ)上，讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)同在生物體中有一些這樣小小的變化，就可能產(chǎn)生嚴(yán)重的，甚至致命的后果。

良好的“參與”能使學(xué)生有興趣投入探索“基因突變”概念的學(xué)習(xí)，最終形成了“DNA分子中發(fā)生堿基對的替換、增添和缺失引起的基因結(jié)構(gòu)的改變”的基因突變概念。

2 擺一擺，將“一堆”染色體重新分組，突破 “染色體組”概念

2.1 “染色體”教具在參與環(huán)節(jié)的應(yīng)用 課前準(zhǔn)備染色體的教具，每種形態(tài)2條，共4種形態(tài)和顏色，每種形態(tài)的顏色相同，注意每組同源染色體的形狀和顏色要易于區(qū)分。背面粘上磁鐵，能將這些染色體粘貼在黑板上。

開課的“參與”階段，用磁鐵將這些染色體雜亂無序地粘貼在黑板上，染色體可以在黑板上任意移動(dòng)。提問：黑板上有幾條染色體？如果相同形態(tài)相同顏色的染色體代表同源染色體，那么這里有幾對同源染色體?若將同源染色體分成一組，請問這些染色體可以分成幾組？

請一位學(xué)生到黑板前整理，學(xué)生會(huì)將相同形態(tài)相同顏色的染色體兩兩擺放在一起，即分成4組，復(fù)習(xí)同源染色體的概念。

圖1 同源染色體的復(fù)習(xí)

圖2 染色體組的認(rèn)識(shí)

繼續(xù)請學(xué)生完成以下任務(wù)：①將給出的這些染色體重新分組，要求:每一組里包括所有形態(tài)和顏色，但不能有重復(fù)的形態(tài)和顏色 。請一位學(xué)生到黑板前整理，學(xué)生會(huì)根據(jù)要求將這些染色體擺成2組(圖1)。②將相同形態(tài)和顏色的染色體增加一條，你是否能快速判斷分成幾組？為什么？學(xué)生很快會(huì)回答出來可以分成3組(圖2)。

通過參與“擺一擺”的實(shí)踐，讓學(xué)生建立感性認(rèn)識(shí)，能總結(jié)出規(guī)律：同源染色體有幾條就可以分成幾組。

2.2 實(shí)踐與練習(xí)結(jié)合，突破“染色體組”的概念 給出雌果蠅體細(xì)胞的染色體組成圖(圖3)。提問：雌果蠅的體細(xì)胞有幾條染色體？幾對同源染色體？如果按照染色體分組的要求，雌果蠅體細(xì)胞中的染色體可以分成幾組？學(xué)生聯(lián)系參與環(huán)節(jié)的活動(dòng)容易知道可以分成2組(圖4)。

圖3 染色體的組成

圖4 染色體分組

繼續(xù)提問：①這些染色體在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上是否相同？②這些染色體之間有什么關(guān)系？③它們是否攜帶著控制生物生長發(fā)育的全部遺傳信息？如果把這樣的一組染色體稱作染色體組，請嘗試給染色體組下一個(gè)定義。

及時(shí)練習(xí)：雄果蠅的體細(xì)胞含有幾個(gè)染色體組？雄果蠅經(jīng)過減數(shù)分裂形成的精子有幾個(gè)染色體組？由哪幾條組成?

使學(xué)生通過聯(lián)系參與環(huán)節(jié)的活動(dòng)突破“染色體組”的概念。此后師生可用一些實(shí)例類比染色體組的概念，還可用識(shí)別染色體組的圖像、基因組成、曲線等題目來辨析染色體組，觸類旁通，記憶鞏固[3]。

3 數(shù)一數(shù)，“紙上談兵”樣方法估算種群密度，突破種群密度的概念

3.1 “紙上談兵”活動(dòng)在“參與”環(huán)節(jié)的應(yīng)用 課前為學(xué)生每人準(zhǔn)備一張A4紙，紙上畫有一個(gè)100cm2大正方形，隨機(jī)分布著圓形和三角形，左下側(cè)有一個(gè)1cm2小正方形(圖5)。

圖5 隨機(jī)分布的△和○示意圖

活動(dòng)：用自己的方法，算出大正方形中圓形的數(shù)量，和每平方厘米的圓形個(gè)數(shù)(教師提醒，可以將A4紙上的小正方形剪下來使用)。學(xué)生根據(jù)自己的數(shù)學(xué)知識(shí)，有多種方法計(jì)算每平方厘米的圓形數(shù)量。絕大部分學(xué)生使用方法如下：剪下教師提供的1cm2的小正方形，用這個(gè)小正方形去框(套)大正方形里面的任意區(qū)域，然后直接計(jì)數(shù)被小正方形框(套)住的面積中圓形的數(shù)量。接下來，由學(xué)生公布自己的統(tǒng)計(jì)結(jié)果和方法。

