教育信息化2.0促进学生高阶思维发展的教学实践——以“表观遗传学”教为例

江 钐

（福建省宁德市高级中学 福建宁德 352100）

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》明确指出科学思维是生物学学科核心素养的重要部分，提出充分利用信息技术提高课堂教学效率的教学建议。2018年4月13日教育部发布了《教育信息化2.0行动计划》，主要提到：“将信息技术和智能技术深度融入教育全过程。”科学思维的最高层次是高阶思维。下面以“表观遗传”教学为例，谈谈教育信息化2.0促进学生高阶思维发展的教学策略。

1 高阶思维和教育信息化2.0

1.1 高阶思维和教育信息化2.0的内涵

高阶思维是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力。布鲁姆教育目标分类包括记忆、理解、应用、分析、评价和创造。前三个目标对应低阶思维，后三个目标对应高阶思维。高阶思维能力是通过深度学习达成的综合性能力，主要包括问题求解、发展创新、决策和批判性思维能力。

教育信息化2.0积极推进“互联网+教育”，其核心理念是信息技术与教育教学深度融合，实施教育智能化、数字化和网络化。基于互联网的大资源观，营造信息化教学环境，将信息技术嵌入学习系统中去处理和分析数据，应用信息技术解决问题、创新教学。

1.2 教育信息化2.0促进学生高阶思维发展的路径

教育信息化2.0是用技术去创新教学：通过精选互联网信息资源，知识可视化，发展学生分析思维；通过增强互动，检测反馈，发展学生评价思维；通过思维可视化，设计生成，发展学生批判创新思维。教师要把教育信息化2.0时代下的核心素养内化于心、外化于行，用技术去创新教学，“改变教育教学模式”以“实现教育的结构性变革”，发展学生高阶思维。

教学中，教师根据“先行组织者”和“学习主体”选择与设计教学媒体，充分利用“互联网+”收集处理图片、视频等信息资源，激发学生多元思考。信息技术使学生思维可视化，醍摩豆软件中的“即问即答”（IRS）功能，是通过学生按键反馈器，得到答题生成的各选项判断柱形图比例数据，点击翻牌可知各选项答题的每位学生名单，可搜集学生想法或利用统计表看学生有几种想法，选择并提问学生的答题思路，使教师的反馈调整和引导决策更为及时，使课堂教学更有针对性和生成性。IRS抢权再表达想法的活动使学生更想说出自己的想法。二次反馈作答能帮助学生厘清概念，进阶问题培养学生高阶思维，最大成效地激发并深化学生的思考，如图1所示。

图1 醍摩豆IRS激发讨论并培养学生高阶思维的教学模式

2 教育信息化2.0促进学生高阶思维发展的教学策略

2.1 提供信息资源发展学生分析思维

按照布鲁姆的教育目标分类，“分析”包括区别、组织和归因。区别即聚焦相关或重要信息，组织即建立知识联系；归因即说明事物的缘由。教学中，教师可通过培养学生获取信息、知识整合、归因推理，提高学生分析认知水平。

针对第一个教学环节“什么是表观遗传”，教师展示教科书中有关柳穿鱼和小鼠性状改变资料，提供互联网下载并处理的DNA甲基化有关图，要求学生分析柳穿鱼和小鼠性状改变的原因，并用不完全归纳法归纳表观遗传概念，从而培养学生获取信息、归因推理和描述概括能力。学生聚焦资料中密切相关的信息，分析推理。在探究体验过程中，学生进行思维碰撞，分析内在原因，提炼、归纳出表观遗传概念，并认识到被甲基化修饰基因结构的生物学功能将受到影响，从而形成结构与功能相适应的生命观念。

由于学生对基因内在结构的认知较肤浅，缺少染色体四级结构的知识，对第二个教学环节“表观遗传调控基因表达机制”的学习，学生感到十分抽象难以理解。教师通过自制DNA甲基化、组蛋白乙酰化和去乙酰化微视频，将抽象的知识化难为易。学生观看视频，思考这些机制如何影响性状表达，归因推理，连贯描述。教师运用希沃视频播放过程的拍照功能，对视频不同的重要内容依次进行截图分析，促进学生聚焦重要信息；开启醍摩豆（或希沃）“定时”功能，让学生限时讨论问题，通过醍摩豆“随机挑人”功能，请学生参与问题回答。学生观察动态的生命变化过程，感受生命的神奇，分析视频情境资料，认识到“DNA甲基化过程基因的碱基序列不变，但会使基因表达关闭”。视频截图的对比帮助学生认识生命变化的内在本质，使学生理解组蛋白乙酰化和去乙酰化将分别促进和抑制基因的转录。动态视频使微观的结构宏观化，抽象的内容直观化，促进学生归因分析，能取得自制模型授课无法达到的效果。

2.2 利用信息技术发展学生评价思维

按照布鲁姆的教育目标分类，“评价”包括检查和评论。检查即检测，评论即判断。评价是批判性思维的核心。教学中，教师可通过试题检测、问题判断，提高学生评价认知。

2.2.1 试题评价

教师提供试题，以诊断学生对表观遗传概念的掌握情况，例如：

关于表观遗传的理解，下列说法不正确的是（ ）

A.表观遗传现象与外界环境关系密切

B.DNA碱基排列顺序不同，甲基化程度可能不同

C.DNA甲基化修饰不改变碱基序列，但可能遗传给后代

D.柳穿鱼花的不同形态均是由一对等位基因控制的

借助醍摩豆软件，学生用反馈器按键，电脑上显示选择B和D人数比例分别为32%和68%。信息化的课堂生成使课堂评价更有针对性。教师请选对的学生说明理由，学生认识到虽然DNA甲基化过程碱基排列顺序不变，但C、G碱基排列多的基因，甲基化程度可能更高。选择B的学生忽略了概念的外延。等位基因是不同基因，柳穿鱼植株A与B是相同基因，因此D不正确。课堂醍摩豆反馈器的使用将学生的思维外显，实现“可见的学习”、靶向教学，促进课堂生成。

