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综合实践活动课程的育人价值

2018-11-21天津市天津中学

中国科技教育 2018年7期
关键词:孟德尔外植体遗传

天津市天津中学

天津中学建于2000年,是天津市教委直属重点中学和首批示范校。学校建校之初面对新建校、定位高、基础差的现状,提出了全面贯彻新课程理念,把综合实践活动课程作为学校改革发展的切入点,以改革促发展的办学思路,确定了“让每个学生都获得良好的发展,为成功的人生作准备”的办学目标,以及“向生活学习,在对话中学习,自主学习”的办学理念。十几年来,学校坚持以综合实践活动课程作为学校教育改革和发展的切入点,积极探索“走向育人的综合实践活动课程常态化实施的研究”,按照课程要素,对综合实践活动课程进行系统构建,形成了“四个基本理念指导课程实施,三点预设开发课程资源,四题递进编制课程内容,四条途径创设活动空间,五个阶段完善实施过程、实施环节,六个举措彰显育人价值,三种基本评价方式激励引导学生活动”的完整体系。2014年9月荣获首届全国基础教育教学成果二等奖。

下面我们共同分享几个综合实践活动案例带给我们的启示。

案例一、亲历孟德尔实验,学生对遗传知识有了深刻把握

学校在校园内开辟了4000平方米的生态园,分别规划出小动物饲养区、农作物种植区、气象观测区、果树种植区等区域,还建设了一座200多平方米的智能温室,用于组培实验。生物组教师设计出系列研究课题,聘请天津市农科院和农学院等科研单位的专家指导学生做实验、做研究,还让学生了解专家的科研项目,参观专家的研究基地。通过活动,使学生的科研意识和动手能力得到培养,并体验了科研的奥秘,领悟了学习的真谛。生态园的实践活动并没有让学生脱离课本,而是使课本知识实践化。学生在学习孟德尔的遗传规律后,对实验过程充满了好奇与疑惑,总想利用学校生态园的便利条件,亲自体验遗传规律的研究过程。在与农学院专家的交流中我们获悉“津优8号黄瓜”产生了一种黄色叶色突变体。这个突变体性状遗传方式是怎样的呢?是细胞核遗传还是细胞质遗传呢?一系列问题激起了同学探求的欲望,于是学生开展了“津优8号黄瓜叶色突变体遗传机制的探究”课题。

课题研究之始,学生仅知道可以利用孟德尔的遗传规律开展研究,但是如何探究、利用什么方法、如何操作,并没有明确的思路,他们一遍遍地看书,还是感到课本学习到的理论知识很难在实践中体现。面对困境,教师与学生一起分析讨论,首先确定研究方法。课本中学到的“假说-演绎法”正是解决这类问题最常用的科学方法,也是学生学习过程的重难点。方法确定后,教师接着启发学生:“遗传规律能否观察到呢?如果不能,那么孟德尔是如何发现遗传规律的呢?”学生:“是通过对性状的分析。”教师:“那么我们同样可以通过观察性状作为突破点。”由于黄色叶色为突变性状,学生们分析出:自然条件下的绿色叶色个体为纯合体。明确这个问题后,教师继续引导学生作出假设、设计实验。并让学生明确,若叶色黄色是隐性性状,则与正常体杂交,后代应均为绿色;若杂交后代中出现黄色,则假设不成立。接下来,教师引导学生讨论第2个问题“确定突变体基因是细胞核基因还是细胞质基因?”学生根据已学的知识,经过引导和讨论,独立设计出了初步的实验思路“正交、反交”,同时作出相应的假设:若以黄色为父本,绿色为母本,进行正交实验,再以绿色为父本,黄色为母本,进行反交实验。若正交、反交结果一致,则说明该性状为细胞核遗传;若子代性状总与母本一致,为细胞质遗传。

