基于体验与思辨的性别遗传模型构建

郑玲玲

（龙海市教师进修学校，福建 漳州 363100）

科学思维是生物学科核心素养的重要内容，学生在中学阶段不仅要学习科学知识，更重要的是要养成科学思维方法。在生物教学中开展模型建构教学，教师往往注重学生建构模型和应用模型的外化过程，而忽视模型建构后的评价和修正的思维过程。在建模思维形成过程中，更重要的是对初始建构的模型的评价和修正，通过师生评价、生生评价，让学生在思辨中，体验和判断模型的不足或缺陷，寻求证据，修正模型，并把它应用于解决实际问题中，从而培养学生批判性思维和创新能力，逐步学会科学研究的方法。

一、基于体验与思辨的模型建构教学

模型建构在教学中的应用主要有四个过程：建构模型（学生尝试自主构建模型）、应用模型（学生应用自主建构的模型解决问题）、评价模型（学生论证评价模型）、修正模型（学生根据论证评价结果修订模型）。［1］模型建构过程是一个双向反馈的过程，学生在建构的初始模型基础上，应用模型解决问题，通过举证分析，评价模型，根据评价结果修正或重构模型，再应用修正或重构后的模型，再论证评价。［2］他们的关系如图1。

在模型建构教学过程中，要让“体验”和“思辨”贯穿在教学过程的始终。

在建构模型过程中，教师要引导学生开展科学探究，根据观察结果和学生已有的知识经验，尝试应用实物、语言文字、数学、图形、图象等形式，通过模拟、类比、抽象、概括等方式，自主建构模型来阐释生命现象或生命活动规律。学生亲历这种由具体到抽象的过程，有利于抽象思维的发展。

图1 模型建构教学模式

应用模型就是学生把初始构建的模型应用于解释生命规律或预测生命现象，体验模型初步建构的成果，让学生体会模型建构作为一种科学思维方法的重要性，认识到科学理论是基于证据的推理及逻辑证明的建构，有利于学生深层次理解生物学科知识。

评价模型需要学生通过讨论和论证的方式比较评价模型，鼓励学生通过对话交流方式，生生互评、师生互评，使用事实或证据，来论证或反驳模型。通过这样的交流论证，让学生学会阐明观点、呈现证据进行辩驳，开展科学论证，尝试以科学研究的思维方式进行思考，培养学生的批判性思维，提高学生分析和解决问题的能力。

修正模型就是学生在考虑新增证据和资料的基础上，依据论证评价结果，修订模型，让学生明确生物科学知识是一种解释模型，是人类用来解释自然界生命现象及规律而建构的模型，随着新的证据的不断出现，需要不断修正。生物学科知识随着科学技术的发展，在不断的修正与完善中。在教学中要鼓励学生对初始建构的模型和修正后的模型进行对比，让学生认识到生物学科的科学本质，具有可修正性和生成性。［3］

在建模教学过程中，学生亲历模型建构过程，体验建模—用模—评模—修模的思维过程，学生尝试应用模型来表达和交流自己的观点，在交流与论证中，产生思维的碰撞，实现从一般认识到科学认识的转变，加深对生物学科知识的理解，让学生体验交流讨论的乐趣和建模成功的喜悦。

模型是否“正确”不是建构活动的终极目标，教学中应创造机会，让学生设计构建各种模型，并给予学生论证评价和修正模型的时间和空间，让学生认识到评价模型好坏的标准在于模型在解释说明现象或原理的力度和深度。［4］

二、人的性别遗传模型建构过程课堂教学

笔者以人教版义务教育《生物学》“人的性别遗传”的教学为例，探讨基于体验与思辨的模型建构的教学策略。

（一）教学设计框架

在笔者的教学案例中，设计精卵结合模拟实验，通过类比，引导学生亲历人的性别遗传模型建构的过程，通过建构模型—评价模型—修正模型—应用模型，在体验和思辨中构建模型，培养学生建模思维及建构模型的能力。

图2 教学设计框架

（二）教学过程及组织

1.模拟实验，体验精卵随机结合

小组合作完成模拟实验，感受精卵随机结合的过程。全班50 人，分为男生、女生两大组。男生23人，每4 人为1 小组，共6 小组；女生27 人，每4 人为1小组，共7 小组。

每组准备一次性纸杯两个，黑豆20 粒，红豆10粒，黄豆10 粒。黑豆代表卵细胞，黄豆代表含X 染色体的精子，红豆代表含Y 染色体的精子。甲、乙两个一次性纸杯，分别代表女性、男性生殖器官。

操作步骤：①在甲杯中放入黑豆20 粒，乙杯中放入黄豆、红豆各10 粒。②分别摇动两个纸杯，使两个纸杯中的豆子充分混合。③分别从两个纸杯中随机抓取一个豆子，组合在一起，记下两个豆子的组合（以XY 表示）。④将抓取的豆子放回原来的纸杯中，摇均。⑤按步骤（3）、（4）重复操作20 次。

