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一、明確目標,聚集問題,突出主題
微課時間一般控制在5-8分鐘,不可能涵蓋一節傳統生物課所有的知識目標,即便是一個知識點,也要有選擇地闡述重點內容,不能一味地求全求多,因此必須明確和細化微課的教學目標。我在制作蘇教版八上《五彩繽紛的植物世界》介紹“被子植物能適應各種生活環境”這一微課時,起初我既想用圖片展示被子植物結構,又想完成觀察活動,還想加上被子植物在各種環境中生活的視頻。于是找了一系列的圖片資料、還用視頻記錄了學生觀察校園中的被子植物活動。后期剪輯時發現,整個微課時間超過了10分鐘,失去了微課短小精致的特色。于是再簡化細化目標,將重點放在充分展示被子植物適應環境能力特別強的方面:利用PPT講解對比了被子植物與低等植物的根系,再用Flas演示了發達的根系吸收水分、無機鹽的生理活動,又用攝像機拍攝了對江南“水八鮮”中的藕、水芹實物的縱切與橫切面的觀察,露出其發達氣道,最后用大量圖片和后期配音展示不同被子植物生長在各種環境中并總結。剪輯后的微課,不僅保留了傳統授課的PPT、圖片和Flash等,還有真人實物解剖、場外旁白,緊湊貫穿于6分鐘的微課視頻中,做到了教學目標細致明確。
二、數碼顯微,視頻記錄,展現要點
顯微鏡是初中生物教學中重要的觀察器具,也是生物學科特有的實驗工具。而網絡上可用的顯微鏡視野下的視頻較少,所以,充分利用數碼顯微鏡的照相、攝像功能是制作初中生物教學微課的關鍵一步。蘇教版七上《植物生長需要水和無機鹽》一節中,“質壁分離”內容在課本上只用了抽象的模式圖來表示,學生在實際學習中不容易理解。在處理這個知識點上,我制作了一個《質壁分離》的微課。備課時,我參考了高中教材中的實驗步驟,準備了洋蔥、蔗糖溶液、滴管、玻片等實驗器具,用攝像機記錄了我在實驗室完成這個實驗的過程。利用顯微鏡觀察質壁分離現象是一個緩慢的過程,找到清晰的物像后,打開攝像功能,記錄視野中細胞失水的過程。接著完成復原實驗,同樣用視頻記錄。后期制作時,除了PPT的圖片展示、語言講解外,顯微鏡視野下觀察到的動態現象以X4的速度進行編輯,在短短2分鐘里,就能看到洋蔥鱗片表皮細胞明顯失水和吸水的現象,微課展示出的效果非常明顯。
當然,還有很多現象可以利用數碼顯微鏡的攝像功能來記錄并進行后期加速編輯,如草履蟲的應激反應、單細胞生物的運動、酵母菌的出芽生殖等,這些都是此類微課制作最關鍵的一步。
三、實驗微課,學生動手,強化操作
初中生物教學中,實驗是重要的一部分。重點實驗的傳統教學,先讓學生了解實驗目的、步驟以后再親手操作,完成實驗報告。而通常實驗前后,學生都非常興奮,注意力只能關注某個環節,雖然能在教師的指導下完成實驗,但對實驗整體過程的認識有一定欠缺。所以制作相應的實驗微課,與學生完成實驗報告、練習題等相結合,復習效果特別好。蘇教版七上重點實驗《綠葉在光下產生淀粉》微課制作,在全班進行實驗課時,我用視頻記錄某組學生實驗操作的完整影像,其中包含暗處理、部分遮光、酒精脫色后呈黃白色、碘液染色后的特寫。通過后期視頻編輯,結合PPT、圖片等文字材料,完整地呈現實驗原理、實驗前的準備、實驗時各環節重難點的特寫、水浴加熱以X8的加速編輯,最后讓該學生自己進行配音講解,分析實驗結果。一共7分鐘,一氣呵成、完整連貫。
所以,針對重點實驗制作微課,不僅讓學生親自完成實驗,并用視頻的方式記錄完整過程,在復習課進行微課回看,對學生的復習鞏固起著事半功倍的效果。
四、展現微觀,突破難點,深入淺出