进入实验实施阶段,在育苗、定植、水肥管理等方面,对生物小组的同学来说已不是问题,他们面临最大的问题是人工授粉。这一操作虽然在课本中有简单介绍,但还是难住了同学们。为此,教师专门请来了农学院的研究生相助,在详尽的讲解与操作演示中,学生们领悟到真知是从实践中得来的。当挥动的毛笔将一团团花粉涂抹在雌花的柱头上,当把一朵朵雌花用细线捆扎起来时,同学们都兴奋不已,看到自己的劳动成果,每个人都有了成为科研工作者的冲动。经过半个多月耐心的等待,学生获得了子一代的种子,将种子种下,观察植株子叶的性状,学生惊喜地发现子叶都是绿色的,说明假设成立,黄色叶色为隐性性状。同时正交、反交两组的实验结果一致,说明突变体性状是细胞核遗传。

在学生们欢呼雀跃的时候,教师进一步提出问题,能不能再设计实验,进一步证明我们的实验是正确的?学生们马上说出测交实验,这也是孟德尔做过的非常经典的验证实验。面对经过辛勤努力得到的研究成果,学生们感叹到:

“原来孟德尔的实验我们也可以做,终于对孟德尔定律大彻大悟了!”那么难理解的假说

演绎法,在经过课题研究后,学生在高考复习中这部分知识很少失分。

案例表明,学生知道孟德尔的遗传定律并不等同于能应用孟德尔的遗传定律。按照布鲁姆教育目标新分类学分析,知道孟德尔的结论属于认知的记忆层次,是6级分类中的第1级;而运用孟德尔结论于课题研究属于创造层次,是6级分类中最高的第6级,是有难度的。学生亲历了孟德尔的探究历程,这种密切结合书本知识的探究性学习,就像是一座桥梁,将学生学到的书本知识由理性转化为感性再升华为理性,也把接受式学习与发现式学习拧在一起,既发挥了接受式学习系统、高效地传承知识的优势,又让学生体验到发现的快乐,提高了实践能力,增强了生活中追寻真理的热情。使他们认识到科学其实离生活很近,我们也能像科学家一样做研究。在传统课堂上,学生课本知识的学习是“黑板上种田,书本里插秧”,对知识的理解是抽象的,往往以科学家、教师的认知替代了自己的建构。而在生态园实践中自觉的亲历实验,使学习变成了主动的意义建构。

案例二、破除定式在实践探索中创新

在“植物生长调节剂对安祖花叶片愈伤组织诱导率影响”的研究中,陆天宁了解到克隆技术能繁殖更多的安祖花。于是產生了克隆安祖花的想法。植物克隆虽已是现代生物技术领域的成熟技术,但也仍存在有待研究的问题。如人们往往按照套路选择培养基的激素配比,但这不是对所有植物都适用的。另外,从理论上讲,植物细胞具有全能性,植物克隆的外植体可选取任何部位,所以人们在克隆实验中对外植体选择存在随意性,其实这会影响克隆的存活率。这些都会导致安祖花快繁技术存在愈伤组织诱导率低、繁殖系数偏低、试管苗移栽后商品性差等问题。

在教师指导下,陆天宁开始了安祖花克隆实验。她没有将自己的思维框定在原来的定式中,而是探索安祖花何种部位做外植体污染率最低,以提高愈伤组织诱导率。她分别采集安祖花茎尖、幼嫩叶尖、花序和嫩叶叶柄为外植体,清洗后进行表面消毒,然后接种于含有激素的培养基中培养,通过计算污染率,确定适宜的部位为外植体材料。功夫不负有心人,经过大量实验比对,她最终有了新发现:“安祖学生在做组培实验花的嫩叶叶尖是最佳外植体,因为自然状态下,嫩叶的叶尖是卷在里层的,极少被污染。”

接下来,她由“不同品种的安祖花的愈伤组织形成快慢不同,不同外植体部位对形成愈伤组织有影响”,联想到“不同培养基对安祖花的愈伤组织诱导率是否也不同?不同植物激素对愈伤组织是否也有影响?”“如何在多因子变量中确定哪种培养基、哪些激素配比最佳?”她分别设计了对比实验,最后通过对数据统计分析,进一步得出了诱导愈伤组织的最佳效果的培养基与激素配比。