不同學(xué)生取樣的位置不同，會(huì)得到不完全一致的數(shù)據(jù)。此時(shí)教師指出，用小正方形去框的過程實(shí)際上就是取樣估算的過程，被框住的部分即是取的樣方，用樣方里的圓形個(gè)數(shù)去估算整個(gè)大正方形中每平方厘米的圓形個(gè)數(shù)。

引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步“參與”：①怎樣取樣才能使估算值更加接近真實(shí)值？(學(xué)生思考得到答案：隨機(jī)取樣，適當(dāng)多取幾個(gè)樣方)接著追問：②怎樣才能做到隨機(jī)取樣？(提示學(xué)生閱讀教材，得到等距取樣和五點(diǎn)取樣的具體方法)再問：③如何統(tǒng)計(jì)每一個(gè)樣方內(nèi)圓形數(shù)量？

(強(qiáng)調(diào)樣方內(nèi)數(shù)量統(tǒng)計(jì)的要求：樣方內(nèi)的圓形要全部統(tǒng)計(jì)；壓在樣方邊上的計(jì)數(shù)一般是：取上不取下、取左不取右)④假如取了多個(gè)樣方，得到不同的值，那么哪一個(gè)樣方的統(tǒng)計(jì)值才能代表真實(shí)值呢？(學(xué)生利用已有的數(shù)學(xué)知識(shí)，得出求平均值的具體方法)

3.2 與現(xiàn)實(shí)生活相聯(lián)系，突破“種群密度”和“樣方法”的概念 如果把剛才這個(gè)活動(dòng)中的大正方形看作一個(gè)草原；圓形看作蒲公英；三角形代表其他植物，那么，剛才同學(xué)們所做的工作就是在估算蒲公英的種群密度，所用的方法就是樣方法。

教師引導(dǎo)學(xué)生用自己的語言歸納“種群密度”和“樣方法”的概念。師生總結(jié)歸納：種群在單位面積或單位體積中的個(gè)體數(shù)就是種群密度。在被調(diào)查種群的分布范圍內(nèi)，隨機(jī)選取若干個(gè)樣方，通過計(jì)數(shù)每個(gè)樣方內(nèi)的個(gè)體數(shù)，求得每個(gè)樣方的種群密度，以所有樣方種群密度的平均值作為該種群的種群密度估計(jì)值，這種方法就叫樣方法。

在學(xué)生弄清種群密度的概念和樣方法之后，再引導(dǎo)學(xué)生思考，如何調(diào)查一個(gè)草原上某種羊的種群密度呢？順利進(jìn)入標(biāo)志重捕法的學(xué)習(xí)。

4 教學(xué)反思

在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中，需要學(xué)生掌握較多的概念和研究的方法，例如本文探討的“基因突變”，“染色體組”，“種群密度”和“樣方法”估算種群密度等等，這些概念比較抽象，單純講解，學(xué)生不容易理解，傾向?qū)ι飳W(xué)知識(shí)的死記硬背，無法將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用來解決實(shí)際問題，最終可能導(dǎo)致學(xué)生興趣不足，學(xué)習(xí)效率降低，不關(guān)注生物學(xué)中的重要概念。

然而生物學(xué)中的這些重要概念對于學(xué)生理解并掌握其他知識(shí)點(diǎn)，形成生物學(xué)科的核心概念都是十分重要的。例如，理解基因突變的概念是學(xué)習(xí)基因突變的特點(diǎn)及基因?qū)π誀畹挠绊懙幕A(chǔ)；染色體組的概念是聯(lián)系其他概念的核心，二倍體、多倍體、單倍體、單倍體育種、多倍體育種等概念的形成都要以突破染色體組的概念為基礎(chǔ)[3]。

5E教學(xué)模式中的“參與”環(huán)節(jié)，能夠很好地吸引學(xué)生對所要學(xué)習(xí)內(nèi)容的興趣，很快將學(xué)生的注意力轉(zhuǎn)移到一個(gè)事物、問題、情境或事情上來。教師通過設(shè)置規(guī)則和程序，引導(dǎo)學(xué)生參與到具體的實(shí)踐中，通過實(shí)踐活動(dòng)來呈現(xiàn)學(xué)習(xí)的問題，幫助學(xué)生確定學(xué)習(xí)的任務(wù)。成功的“參與”會(huì)吸引學(xué)生投身于實(shí)踐活動(dòng)，并積極主動(dòng)地進(jìn)入“探究”和其他環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)。學(xué)生通過參與，把過去和現(xiàn)在的學(xué)習(xí)經(jīng)歷建立起聯(lián)系，暴露出前概念，與舊概念產(chǎn)生沖突，對新概念產(chǎn)生求知欲，從而實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變，在學(xué)習(xí)中建構(gòu)起科學(xué)的概念[4]。