基于科學思維培養(yǎng)的“問題任務概念”式教學設計

摘要：在“減數(shù)分裂和受精作用”第一課時的教學中，以前概念有絲分裂導入，通過問題任務活動的設置，引導學生初步建構減數(shù)分裂新概念。在此基礎上，逐級遞進問題任務活動探究深度，引導學生通過物理模型對減數(shù)分裂各時期圖像進行排序、分類、辨析。在分析問題和解決問題的過程中，學生可自主生成減數(shù)分裂的概念并將其與前概念進行整合，以此提升學科核心素養(yǎng)。關鍵詞：科學思維問題任務概念教學設計《普通高中生物學課程標準》（2017年版2020年修訂）中提道：“科學思維是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務實的求知態(tài)度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力?！弊鳛樯飳W核心素養(yǎng)四大要素之一的“科學思維”素養(yǎng)是生物學核心素養(yǎng)“能力”因素的關鍵部分。它既要以概念為思維的細胞，又是輔助概念形成的工具，并與生命觀念、科學探究和社會責任素養(yǎng)的達成有密切聯(lián)系。一、基于科學思維培養(yǎng)的“問題任務概念”式教學模式簡介“問題任務概念”式教學模式是利用“問題”引領課堂教學，利用“任務”驅動學生的主動學習，從而建構新的生物學“概念”，最終完成教學任務，發(fā)展學生科學思維的一種課堂教學模式。其教學模型如圖1所示。在高中生物學學科教學中，教師可將教學設置成三個環(huán)節(jié)：創(chuàng)設問題情境、布置任務活動和總結評價階段。該教學模式的運用能夠很好地發(fā)揮學生的主觀能動性，以問題和任務帶動新概念的自主構建，發(fā)展學生創(chuàng)造性思維、批判性思維和邏輯性思維等?？偨Y評價環(huán)節(jié)既可以對學生學習效果進行及時反饋，又可以幫助教師對本節(jié)課的教學效率做進一步的反思和改進。二、基于科學思維培養(yǎng)的“問題任務概念”式教學設計（一）教材分析和設計思路“減數(shù)分裂和受精作用”是人教版高中生物學必修2第2章的內(nèi)容，包括減數(shù)分裂和受精作用兩小節(jié)，其中減數(shù)分裂分兩個課時完成，筆者以第一課時減數(shù)分裂概念的構建為重點闡述對象。本章有關減數(shù)分裂的內(nèi)容，與《分子與細胞》模塊中染色體的物質(zhì)組成、細胞增殖、有絲分裂等內(nèi)容有密切的聯(lián)系，同時進一步解釋第1章孟德爾遺傳規(guī)律的實質(zhì)，也是第3章基因的本質(zhì)的學習基礎。因此學生對于減數(shù)分裂概念的順利構建是本節(jié)課的重點也是難點。在學習減數(shù)分裂時學生已經(jīng)了解了有絲分裂等相關前概念，并且具有模型構建的直觀前體驗。筆者在教學設計時，以前概念即有絲分裂導入，通過問題任務活動的設置，以任務驅動引導學生初步建構新概念，即減數(shù)分裂。所謂“任務驅動”，指的是教師在開展教育活動時，從構建主義理論視角，深入剖析教學目標，并將其打造成可行性較高的教學任務，以此幫助學生在鞏固以往認知體系的同時，創(chuàng)設出全新的知識體系，同時強化學生的創(chuàng)造意識與探究能力。在初識概念的基礎上，逐級遞進問題任務活動探究深度，引導學生通過物理模型對減數(shù)分裂各時期的圖象進行排序、分類、辨析，提升學生的科學思維，使其主動構建減數(shù)分裂新概念。（二）教學目標基于高中生物學課程標準的內(nèi)容要求、學業(yè)要求，圍繞培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的要求，針對第一課時制訂了如下教學目標，見表1。（三）教學過程1.課前準備教師依據(jù)2019年版新人教版生物學教材必修2第2章內(nèi)容，提前用白底硬紙板繪制好減數(shù)分裂各時期彩色圖像（包括減數(shù)第一次分裂前的間期、減Ⅰ前期、中期、后期、末期和減Ⅱ前期、中期、后期、末期），不標注具體時期及細胞名稱。