陆天宁克隆安祖花的研究,在外植体选择、培养基激素配制等方面具有创新性,因此荣获了全国青少年科技创新大赛三等奖。

案例三、权威们终于承认了马晓耘等的观测结果

马晓耘是学生社团天文小组的成员。2003年,他与京津两地天文爱好者一起观测到了流星雨,并将观测结果迅速发给了国际流星雨组织。但该组织负责人不相信,认为他们是“过于兴奋”。国际天文学会权威们的态度激起了马晓耘的愤慨,发愤要找到证据。他给日本的天文组织发信请求该组织提供电子观测记录,但没有回音,后来他在网上找到了这些资料,计算机连续下载了19个小时。面对浩如烟海的数据,他一时无从下手,在教师的指导和鼓励下,花了1个月的时间自学有关无线电观测的知识,学会了整理数据的方法,设计了计算程序。后来又经过了10多天夜以继日的计算,他竟然从日本提供的观测数据中找到了支持自己目视结果的证据,并将此结果发给了国际流星雨组织。在铁的事实面前,权威们终于承认了马晓耘等同学的观测结果,向世界各国予以公布,并邀请他参加国际天文学年会。

案例四、他为研究地质塌陷查阅了大约150万字的资料

孔维懋为研究地质塌陷,走访了焦作市国土资源局、农业局、林业局等很多单位,处处都碰了钉子,他非常沮丧,甚至愤怒。后来通过同学的母亲进了环保局,但是什么也问不出来。他打电话给俞世泰老师,俞老师说这很正常,并建议他直接去塌陷区进行实地勘察。到了塌陷区,情形马上有了改变,当地农民争着把他领到家里介绍情况。他身上带着摄像机、照相机,老百姓以为他是记者呢。在老百姓家里的墙上,他看到了一条条裂隙,一张小学生的三好学生奖状竟也被撕扯成两半,这对他是一个刺激。他立志一定要把课题搞出来,为塌陷区的老百姓做点实事。他深入田间、农户,了解了很多治理经验。但仅凭实地考察还不够,于是他找到了河南理工大学教授进行请教,教授为他提供的专著有《塌陷学概论》《地质塌陷与防护》《现代林业论》《采煤概论》等,再加上他自己浏览中国煤炭网和《中国矿业报》等,所学习的材料至少有150万字。这些书啃起来很费劲,一个工程师为他辅导了有关地质学的基础知识,这为他的自学铺平了道路。在学习研究及农民提供的经验的基础上,他提出了治理塌陷的4条思路:塌陷田间植树;在天台山旅游景区周围塌陷区植树,扩展景区范围;在焦作市周围建立环形绿化区,将煤城变成绿城;通过注水和回收雨水,将严重塌陷地区变成养鱼池。带着这样的思路他重新走访环保局等十几个部门。这时,每到一处都得到了热情接待。发改委对他的设想非常欣赏,按照他的设想作了规划,给市政府打了报告。

多年来,天津中学坚持综合实践活动常态化。2015年以来,在综合实践活动课程实践过程中,坚持育人为本,以学生兴趣、特长和现代社会多元化人才的需求为切入点,充分发挥综合实践活动课程的教育功能价值。在原有基础上又构建了以信息技术板块、自然科学板块、生产生活板块、人文艺体板块等4大核心板块的课程结构,并积极开发以年级组为单位的年级特色综合实践活动课程、以班级为单位的班级特色综合实践活动课程,统一开课、协同选课、一致管理。同时注重两类课程的融合,将综合实践活动课程融合了学科課程的主体结构和基本要素。近年来,每年开设综合实践活动课程44~55门。以2016-2017学年为例,共开设45门课程,其中信息技术10门、自然科学12门、生产生活16门、人文艺体7门,其中包含创客课程7门、发展性课程4门。2015年12月,学校获得天津市教委颁发的“特色形成校”称号。

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