蘇教版七年級下冊《生物圈中的人》有關人體細胞、組織等內部結構,學生既熟悉又陌生。利用微課展示微觀的世界,生動有趣。在制作《受精過程》微課過程中,我下載了《Discovery》中經典的與卵子突破重重阻礙相結合的一段,并多點截取了配合初中教材的片段,既保留了原汁原味的英文解說,又在其中穿插了我制作的Flas演示精卵結合的路線、特寫精卵結合瞬間的圖片等,再配合后期旁白解說,使得這段5分鐘的微課切合初中生物教學目標、符合初中學生認知規律,凸顯了微課展現微觀世界的優勢,此微課獲得區一等獎。
《人的性狀和遺傳》這節微課,更能體現出微課將抽象難懂的知識深入淺出的優勢。由于是比賽作品,設計制作各環節都要細致考慮,甚至包括每一幅PPT的背景顏色、字體大小與粗細。在如何解釋顯性基因、隱性基因、顯性性狀、隱性性狀時,經過團隊討論,我們將傳統授課中以透明塑料片代表隱性基因、紙片代表顯性基因的這幾個教具組合拍成實物照片,再運用PPT自帶的動畫形式配以文字標注,制作成一組帶有字幕、旁白講授的視頻片段。這段微課突破了傳統授課時視頻與講述相對獨立等局限,將初中生最難理解的遺傳學知識點用最直觀的方式體現,并能反復觀看認知,突破了抽象知識講授的難點。
關鍵詞:高中生物;遺傳;教學;人文教育
中圖分類號:G632 文獻標識碼:B 文章編號:1002-7661(2013)19-213-01
在高中生物教學中,“遺傳的基本規律”是一個重點和也是一個難點,關于該部分的有些問題值得進行認識上的探討和教學上的改進,使得在進行科學教育的同時滲透人文教育,從而達到提升學生生物學素養的目的。
一、在“遺傳的基本規律”教學中發現的問題
筆者在進行高中生物 “遺傳的基本規律”教學時,講述孟德爾的豌豆雜交實驗以及對豌豆雜交實驗的解釋時,發現大多數學生似聽非聽,注意力不是很集中,當引導學生自行分析某些較為淺顯的問題的時候,又不知所云,而且這一現象在不同的班級均有顯現。課后了解到:初中生物八年級下冊便在“基因的顯性和隱性”講述過這部分內容的,而且孟德爾的豌豆雜交實驗早就在科普書上讀過了。現在都高中了還講這些,太小兒科了,沒有聽的價值。
雖然學生在初中時候學過孟德爾的豌豆雜交試驗,但多數學生不了解遺傳基本規律的具體的創建過程,以及圍繞該實驗應掌握的核心知識,比如,不少學生認為孟德爾就只做得豌豆雜交試驗,得出了基因分離定律和自由組合定律。而忽略了這位遺傳學家還總結出科學的遺傳研究方法,并提出“遺傳因子”假說,為遺傳學的誕生和近代顆粒遺傳理論的發展奠定了基礎。對此問題的誤解還表現在,學生在被問及怎樣解釋基因分離現象以及為什么孟德爾的要用測交實驗來驗證實驗結果的時候,許多學生不著邊際胡亂說幾句或者干脆答不上來。
如果這一系列的問題沒有得到有效的解決,那這一部分的教育便沒有達到科學教育的目的,更難實現人文教育,也就無法涵養人文精神。因此,在遺傳的基本規律教學中應重視以下幾個問題:①重視孟德爾設計實驗的科學程序的講解:從物質到意識、現象到本質、特殊到一般、偶然性到必然性循序漸進地揭示了基因的分離定律,不可只揭示實驗結果。②闡明孟德爾精心選擇豌豆作為試驗材料的道理,以及雜交技術的要點。③用數理統計方法定量分析試驗結果。④高中教材中,這一部分所占的比重較大,考試所占比例也大,教師應注重理論與實際聯系,加強對基本規律的理解。⑤本節內容知識點多,知識面廣,而且知識點分散,跨章節多,新概念多再加上新的研究方法,使得這部分內容較難把握,教師應作好充分準備。
二、相關問題的探討和教學改進建議
1、引導學生挖掘遺傳的基本規律探尋過程中所蘊含的觀點
孟德爾祖籍德國,貧寒的家境讓他靠當家庭教師掙幾個錢糊口,才勉強讀完了中學。在奧爾繆茨大學哲學學院畢業后,孟德爾進入了奧古斯丁修道院。在修道院里,他矢志投身科學的心意彌堅,長年潛心于植物雜交實驗,堅持不懈,終于在遺傳研究上作出了劃時代的發現。