小组对模拟实验操作的数据进行记录，并录入公共电脑EXCEL 表格中。

2.统计数据，发现数据规律

各小组统计XX、XY 两种组合出现的次数，讨论分析数据规律。

3.分享数据，尝试构建生男生女比例模型

各小组分享XX、XY 两种组合出现的次数统计结果，提出观点：XX、XY 两种组合出现比例大约为……

哪一种比例是正确的呢？

4.演绎推理，评价修正性别遗传规律模型

（1）学生根据已学的分离组合规律，自主构建人的性别遗传规律模型。

学生以女性决定性别的基因型XX，男性决定性别的基因型XY，在纸上推理演绎女性与男性结合，产生后代基因型比例。两位同学上台板演，构建遗传规律模型。

（2）生生互评，修正模型

学生演绎推理，生生互评，修正人的性别遗传数学模型——生男生女比例为1：1。

为什么多数小组实验结果男女比例不是1：1，是否存在操作错误呢？

（3）生生互评，辨析影响模拟实验数据偏差的因素，进一步修正数学模型

学生从实验操作方法、操作步骤等各方面，分析实验操作过程中的失误，辨析影响模拟实验数据偏差的因素。

（4）统计全班数据，验证人的性别遗传数学模型

虽然各小组实验实验分别得出的数据有差别，但如果把各小组的数据进行累加，我们来看看结果会怎样？由此引导学生归纳得出结论，即实验次数越多，数据越大，数据比例越接近1：1。说明随着实验次数逐渐增加，偶然性误差会逐渐减小。

（5）展示世界人口普查数据分析。进一步验证人的性别遗传数学模型——生男生女比例为1：1。

总结：人的性别主要由性染色体决定的。含有X和Y 的两种精子与卵细胞结合的机会是随机的，因此生男孩和女孩的机会也是均等的。

5.分组辩论，应用性别遗传规律，升华情感教育

（1）展示我国历年来人口普查数据，引导学生分析数据。为什么我国近年来人口普查结果男女比例偏高？引发学生对中国传统重男轻女思想的思考。

（2）全班分男、女两组，自由辩论“生男好还是生女好？如果人口比例失调会带来什么结果？”

通过学生自由辩论“生男孩好还是生女孩好？”进一步分析男女比例失衡造成的社会问题，让学生在激烈的辩论中，碰撞思维的火花，认识到非医学需要的胎儿鉴定和选择性别的人工终止妊娠是违法行为，从而实现情感升华，形成正确对待生男生女问题的科学观念。

三、由性别遗传模型建构引发的教学思考

在人的性别遗传教学中，含X、Y 染色体的精子和卵细胞随机结合过程日常生活中不能观察到，是教学中的难点。笔者在教学中设计模拟实验，以黑豆、黄豆、红豆，分别模拟卵细胞、含X 染色体的精子及含Y 染色体的精子，把抽象的精卵结合过程外显为可视的、可操作的具体过程，化抽象为形象，更符合学生的认知规律。

学生通过小组合作模拟实验，体验精卵随机结合的过程，小组数据统计，寻找数据规律，初步建构人的性别遗传数学模型（1：1）；通过演绎推理，师生评价、生生评价，学生寻找演绎推理结果与模拟实验数据的差异，思考和辨析影响模拟实验数据偏差的因素。在评价的基础上，修正性别遗传规律数学模型；通过全班数据统计，验证修正后的数学模型；通过世界人口统计数据，进一步验证模型；应用构建的人的性别遗传数学模型，分析我国近年来人口普查数据，引发学生思考和辩论，进一步分析男女比例失衡造成的社会问题，树立学生正确的性别观。

在教学中，通过模拟实验操作、数据统计、演绎推理、分组辩论等过程，让学生亲身体验人的性别遗传数学比例模型的建构、评价、修正和应用的过程，学生的体验、思考及基于证据的演绎推理贯穿在建模全过程，学生在思辨中逐步形成建模思维，提高学生的模型建构能力。学生尝试应用建构的性别遗传模型来表达和交流自己的观点，在交流辩论中，产生思维的碰撞，实现对性别遗传的科学认识，让学生体验交流辩论的乐趣，培养辩证性思维。透过小组数据统计—班数据统计—全国人口普查统计—世界人口数据统计，由小数据统计分析到大数据统计分析，让学生辨析数据统计对数学模型建构的影响，领悟科学知识的建构是在大数据的支撑下产生的，发展学生科学研究的思维。

模型建构过程是一个科学探究的过程，学生运用已有的知识经验，亲身经历和体验假设、模拟、推理、演绎、论证、评价、修正的思维过程，将复杂的生物现象及生命活动规律进行简化、抽象、概括出其本质属性。学生在体验和思辨中，领悟生物科学知识的认识过程，一旦学生将这种科学思维的方法内化为自已的认知图式，在解决实际问题过程中，学生就能很自然地使用和应用模型建构来协助自己思考，达到认识的飞跃。