山東省菏澤市曹縣第一中學(xué) 趙淑亞

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中將科學(xué)思維作為生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)容之一，提出科學(xué)思維主要是指認(rèn)識(shí)事物、解決問(wèn)題的思維習(xí)慣和能力，主要包括歸納和概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等能力。因此，探究高中生物學(xué)課堂教學(xué)中，如何培養(yǎng)高階思維的教學(xué)設(shè)計(jì)具有必要性。以部編人教版高中生物學(xué)“重組DNA技術(shù)的基本工具”這節(jié)課為例，探究課堂教學(xué)中高階思維培養(yǎng)的思路和方法，擬為廣大教師教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生高階思維提供理論支持。

下面是“重組DNA技術(shù)的基本工具”的教學(xué)設(shè)計(jì)，以理論聯(lián)系實(shí)際，目的是促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展。

一、課前探知，提出問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新思維發(fā)展

課前給學(xué)生布置任務(wù)，學(xué)生參與完成任務(wù)，來(lái)驅(qū)動(dòng)思維發(fā)展。本課內(nèi)容是學(xué)習(xí)本章其他內(nèi)容的基礎(chǔ)，具有至關(guān)重要的作用。因?yàn)橹亟MDNA技術(shù)所需的“分子工具”對(duì)學(xué)生而言是抽象的，遵循“簡(jiǎn)約、形象、誘思”的原則，課前讓學(xué)生收集基因工程應(yīng)用的實(shí)例，也可以讓學(xué)生借助教材中的素材，如章引言中培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的實(shí)例。高階思維需要對(duì)問(wèn)題情境進(jìn)行分析。本課開篇“從社會(huì)中來(lái)”欄目中培育轉(zhuǎn)基因番木瓜的實(shí)例，提出了問(wèn)題——需要用到哪些“分子工具”，學(xué)生可以充分發(fā)散思維，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維。

問(wèn)題是驅(qū)動(dòng)學(xué)生思維運(yùn)轉(zhuǎn)的“催化劑”，它引導(dǎo)了學(xué)生思考的方向，給學(xué)生帶來(lái)了學(xué)習(xí)的動(dòng)力，有利于學(xué)生自主思考和主動(dòng)探究知識(shí)的來(lái)龍去脈。教師設(shè)置課前任務(wù)單：①限制酶從哪里尋找；②限制酶的意義；③DNA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制；④重組DNA技術(shù)用到哪些分子工具。在此基礎(chǔ)上呈現(xiàn)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，要求學(xué)生把這幾個(gè)答案寫在任務(wù)單上。課前教師收集任務(wù)單，前兩個(gè)問(wèn)題屬于低階思維，而驅(qū)動(dòng)問(wèn)題③和④屬于高階思維，學(xué)生解決情況不好，需要課堂誘導(dǎo)解決。任務(wù)單也能建立新舊知識(shí)之間的聯(lián)系。高階思維包含新舊知識(shí)間關(guān)系的建立。在對(duì)問(wèn)題情境進(jìn)行分析之后，個(gè)體還需要在新舊知識(shí)之間建立起對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而將已知的信息轉(zhuǎn)化為適用于新情境的結(jié)構(gòu)化知識(shí)。

二、課中探究，構(gòu)建知識(shí)模型

高階思維的概念框架表明，它是一個(gè)多種認(rèn)知成分協(xié)同作用的復(fù)雜認(rèn)知過(guò)程，其發(fā)展依賴一個(gè)貼近真實(shí)生活經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)情境來(lái)激活其中的認(rèn)知成分。

（一）實(shí)踐分享，發(fā)展學(xué)生分析、提出、評(píng)價(jià)問(wèn)題的能力

上課前教師讓學(xué)生展示任務(wù)單答案，在交流過(guò)程中，讓學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)學(xué)生運(yùn)用實(shí)例和舊知識(shí)來(lái)分析比較、作出判斷，這是高階思維形成的過(guò)程。在學(xué)生交流時(shí)，引導(dǎo)他們建立新舊知識(shí)之間的聯(lián)系，可為新授環(huán)節(jié)構(gòu)建概念作鋪墊。

（二）遞進(jìn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)，提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力

環(huán)節(jié)一：引入基因工程概念、原理及研究?jī)r(jià)值。

根據(jù)章引言，教師提問(wèn)能否將蘇云金桿菌的“殺蟲基因”導(dǎo)入棉花細(xì)胞，使棉花自身產(chǎn)生抗蟲蛋白來(lái)抵抗棉鈴蟲呢？根據(jù)遺傳學(xué)知識(shí)闡明理由。這樣的問(wèn)題設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)從感性認(rèn)識(shí)到分析、構(gòu)建概念的過(guò)程，是形成高階思維的過(guò)程。絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)為DNA是基礎(chǔ)知識(shí)，根據(jù)問(wèn)題設(shè)計(jì)，所有生物共用一套遺傳密碼，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)從感性認(rèn)識(shí)到分析、構(gòu)建概念的過(guò)程，是形成高階思維的過(guò)程。

環(huán)節(jié)二：探究分析基因工程需要用到的“分子工具”。

本環(huán)節(jié)有三個(gè)探究活動(dòng)，探究活動(dòng)一：“探究限制酶的作用特點(diǎn)及結(jié)果”；探究活動(dòng)二：“探究DNA連接酶的作用特點(diǎn)”；探究活動(dòng)三：“探究載體必備條件?！蓖ㄟ^(guò)這一環(huán)節(jié)的活動(dòng)體驗(yàn)，讓學(xué)生構(gòu)建基因工程的概念，必須從DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，以解決問(wèn)題。教師展示教材中的“重組DNA技術(shù)所需的三種工具示意圖”，讓學(xué)生分析這三種工具的作用。