起初,孟德爾的豌豆雜交實驗,并不是有意為探索遺傳規律而進行的。他的初衷是為了獲得優良品種,只是在試驗的過程中,逐步把重點轉向了探索遺傳規律。他首先在生物學領域引入了實驗物理學的方法和理論,使用純種豌豆進行實驗,并用統計學的方法來處理實驗數據。通過實驗和分析,他發現了植物性狀遺傳的分離和組合的規律,并由此提出了遺傳的顯性和隱性原理,闡明了在控制生物的性狀上,存在一種“遺傳因子”的思想。1865年,他把自己的發現和理論闡述寫成,這就是著名的《植物雜交試驗》。可惜的是,在當時的生物學界,沒有人能理解他的方法和他的發現的真正意義。到了1900年,人們才突然在圖書館里發現了他的《植物雜交試驗》這篇劃時代的論文,才理解了它的含義。這時,他已去世16年;距他的時間,已經35年。
以上對于孟德爾遺傳的基本規律研究的揭示,對于培養學生的人文素養的意義在于:
首先,孟德爾刻苦學習的探究精神和投身科學的堅持不懈,讓學生們了解到科學的道路沒有一帆風順,唯有不懈攀登的人才能達到光輝的頂點。成功需要扎實的專業基礎,頑強的拼搏、充分的學習和借鑒前人的研究成果,成功就是1%的靈感加上99%的汗水。
其次,通過性狀分離比的模擬實驗讓學生在實踐中體會孟德爾的科學研究遺傳學的方法,以及孟德爾科學嚴謹的實驗研究過程。第三,孟德爾早年的刻苦努力的學習,讓他能用數學上統計學的方法來分析植物實驗結果。這種把生物學和統計學、數學結合了起來的研究方法,為他的成功又一次鋪平的道路。所以,即使是同時代的博物學家很難理解他論文的真正含義。通過對這些知識的學習,可以培養學生在學習的過程中注重全面發展的意識,不斷提高學生學科均衡發展的能力。
2、引導學生了解遺傳的基本規律的價值,從而認識生物學教學的價值
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1.1 知識目標
(1) 簡述雜交育種的概念,舉例說明雜交育種方法的優點和不足。
(2) 舉例說出誘變育種在生產中的應用。
(3) 討論遺傳和變異規律在生產實踐中的應用。
(4) 總結雜交育種、誘變育種、多倍體育種、單倍體育種異同點。
1.2 情感、態度與價值觀目標
(1) 討論育種科學技術發展是科學、技術和社會的相互作用。
(2) 體會科學技術在發展社會生產力、推動社會進步等方面的巨大作用。
1.3 能力目標
(1) 嘗試將獲得信息用圖表、圖解的形式表達出來。
(2) 運用遺傳和變異原理,解決生產和生活實際中的問題。
2 教學重點和難點
2.1 教學重點
遺傳和變異規律在改良農作物和培育家畜品種等方面的應用。
2.2 教學難點
(1) 雜交育種和誘變育種的優點和局限性。
(2) 用遺傳圖解表示各種育種過程。
3 學情分析
初中生物課中關于人類應用遺傳變異原理培育新品種的內容使學生對選擇育種與雜交育種有了初步的了解。學生已學習過分離定律與自由組合定律,為理解傳統育種方法所依據的遺傳學原理打下了基礎。在本節教學中,教師可以指導學生搜集我國在育種實踐方面取得成功的事例,分析其中包含的遺傳學規律,體會科學技術在發展社會生產力、推動社會進步等方面的巨大作用。
4 教學方法:討論法、演示法
5 教學課時:1課時
6 教學設計思路
教學設計思路如圖1所示。
7 教學過程
7.1 情景導入、展示目標
教師:課前以一副優美婉轉的背景動畫――竹林影動,加上水滴聲的背景音樂,步入趣味性的課堂。接著按課件圖片的順序,先向學生展示古印第安人培育玉米、馴化牛的過程;再向學生展示現在的耕牛、玉米的各種優良品種的圖片,同時展示袁隆平院士的“中國夢”,引起學生的興趣。
7.2 認知沖突、問題鋪線
教師:這些優良的品種,都是人們利用生物的變異,通過長期的選擇,汰劣留良,培育出來的優良品種。但是這種選擇育種的方法周期長,可選擇的范圍又有限,有些品種只在某一方面優勢,而另一方面卻不良等,不能滿足日益增長的人們的需要,那么有沒有更加新穎方便的方法呢?