2.2.2 评论判断

课前教师询问学生喜欢的食品。针对学生喜欢吃薯片、烧烤等垃圾食品，教师情境导入，展示图片，并提出问题：某正常人因食入垃圾食品，而导致肥胖并患有Ⅱ型糖尿病。因食物导致的肥胖和Ⅱ型糖尿病，有可能遗传给后代吗？认为有可能遗传按1，不可遗传按2。学生用醍摩豆反馈器按键，教师得到每位学生答题柱形图数据。教师提问选2认为不可遗传的学生的判断依据。选2的学生大都认为遗传物质没有改变是不遗传的。接着，教师导入新课：今天我们来学习后天行为会不会遗传？我们的生活及行为习惯对我们的后代有什么影响？情境导入引发了学生认知冲突、质疑困惑：难道遗传物质没有改变的性状也能遗传？问题激发了学生探求新知的欲望和学习热情。

课尾，学生二次作答课前导入的问题。答题的柱形图显示出前后两次作答的数据对比，由导入时选1占30%上升到课尾选1占95%，反馈出学生通过课堂学习，认知发生了很大转变。教师趁热打铁地展示图示“由食物导致的肥胖和苗条表型可能可以遗传”，引导学生应该崇尚健康文明的生活方式，提倡良好习惯，均衡饮食，健康生活，并能从行动上主动宣传正确的健康观念，履行社会责任。

教师展示抽烟等系列图片和资料，引导学生进阶思考：什么因素会导致DNA甲基化？基于抽烟导致精子DNA甲基化的事实，我们生活中应该怎么做?如何担当社会责任？如何理解基因与性状复杂性，如何评价基因决定生物性状这一观点？认为观点对按1，不对按2，不全对按3，并说明理由。这样，教师可以培养学生批判性思维和问题决策力。

2.3 借助信息化2.0发展学生创造思维

按照布鲁姆的教育目标分类，“创造”包括产生、计划和生成。产生即假设，计划即设计，生成即建构和解决问题。创造是在批判性思维和创造性思维基础上形成。教学中，教师可通过引导学生提出问题、作出假设、设计实验、问题决策，提高学生的创造性认知。

2.3.1 引导假设，设计实验

学生质疑询问：为什么DNA甲基化碱基序列不变，异常性状却能遗传？教师启发：要解决这个问题，必须解决什么问题？你能有什么假设？学生用醍摩豆反馈器按键分别表示种假设。教师根据学生答题柱形图反馈，翻牌提问假设多的学生。之后学生再按键补充。最后，师生筛选出2个假设：①甲基化基因必须可以复制并通过生殖细胞传递给子代；②亲代甲基化基因能遗传给子代。

假设需要证据来说明。教师提供资料：研究表明，当甲基化仅存在于一条链时，甲基转移酶发现了这种不平衡，它会把“失去”的甲基化加到新合成的链上（图2）。甲基转移酶DNMT1能够识别是否有CpG序列的甲基化仅存在于一条链中。教师引导学生解读资料并提取证据，思考问题：图中①指生物学什么过程？②指什么物质？图示说明了什么？此过程培养了学生基于科学研究证据得出结论的意识。

图2 甲基转移酶作用过程示意衅

针对亲代甲基化基因能遗传给子代的假设，教师引导学生思考：F1代柳穿鱼甲基化的基因是否遗传给子代？如何设计简单的实验验证你的假设？根据遗传的特点，学生思考讨论后认为：用F1代柳穿鱼与植株B进行杂交试验，若F2出现部分植株的花与植株B相似，则证明亲代基因的甲基化可以遗传给子代，反之则不能。实验设计培养了学生如何选择亲本，如何判断子代，在实验情景中体会科学探究的本质。

2.3.2 知识建构，问题决策

借助希沃软件里的“课堂活动”“选词填空”及“拖曳”功能，学生完成资料1和2共同点的归纳判断填写。教师进一步引导学生对表观遗传概念进行深度思考，借助“思维导图”，对课堂学习内容进行知识结构化和思维可视化的梳理，使学生感受对知识的多元理解视角。师生共同归纳概括，从特点、原因和本质3个角度建构出表观遗传的知识框架与结构；同时，梳理知识逻辑，总结表观遗传调控基因表达的机制，借助问题引导的逻辑，归纳出表观遗传调控基因表达的机制模型（图3）。

图3 表观遗传调控基因表达的机制

教师引导学生根据第四章学习的内容，思考以下问题：对基因表达，你想到哪些知识？这些知识之间的关系如何？学生进行发散思维，想到了转录翻译、细胞分化和表观遗传内容。接着，教师要求学生将单元知识梳理关联，共同建构完善概念图（图4）。教师运用希沃白板5手机端移动授课的“相机”功能进行屏幕同传，将学生纸质书写拍照上传，由同学评价并完善知识建构。

图4 基因表达单元概念图

基于吸烟和过量饮酒会影响人体DNA甲基化水平，损害健康，乃至影响下一代，教师组织学生学以致用，讨论生活及社会议题：①谈谈合理膳食、健康的生活方式对人们的影响。②运用互联网，课外开展活动：调查表观遗传理论在治疗或抑制肿瘤发展等医学技术方面的作用；调查DNA甲基化对生物生存繁衍的意义的活动；收集有关DNA甲基化与生物进化关系的资料。