探究活動(dòng)一。結(jié)合教材形象、直觀的插圖，如“限制酶切割DNA分子產(chǎn)生兩種不同末端的示意圖”，可以使學(xué)生準(zhǔn)確理解切割部位和“黏性末端”的內(nèi)涵。在分析問(wèn)題時(shí)，學(xué)生不明白切割位點(diǎn)及如何剪切。給學(xué)生提供印有不同DNA序列的紅色、綠色和黃色的紙條（其中綠色紙條用透明膠帶首尾連接成環(huán)），讓學(xué)生仔細(xì)觀察紙條上的DNA序列，并結(jié)合教材中提供的限制酶EcoRⅠ和SamⅠ的識(shí)別序列信息，用貼有EcoRⅠ標(biāo)簽的剪刀剪切黃色紙條上的特定位點(diǎn)。有了前置體驗(yàn)，學(xué)生能理解限制酶的作用特點(diǎn)，兩種限制酶產(chǎn)生的末端有什么不同。將微觀作用通過(guò)模擬活動(dòng)的形式呈現(xiàn)，可以讓學(xué)生更加清晰地認(rèn)識(shí)限制酶的作用特點(diǎn)，提出一些相應(yīng)的問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生思考，幫助學(xué)生深入理解這部分知識(shí)體系，再讓學(xué)生完成學(xué)案上的問(wèn)題：①限制酶的作用特點(diǎn)；②限制酶存在于原核生物的意義。其中問(wèn)題②屬于高階思維的問(wèn)題，使學(xué)生完成了由低階思維向高階思維形成的過(guò)程。

探究活動(dòng)二。在前置體驗(yàn)活動(dòng)模型基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察上述活動(dòng)中剪切綠色、紅色紙條產(chǎn)生的“DNA片段”的末端，并用訂書器將從紅色紙條上剪切下來(lái)的“DNA片段”連接到綠色紙條的切口處誘思“訂書器代表什么？訂書釘代表什么？DNA連接酶的作用位點(diǎn)是什么？”通過(guò)構(gòu)建的物理模型，幫助學(xué)生直觀感知DNA連接酶的作用特點(diǎn)。探究活動(dòng)后，在學(xué)案上完成知識(shí)建構(gòu)（歸納幾種酶的比較）。根據(jù)教材展示，一位學(xué)生介紹DNA連接酶的分類和作用，其他學(xué)生聽講，學(xué)生構(gòu)建DNA連接酶的概念和知識(shí)體系，符合思維進(jìn)階過(guò)程。

探究活動(dòng)三。教材展示，怎樣才能將外源基因送入細(xì)胞呢？通常是利用質(zhì)粒作為載體，將基因送入細(xì)胞。質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獨(dú)立于細(xì)胞核或擬核DNA之外，并具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子。提出問(wèn)題：①載體要與外源基因連接，需要具備什么條件？②要使攜帶的外源基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，載體需要具備什么條件？③肉眼看不到載體是否進(jìn)入受體細(xì)胞，為了便于篩選重組DNA分子，載體需要具備什么條件？在前置體驗(yàn)活動(dòng)中，學(xué)生對(duì)綠色和分析紙條的操作，模擬的就是將外源基因連接到質(zhì)粒載體的操作，是引導(dǎo)學(xué)生分析載體必備條件之一，即具有一或多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，供外源基因插入其中。通過(guò)思考題引導(dǎo)學(xué)生分析載體需要具備的條件，培養(yǎng)他們分析、推理、歸納和總結(jié)的能力，是高階思維形成的過(guò)程。

指導(dǎo)閱讀教材“科技探索之路”的內(nèi)容，思考科學(xué)家發(fā)現(xiàn)三種“分子工具”的意義。學(xué)生理解并認(rèn)同基因工程是在遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)和微生物學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它需要相關(guān)理論和技術(shù)的支撐，建立學(xué)科之間、學(xué)科模塊之間的聯(lián)系，也是形成高階思維的過(guò)程。

三、課后反思，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維

批判性思維是指在思維過(guò)程中，通過(guò)反思、分析問(wèn)題來(lái)作出決定并解決問(wèn)題。布置課后作業(yè)，請(qǐng)學(xué)生思考如何利用本課所學(xué)的三種“分子工具”培育轉(zhuǎn)基因番木瓜。該題也為下節(jié)課學(xué)習(xí)做好知識(shí)鋪墊。課后，學(xué)生迫不及待地交換自己的思想，從知識(shí)性角度發(fā)表自己的想法，和同學(xué)交流改進(jìn)、創(chuàng)新措施。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)理解和思考，對(duì)他人解答作出評(píng)價(jià)，形成批判性思維。經(jīng)過(guò)思維碰撞，形成批判性思維，通過(guò)合理改進(jìn)，也是高階思維形成的過(guò)程。

綜上所述，針對(duì)學(xué)生認(rèn)知困惑，經(jīng)過(guò)課前、課中、課后多層次探究活動(dòng)，培養(yǎng)了學(xué)生的高階思維。創(chuàng)新型的物理模型，不僅使抽象概念形象化，也培養(yǎng)了學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。結(jié)合高中生物學(xué)教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了課堂教學(xué)中培養(yǎng)高階思維的過(guò)程與方法。