7.3 情景假設、學習新知
(1) 學習雜交育種。
教師提供資料:農民伯伯現在遇到了這樣的麻煩:
現有純合的高稈抗銹病的小麥(DDTT)和矮稈不抗銹病的小麥(ddtt),小麥高稈(D)對矮稈(d)為顯性,抗銹病(T)對不抗銹病(t)為顯性。
并提出問題:你用什么方法能把兩個品種的優良性狀結合在一起,又能把雙方的缺點都去掉,得到矮稈抗病的優良品種(ddTT)?將你的設想用遺傳圖解表示出來(用箭頭、關鍵詞寫出育種的遺傳圖解)。
學生:分組討論,每人都在作業本上嘗試書寫。教師并要求兩位學生在黑板上書寫,聽課的學生對各小組的方案進行評價。
教師:從上述的匯報交流中,我們發現大家使用的方法都是――雜交育種,看來你們已經嘗試從理論上探索雜交育種的方法了。現在我們來分析各組的方案是否科學規范。
(再次出示各小組的遺傳圖解)由學生指出其優點和不足以及自己的疑問。
教師多媒體展示探究思考題:
① 雜交育種蘊含著哪些遺傳學規律?
② 如何判斷顯隱性?
③ 若要選擇的品種是雙隱性、一隱一顯、雙顯性的,如何選擇得到純合子?
學生分組討論,發言。
教師點撥、解答學生的問題:雜交育種依據的遺傳學原理就是:基因的自由組合規律,即通過雜交,把生物不同品種間的基因重新組合,以便使不同親本的優良基因組合到一起、從而創造出對人類有益的新品種。
教師點評:
表現型中9/16是高稈抗病、3/16是矮稈抗病、3/16是高稈不抗病,剩下1/16是矮稈不抗病。根據自由組合定律,在F2中矮稈抗病(一顯一隱)品種占總數的3/16。
教師:我們得到的這種具有雜種優勢的品種可以代代遺傳嗎?
學生:不可以,因為其中有2/16的植株是雜合體,它的下一代會出現性狀分離。
教師:那么,如何能得到可以代代遺傳的優勢品種?
學生:要想得到可以代代遺傳的優勢品種,就必須對在F2中所得到表現型為高產抗病(一顯一隱)的植株連續自交和育種,逐步淘汰不符合要求的植株,直到不再發生性狀分離,就是我們要選育的能夠穩定遺傳的純合子新品種――AAbb。
教師:通過上述分析,請給雜交育種下一個合理的定義。
學生:雜交育種就是將兩個或多個品種的優良性狀通過集中在一起,再經過選擇和培育,得到新品種的方法。
教師:請舉出我國在雜交育種方面成就。
學生:袁隆平的雜交水稻,中國荷斯坦牛等。
教師:綜上所述雜交育種的優點是很明顯的,但是在實際操作中,會遇到不少困難。請從雜交后代可能出現的類型,以及育種時間等方面,分析雜交育種方法的不足。
教師:雜交育種只能利用已有基因的重組,按需選擇,并不能創造新的基因。雜交后代會出現性狀分離現象,育種進程緩縵(一般需5~7年),過程繁瑣。這些都是雜交育種方法的不足。有沒有更好的育種方法來彌補這些缺點呢?