為了使圖像更加清晰易懂，在繪制時選擇含有兩對同源染色體的初級精母細胞來討論其分裂過程，來自父方的染色體用藍色表示，來自母方的染色體用紅色表示。課前通過班級釘釘群提前布置學生復習前概念有絲分裂的相關內(nèi)容，并線上完成學習任務單上的課前任務。2.溫故知新，前概念導入教師根據(jù)學生線上完成的課前任務情況，利用希沃白板展示有絲分裂各時期圖像，并設置問題串：①真核細胞有絲分裂分為哪幾個時期呢？②這幾個時期是通過什么特征來進行區(qū)分的呢？③有絲分裂過程中親代細胞和子代細胞染色體數(shù)目有什么關系嗎？有什么意義呢？④是不是所有的細胞分裂后都能保持這種穩(wěn)定性呢？在最后一個問題的基礎上，展示人體胚胎發(fā)育過程圖，并進一步提問：⑤人體胚胎的發(fā)育起點是什么？⑥受精卵經(jīng)過什么樣的過程能夠發(fā)育成完整胚胎呢？⑦這里的分裂指的就是體細胞進行的有絲分裂，能夠保持遺傳的穩(wěn)定性。那么受精卵又是從哪里來的呢？⑧請大家推測精子和卵細胞中的染色體數(shù)目是否還與體細胞一致，為什么？設計意圖：依據(jù)課前線上學情反饋，通過設計層層遞進的問題串來復習前概念有絲分裂，并引導學生從胚胎發(fā)育的整體宏觀層面，理解個體發(fā)育起點是細胞，而細胞并不全是由老細胞分裂產(chǎn)生，并不都能保持遺傳的穩(wěn)定性，能夠批判性地進一步認知細胞學說的內(nèi)容。激勵學生大膽思考、敢于作出假設，并通過問題串來實現(xiàn)學生思維能力的逐步進階。3.學前準備，夯實基礎教師利用希沃白板展示圖2，并提出問題：①染色體的數(shù)目我們是通過什么來判斷的呢？②圖片中第1排依次表示幾條染色體、幾對染色單體、幾個DNA分子呢？請進一步分析第2排中染色體、染色單體和DNA的數(shù)目情況。設計意圖：本環(huán)節(jié)的設計旨在引導學生回顧染色體和DNA的相關知識，厘清染色體和DNA的關系，為后續(xù)減數(shù)分裂過程中染色體的行為變化奠定基礎。打破學生對于染色體形態(tài)的思維定式，引導學生了解多數(shù)真核生物的染色體通常只有一個著絲粒，著絲粒的位置并非固定在染色體的中心，著絲?？梢苑植荚谌旧w上的各個位置，包括染色體的末端。引導學生認同染色體的著絲粒的位置不一定都在中間著絲，有可能是端著絲或近端著絲，提升學生批判性思維能力。4.分層次探究減數(shù)分裂的過程【活動1】初步討論精子的形成過程，生成重要概念。問題串：①什么是同源染色體？何為聯(lián)會？聯(lián)會現(xiàn)象發(fā)生在什么時期？②什么是四分體？四分體中染色體互換的部位和時期。③精子的形成過程中共發(fā)生幾次分裂？涉及幾種細胞名稱？每次分裂染色體的關鍵行為是什么？④人體的X、Y兩條性染色體形態(tài)差異較大，但在減數(shù)分裂過程中依然能夠聯(lián)會，說明什么？學生用5分鐘的時間來快速地閱讀課本相關知識和分析減數(shù)分裂圖像，探究這4個問題。在學生探究的基礎上，教師利用圖片引導學生進一步批判性認識同源染色體聯(lián)會形成四分體的過程（圖3）。設計意圖：通過初步的概念構建，引導學生找到兩次分裂染色體的關鍵行為。學生在活動中解決問題，圍繞中心問題展開討論，幫助學生提升科學思維和團隊合作精神。學生通過A、B、C圖像糾錯和進行問題分析，辯證地認識同源染色體和四分體的概念，認同C圖像符合同源染色體的特征，即形態(tài)大小一般都相同，一條來自父方，另一條來自母方。另外補充人體23對染色體形態(tài)結構圖示，引導學生注意X、Y兩條性染色體，雖然形態(tài)差異較大但仍能在減數(shù)分裂過程中配對。通過特例分析幫助學生構建更加系統(tǒng)全面的新概念體系，透徹理解同源染色體的概念，通過對相關圖示問題進行分析，發(fā)展學生邏輯性科學思維?！净顒?】深度分析減數(shù)分裂過程，提升科學思維能力。任務串：①請同學們將減數(shù)分裂各時期圖像進行排序。假設現(xiàn)在大家是減數(shù)分裂過程中各個時期的細胞代表，請9位同學上來隨機抽取自己的圖像，按減數(shù)分裂順序找到自己的準確位置，從精原細胞開始自行站成一排，雙手舉起細胞圖像，面向其他同學。