运用问题驱动学习策略培养学生的科学思维品质

张静

摘要 通过真实的案例设置情境，在情境中进行环环相扣的问题驱动，引导学生从事实性知识构建概念性知识，再到科学思维的升华，促进学生自己构建知识网络，形成概念体系，能有效地培养学生的科学思维品质。

关键词 情境设置 问题驱动 概念体系 科学思维品质

中图分类号G633. 91

文献标志码B

1 对问题驱动教学法的认识

问题驱动教学法是以建构主义教学理论为基础，从教学内容出发，在特定的情境下设计层层深入的有效问题，驱动学生探究并解决问题进而提高能力、获取知识的教学方法。该方法的关键在于构建合理的“问题链”，创设相应的问题情境，在恰当的环节呈现问题，并以此激发学生解决问题的欲望，同时通过教师的引导与启发，展示知识的形成和应用过程，让学生通过自己的思考解决问题，真正实现对概念知识的理解和构建，从而培养学生的科学思维能力。

2 “基因工程”教學案例

下面以2017年版人教版《选修3.现代生物科技专题》“基因工程”的复习教学为例，展示基于“问题驱动”的教学方法在生物课中的应用。

“基因工程”一节的教学内容难度较大，知识点繁多，重点是基因表达载体的构建和在实际情境中的应用，难点是PCR技术和目的基因的检测与鉴定。该部分知识与选修1模块中的PCR技术关系密切。因此，笔者将本节课的内容与选修1的多聚酶扩增DNA片段的内容进行了整合。

2.1 问题情境生活化

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》指出：有效的教学情境可以激起学生的好奇心和求知欲，点燃学生的学习热情，使学生形成良好的求知心理，从而使学生主动参与对所学知识的探索发现和认识过程，体验学习的乐趣。

为了满足学生在实际生活中对生物学知识的需求，教师在进行教学情境创设时，应多列举学生熟悉的实例，引导学生应用所学知识解决实际问题，培养学生的知识迁移能力，提高学生的知识整合与运用能力。

在教学过程中，笔者创设了这样一个真实的生活情境：播放当时最新的新冠病毒研究的视频，然后设问：在疫情期间，同学们最关心的一定是新冠病毒的作用机制以及人体如何抵抗新冠病毒。目前，科学家已经发现，新冠病毒通过S蛋白与人体表面的血管紧张素转化酶2（ACE2）结合，从而侵入宿主细胞。这给制备S蛋白的疫苗带来了可能性。假如你是生物科学家，思考一下，怎样通过基因工程的方法，以大肠杆菌作为工程菌制备S蛋白的疫苗？你的研究思路是什么？

这样的情境是从生活中来，到生活中去，与社会密切相关联，和学生的生活经验密切联系，使学生感兴趣，并能在课堂上尝试学以致用。正如赵占良老师所说：“情境创设要尽量真实，是在现实生活中真实存在的，并能作为问题解决型的学习任务的真实情境。”

2.2 问题设置系列化

教师要根据学生现有的认知水平和知识的内在联系，把难度大且抽象的问题设计成环环相扣的一系列问题，使每个问题符合学生的“最近发展区”。在本节教学中，教师创设情境，精心整合教材，引导学生思考一系列有梯度的问题，不仅学习了基因工程的操作步骤，也将PCR技术、酶切电泳技术等内容囊括进来，促进学生迁移与整合知识，形成基因工程的概念体系，同时培养学生的科学思维品质。

笔者共设置了5个问题驱动任务，其中前2个驱动任务比较基础，学生通过自己思考，自主学习就可以完成，后3个驱动任务较为深入，需要小组合作交流、协作讨论方能完成。

（1）驱动问题1：假如，科学家已经通过反转录方法，获得了S蛋白的cDNA，如图1所示，我们该选择什么种类的限制酶切割目的基因和质粒，构建基因表达载体呢？说明理由。

设计意图：实际的情境，激发了学生学习兴趣，引导学生思考，让学生带着问题进行学习。学生需要掌握选择限制酶的基本原则才能做出正确的选择，并学会分析选择一种酶切和两种不同酶切这两种方法的优缺点。

（2）驱动问题2：假如选择Kpn I和Sma I获得了重组质粒，请思考该如何筛选出导入重组质粒的大肠杆菌？

设计意图：学生需要利用抗性基因进行筛选重组质粒的方法一原位平板影印法，正确推理出两个平板上菌落生长的异同，训练理性思维，提升分析能力。

（3）驱动问题3：如果科学家已经制备了目的基因S蛋白的cDNA的一段单链DNA探针，用什么方法可以鉴定大肠杆菌中已经导入了目的基因？

设计意图：学生需要理解DNA分子杂交技术的原理，并尝试将该原理应用于新的情境中，养成解决实际问题的思维习惯和能力。

（4）驱动问题4：如果目的基因S蛋白的cDNA的首尾端分别存在A、B两种引物，除了利用以上两种方法进行筛选外，还能想到什么方法可以鉴定大肠杆菌中导入的是重组质粒还是普通质粒呢？

设计意图：培养学生思维发散和知识迁移的能力，将己学过的PCR技术和DNA凝胶电泳技术知识进行迁移和运用。这样有利于不同专题知识的整合和升华，形成一个完整的整体。

（5）驱动问题5：如果只利用PCR技术和AB两种引物，DNA凝胶电泳后，还是无法确定大肠杆菌中目的基因插入的位置是正确的还是反向的，有什么方法可以鉴定筛选出的菌落中含有的是正确插入目的基因的重组质粒？

设计意图：教师引导学生通过画图，利用不同的引物组合，引导学生分析目的基因正向连接和反向连接的PCR的产物会有哪些差别，深化学生对PCR技术的理解和应用，从而培养其知识迁移能力，增加学生探究的成就感，提高其科技兴国、人人有责的社会责任感。

2.3 教师引导学生总结学习内容

教师提出问题，促进学生自主构建自己的知识体系：通过这节课，你学到了什么？可以用概念图来表达吗？学生随着年龄的增长，他们的认知水平和总结归纳的能力有了显著提高。学生形成概念后，就可以将事实上升到理论的层面，从而将纷繁复杂的知识由点到线，由线到面构建成一个结构合理的整体。学生自己的构建知识网络的过程，就是概念系统化的过程、概念内在加工和整合的过程。概念系统化需建立在概念应用的基础上，学生建构较为完整的概念结构体系，从而实现从零散到集中、从局部到整体的升华;最终建构以概念体系为核心的学科知识体系，让学生能见到树木，有能见到森林，达到真正掌握知识的目的。

在学习“基因工程”后，学生尝试自己构建基因工程的概念图。这是外界知识进行同化和顺应的过程，学生在自己的构建过程中，形成了自己的内在的知识体系，便于以后在类似情境中，快速提取和应用知识。

3 教学反思

笔者设置的5个驱动问题不仅可以促进学生学习基因工程的操作步骤，还可以在鉴定目的基因的时候，促进学生发散联想，层层深入，实现选修3和选修1中交叉知识的迁移运用，将PCR的凝胶电泳技术和目的基因的鉴定结合起来，形成了完整的知识网络联系，有利于学生养成将课本得出的普遍规则和技术应用到实际情境中的科学思维品质。学生在课堂上参与了新冠病毒疫苗的研发过程，做出理性推理，提高了解决社会实际问题的担当和能力。

参考文献：

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