(2) 學習誘變育種。
教師:播放短片“餐桌上的世紀爭議”,出示幻燈片。
學生討論并總結誘變育種的概念以及原理優缺點和應用。
教師提出問題:① 與雜交育種相比,誘變育種有什么優點?
② 聯系基因突變的特點,談談誘變育種的局限性。
③ 要克服這些局限性,可以采取什么辦法?
學生:① 創造新的基因,提高變異頻率,加速育種過程,可大幅度改良某些性狀;變異范圍廣。
② 由于突變的不定向性,有利變異少,必須大量處理材料,因此該種育種方法具有一定的盲目性。
③ 要想克服這些局限性,可以擴大誘變后代的群體,增加選擇的機會。
教師給予鼓勵,并小結雜交育種、誘變育種、多倍體育種、單倍體育種4種育種方式(表1)。
8 教學反思
由于很多內容學生已經學習過如基因的自由組合定律、基因突變以前都學過,所以采用溫故知新――雜交育種的技術方法――誘變育種的技術方法――知識擴展――總結的方法來講授新知識。本節課的設計也能把理論與實踐充分地結合在一起。例如在雜交育種技術的學習中,教師舉例:利用高抗和矮感的小麥來設計如何出矮抗的小麥。通過學生的動手操作,使知識更能貼近生活,學以致用。課程改革的目標要求教師應具備對知識體系熟練,應對課堂教學要自如,教學中注重學生的差異性。在教學中,教師能注重學生的差異性,例如在雜交育種的設計實驗中,大部分學生不太理解最后得到矮抗的比例,教師能放慢教學一步步解釋。同時,教師教態自然、隨和,給學生以親近的感覺。
【關鍵詞】 科學本質 科學知識 科學方法 科學精神 課堂教學
科學教育的一個重要的目標是培養具有科學素養的人,而科學素養的核心組分就是對科學本質的理解。《義務教育生物學課程標準》(2011年版)“課程性質”部分明確提出:“義務教育階段的生物學課程是自然科學領域的學科課程,其精要是展示生物科學的基本內容,反映自然科學的本質” 。生物學作為自然科學課程的一個分支,在科學本質的教育上,理應承擔起應有的責任和道義。人們一般認為,科學是科學知識、科學方法和科學精神三個方面組成的一個不可分割的有機整體。課堂教學作為教學活動的基本組成部分,課堂學習必然成為學生人生中一段重要的生活經歷,影響著他們當前及今后的多方面發展和成長。因此,站在學生發展的角度,站在生物學科責任的高度,在教學實踐中,我們大膽嘗試,努力構建融“科學知識、科學方法、科學精神”于一體的生物課堂,力求在潛移默化中幫助學生理解科學的本質,沐浴科學理性的光輝。本文以義務教育課程標準 “說明dna是主要的遺傳物質”的具體內容為例,闡述課堂教學中是如何進行科學本質教育的。
1. 關注科學知識——在教學中凸顯概念教學
中國科學院院士黃昆教授曾說:“客觀的規律我們一般都是通過一定的科學概念去認識的,而這些概念本身就在一定程度上反映著規律的本質。”諾貝爾獎獲得者李政道博士也多次提到:“在學習中,一定要把基本的要領搞清、記牢。”《義務教育生物學課程標準》(2011年版)的最大變化之一就是在內容標準的每一個主題下,都增加了 “教學中,教師要幫助學生形成以下的重要概念……” 概念教學的重要性由此可見一斑。因此,我們如果關注科學知識的學習,就毫無疑問地要在教學中凸顯概念教學。