待上來的9位同學完成排序后，其他同學來評價他們的站隊位置情況是否合理。②請嘗試區(qū)分哪些圖像含有同源染色體。這9位同學，如果你們認為自己所代表的細胞中含有同源染色體，請你站在老師的左側；如果你們認為自己所代表的細胞中不含同源染色體，請你站在老師的右側。③請對比分析兩次分裂各時期圖像的區(qū)別。首先請減數(shù)第一次分裂前期和減數(shù)第二分裂的同學代表出列，站在前面，請這兩位同學說說如何來區(qū)分兩個前期。以此類推，減Ⅰ中期和減Ⅱ中期的細胞有何異同？減Ⅰ后期和減Ⅱ后期呢？減Ⅰ末期和減Ⅱ末期呢？設計意圖：通過三個難度逐漸升級的任務，引導學生進一步深化理解減數(shù)分裂的過程以及染色體的行為變化特征。第一個任務是對減數(shù)分裂各時期圖像進行排序，讓學生初步體驗減數(shù)分裂的幾個時期染色體的變化情況，認同減數(shù)分裂是一個動態(tài)變化的過程。第二個任務讓學生進一步分析圖像中同源染色體的分布情況，是對活動1的升華，進一步生成同源染色體的概念。第三個任務是要求學生不僅能夠識別相應的圖像，而且能夠對染色體行為特征進行對比分析。學生在模型構建過程中可能會出現(xiàn)分歧，教師引導學生分析問題并通過小組討論解決問題，實現(xiàn)新概念的升華構建，在“問題任務概念”教學模式過程中評價學生學習成果，提升學生科學思維能力，發(fā)展學生生物學科核心素養(yǎng)。5.歸納總結，思維拓展教師在學生分層次探究活動的基礎上進行總結評價，并逐步展示精子形成過程示意圖。學生在此基礎上自主歸納減數(shù)分裂的概念，并據(jù)圖分析減數(shù)分裂過程中染色體和核DNA數(shù)目的變化情況，理解減數(shù)分裂的實質(zhì)和意義。學生課后根據(jù)學習任務單的任務要求，通過班級釘釘群線上完成卵細胞的形成過程示意圖的繪制，并與精子形成過程進行比較，完成減數(shù)分裂過程中染色體和核DNA數(shù)目的數(shù)學模型構建，線上提交。在下一節(jié)課進行課堂線下成果展示。設計意圖：學生通過歸納總結進一步鞏固概念，并且通過繪圖的方式自主學習卵細胞的形成過程，加深了對減數(shù)分裂過程的認識，提升了動手能力和科學思維能力。分組完成染色體和核DNA數(shù)目的變化曲線圖繪制，有利于培養(yǎng)學生的團隊合作精神和邏輯性思維能力。在繪制結果展示時，也可能會出現(xiàn)不同的變化趨勢的曲線圖，引導學生進行組間思維碰撞，討論出現(xiàn)分歧的內(nèi)在影響因素，提升其批判性思維能力。（四）教學反思在本節(jié)的教學中，筆者采用“問題任務概念”式教學模式作為統(tǒng)領本節(jié)的教學主線，過渡自然流暢，邏輯清晰嚴謹，能夠激發(fā)學生激烈討論，深化概念構建，提升學生科學思維能力，課堂氛圍非?；钴S，課堂效果可觀。充分利用現(xiàn)代教育技術，采用線上線下的“雙線混合式”教學策略，將生物學事實性等事實知識、新概念學習需要的已有知識在課前通過學習任務單的形式讓學生線上預習完成，課堂上教師著力通過兩個教學活動，即活動1（初步討論精子的形成過程，生成重要概念）和活動2（深度分析減數(shù)分裂過程，提升科學思維能力）的設置由淺入深，層層遞進，引導學生逐步構建新概念，發(fā)展學生科學思維。尤其是活動2中三個小任務的巧妙設置，解決了學生容易混淆的問題，如同源染色體的辨析、圖像對比分析、染色體和核DNA數(shù)目變化等。課后學生再通過線上任務完成數(shù)學模型的構建，進一步升華了對減數(shù)分裂中染色體和核DNA行為變化的理解。筆者對三個班級的學生進行了課堂試驗，在進行活動1時，通過三個圖像對比分析和人體性染色體對比圖，學生能夠清晰地理解同源染色體的概念，并能較快掌握同源染色體相關的圖像辨析。學生進行活動2深層次探究活動時，對于減數(shù)分裂各時期圖像的排序表現(xiàn)出極大的興趣，積極報名參與，其他同學也全身心投入評價的行列中。尤其是兩兩圖像對比分析階段，學生表現(xiàn)出了較好的語言表達能力和邏輯推理能力。每個班級的圖像