例如在整體上,我們注重“概念梳理”。濟南版初中生物學《遺傳的物質基礎》一節中,教材首先在引言中描述了遺傳的定義,然后編排了“細胞核是遺傳的控制中心”和“ dna是主要的遺傳物質”兩目內容。本節課對應的課程標準中要求學生形成的重要概念是“ dna是主要的遺傳物質。基因是包含遺傳信息的dna片段,它們位于細胞的染色體上。遺傳性狀是由基因控制的”。針對課程標準要求和教材內容,我們抓住“遺傳的物質基礎”這一主線,圍繞“遺傳”這一概念,將“細胞核——染色體——dna——基因”這一組概念由宏觀到微觀、從現象到本質按照四個層次前后貫通起來,并融合遺傳物質的結構、成分、作用等知識,使得學生也能圍繞“遺傳的物質基礎”這一內容,發掘本節出現的概念(如遺傳、染色體、dna、基因等)間的內在聯系,通過概念圖、思維導圖等形式,使學生能在更高的層次上、從整體上予以把握和理解概念的本質,形成知識體系。
又如在細節上,我們著力“概念理解”。如在學習“基因”這一概念時,教材只是給出這樣的文字“dna上有許多與遺傳相關的片段”“不同的基因貯存著不同的遺傳信息,也就是說生物表現出的不同特征是由不同的基因控制的。”顯然,這樣的簡要描述比較抽象,為了讓學生便于理解,我們使用了拼圖的方法,即用卡通畫的形式分別畫出人的頭發、眉毛、眼睛、鼻子、嘴巴各三種,并且在每一個特征的旁邊都寫出了其特定的堿基序列。操作時學生兩個人一組,每一組都得到頭發、眉毛、眼睛、鼻子、嘴巴各三種圖片和一張空白臉的紙,學生根據自己的喜好進行選擇,把選定的特征剪下來拼成一張卡通人物的臉,并在其左側按照頭發、眉毛、眼睛、鼻子、嘴巴的順序把相應的堿基序列貼上。然后小組依次把畫貼在黑板上進行比較。因為選的堿基序列不同,所以拼出的臉也不一樣。學生驚奇地發現全班的卡通人物居然沒有人拼得一樣。為什么出現這樣的結果呢?我請學生來計算這張臉的組合方式共有多少種,大家通過計算發現竟然有35即243種之多。其實這才涉及五個特征,人的形態、生理特征遠有成百上千之多,都考慮在內的話又有多少種組合呢!此時,學生對于“基因是包含遺傳信息的dna片段,遺傳性狀是由基因控制的”的重要概念已深有感觸并且深刻理解認同。
再如在練習中,我們加強“概念鞏固”。依據認識論的觀點,一個完整的教學過程必須經過“由感性的具體發展到抽象的規定,再由抽象的規定發展到思維中的具體”這樣兩個科學抽象的階段。作為一門研究各種生命現象和生命活動規律的自然科學,毫無疑問,生物學知識是從生活中來,最終還要回歸生活的。學生學了生物學概念后,我們還要設法使學生所學的生物學知識走向生活和更為廣闊的社會。在練習鞏固階段,我們有目的地選編一些生物學知識應用于生活的題目,用概念和原理去解答問題,使概念教學落到實處。如我們設置了這樣一道練習題,“在日常生活中,你會發現同卵雙生者長得幾乎完全一樣。你能運用所學的知識解釋原因嗎?”學生們分析的結果是:“因為同卵雙生者是由同一個受精卵發育而來的,這對雙胞胎就具有相同的細胞核;因為細胞核相同,所以染色體相同;因為染色體相同,所以 dna相同;因為dna相同,所以基因相同;因為基因相同,所以貯存的遺傳信息相同;因為遺傳信息相同,也就是建造生命的‘藍圖’一樣,因此同卵雙生者長得幾乎完全一樣。”很顯然,這樣的回答很精彩,這樣層層深入、邏輯性強的分析、推理,體現了學生對科學知識從表面感知到本質理解的思考過程,深化了本節課中的概念學習。
生物學概念是反映生物學本質屬性及特征的形式,是構成生物學知識體系的重要組成部分,處于學科知識最為本質和中心的地位。我們在求學生涯中,會學習很多的生物學知識,可是隨著時間的流逝,一些知識漸漸地被淡忘掉了,但總是有那么一些知識依然清晰地保存在我們的腦海之中,甚至伴隨我們一生,這就是一些重要概念,如與光合作用、呼吸作用、遺傳與變異、生態系統等相關的知識。從某種意義上講,凸顯概念教學,幫助學生建構重要概念,對提高學生的生物科學素養,理解科學本質有著重要的意義。
2.學習科學方法——在教學中彰顯探究理念
生物學是一門建立在觀察和實驗基礎上的科學。科學家進行科學認識的基本方式是探究活動,科學知識是科學家在探究基礎上獲得的。因此,學生進行學習活動的基本方式應該是探究活動,學生理解科學及其科學本質的學習活動也應該是科學探究活動。探究式學習是新課程改革大力提倡的學習方式,無論是《生物課程標準》(實驗稿),還是2011年版《生物學課程標準》都將“倡導探究性學習”作為課程基本理念之一。所不同的是,后者更加關注科學探究與科學本質之間的關系,其中增加了這樣的文字描述:“生物科學不僅是眾多事實和理論的匯總,也是一個不斷探究的過程。科學探究既是科學家工作的基本方式,也是科學課程中重要的學習內容和有效的教學方式。本課程倡導探究性學習,力圖改變學生的學習方式,幫助學生領悟科學的本質……” 顯然,通過探究活動,有助于學生真正理解生命科學的研究方法和本質,并將對生命科學的理解和科學探究的經歷內化為生物科學素養。
例如,在課的總體設計上,探究理念是“神”。《遺傳的物質基礎》一節中,教師將整節課置于一個大的探究背景下,讓學生在探究理念的指引下,一步一步抽絲剝繭、層層深入地進行科學知識的學習,更為重要的是從中認識和學習科學方法。①科學探究的“提出問題”環節。課開始,當學生明確了遺傳的概念之后,提出本節課的核心問題——“遺傳同生物的其他生命活動一樣,也有其物質基礎。那么它的物質基礎又是什么呢?”②科學探究的“猜想假設、實證推理、得出結論”環節,其大體過程如下:在問題的驅動下,學生的學習活動迅速進入一種“探索”狀態,開始探究的“旅程”。師問:“除病毒外,生物體基本的結構和功能單位是細胞,生命的奧秘也一定藏在細胞里。細胞的基本結構是細胞膜、細胞質和細胞核,那么,你認為細胞中與遺傳有關結構會是什么呢?”學生大膽猜測,之后通過分析“傘藻嫁接實驗”和“克隆羊多利”的誕生過程,得出細胞核是遺傳的控制中心。于是,“探索”線索轉向“探秘細胞核”,“那么,細胞核里又有什么呢?”在觀察洋蔥根尖的細胞分裂裝片,找到了染色體后,探尋的目光繼而轉向“探秘染色體”,“染色體的組成又是怎樣的呢?”通過化學成分分析得知,染色體包含蛋白質和 dna。“那么遺傳物質又會是誰呢?”科學家通過一系列實驗,證明了dna是主要的遺傳物質。“那么dna上又會有怎樣的發現呢?”在對dna的研究探索中找到了dna上有許多與遺傳相關的片段——基因,最終控制遺傳的“秘密圖紙”終于被找到了,那就是不同的基因貯存著不同的遺傳信息,也就是說生物表現出的不同特征是由不同的基因控制的。
又如,在課的細節處理上,探究活動是“本”。在學習“細胞核是遺傳的控制中心”這一內容時,教師先是選取了教材上的傘藻嫁接實驗作為素材,并作如下處理:借助多媒體動畫,說明實驗的基本處理方法,讓學生大膽猜測可能的結果。通過問題情境的呈現,學生容易得出新長出的傘帽形狀由基部的假根來決定,為什么由基部的假根來決定,學生也容易猜測到是因為假根中有細胞核。這時教師設問:“在假根中不僅有細胞核,也有少量的細胞質,你能設計一個補充實驗來進一步證明傘帽的形狀是由假根中的細胞核決定的嗎?”通過學生的討論和教師的點撥,增加了一個核移植實驗,即將其中一種傘藻的細胞核移植到去核去“帽”的另一種傘藻中,看其“帽”的形狀。此時,這個實驗不僅是對教材的一個很好的補充,更為重要的是將學生的思維進一步引向深入,在思維爬坡中讓學生進一步深化對科學方法的學習,對科學本質的理解——“科學是格物致知的一種途徑,其基本特點是以實證為判斷尺度,以邏輯作論辯的武器,以懷疑作審視的出發點。”
德國哲學家叔本華曾說過:“記錄在紙上的思想就如同某人留在沙灘上的腳印,我們也許能看到他走過的路徑,但若想知道他在路上看見了什么東西,就必須用自己的眼睛。”探究學習是學生了解科學方法的重要過程,這是因為學生不可能簡單地通過聽教師講授和自我記憶來真正理解和掌握科學方法。學生只有在參與探究的體驗中,才能感悟科學方法,領會運用的精髓,從而更加深刻地認識和理解科學的本質和價值。
3.感悟科學精神——在教學中融合科學史實
科學作為人類的發明和思想方法,是人類文化的一個重要組成部分,也是一個不斷發展和逐漸完善的事物。在其發生和發展的各個特定時期,都有許多科學家傾注大量精力,遭遇各種困境,經歷無數失敗,但又憑借著頑強毅力、聰明智慧和通力合作,才在科學的歷史長卷中寫下輝煌的一頁。美國芝加哥大學教授、著名的生物學家、科學教育家施瓦布曾在bscs的“教師手冊”中寫道:“應提倡科學史,因為它關注的是人和事而不是概念本身……”。我國普通高中生物課程標準中實施建議部分明確提出“注重生物科學史的學習。學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路,理解科學的本質和科學研究的方法,學習科學家獻身科學的精神。這對提高學生的科學素養是很有意義的”。顯然,在生物教學中融合科學史實,不僅有助于學生理解生命科學知識和科學方法,還可以促使學生養成客觀、創新、合作、質疑、堅忍不拔、積極進取等科學態度與精神。
例如,可以針對教材欄目完善生物史實。《遺傳的物質基礎》一節中,魯版教材安排了欄目“相關鏈接”——dna奧秘的揭示,其文字描述如下:“1953年4月,在英國劍橋大學卡文迪什實驗室里,美國科學家沃森和克里克,通過對dna的x衍射照片進行研究,建立了dna雙螺旋結構模型,揭開了dna的奧秘,使遺傳學的研究進入到分子水平。兩位科學家也因此獲得了諾貝爾獎。” 眾所周知,dna分子雙螺旋結構的重大發現,可是說是生物學史上具有里程碑式意義的一項重大事件。我國著名的生物學家談家楨指出:“dna分子雙螺旋結構的發現,不僅是生物科學的重大突破,也是整個自然科學的輝煌成就,其意義足以同迄今已有的任何一次科學發現相媲美”。因此,抓住這一生物學歷史事件,挖掘其中蘊藏的科學精神成為本節教學的一個亮點。
于是,我們對這一科學史實進行了相關完善,鑒于dna雙螺旋結構中很多生僻的專業術語超過初中學生的理解能力,此處主要針對科學家的團結協作、敢于創新的科學精神進行設計,補充了弗朗西絲?克里克、詹姆斯?沃森、莫里斯?威爾金絲、羅薩林?富蘭克林等對dna雙螺旋結構的發現做出重大貢獻的四位科學家的史料。又如,還可以針對教材知識點拓展生物史實。對于教材“dna是主要的遺傳物質”這一內容,我們抓住“主要”二字,對遺傳物質的發現史進行簡單補充,目的有二:一是展示dna 發現的科學歷程,讓學生感悟科學家的堅忍不拔、鍥而不舍精神;二是讓學生認識到科學的開放性,即科學是無止境的,承前啟后的不斷完善過程。據此,我們補充了“dna是主要的遺傳物質的發現史”這一資料。因為初中學生知識水平和學習能力的限制,我們對有些事件只是提及而已(如肺炎雙球菌的轉化實驗等),但當問到:“從上述生物學史當中,你有何收獲或是感受?”時,學生們普遍認為:生物學的發展,凝結了無數科學家艱苦的勞動。沒有堅忍不拔的毅力和不畏艱險的精神是不可能取得成功的。
在課堂上再現科學發現歷程,不僅讓學生體會到科學發現的艱辛與幸福,更為重要的是,科學家實事求是、務實嚴謹、團結協作的科學精神和敢于質疑、勇于創新、堅忍不拔的科學品質已悄然浸潤到學生的心靈深處,內化為自己生命的一部分。這一切,都極大地豐富了學生對科學本質的認識,學生心靈也得到了科學精神的點化和潤澤。