教育信息化2.0促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展的教學(xué)實踐——以“表觀遺傳學(xué)”教為例

江 釤

（福建省寧德市高級中學(xué) 福建寧德 352100）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》明確指出科學(xué)思維是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要部分，提出充分利用信息技術(shù)提高課堂教學(xué)效率的教學(xué)建議。2018年4月13日教育部發(fā)布了《教育信息化2.0行動計劃》，主要提到：“將信息技術(shù)和智能技術(shù)深度融入教育全過程。”科學(xué)思維的最高層次是高階思維。下面以“表觀遺傳”教學(xué)為例，談?wù)劷逃畔⒒?.0促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展的教學(xué)策略。

1 高階思維和教育信息化2.0

1.1 高階思維和教育信息化2.0的內(nèi)涵

高階思維是指發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動或認(rèn)知能力。布魯姆教育目標(biāo)分類包括記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造。前三個目標(biāo)對應(yīng)低階思維，后三個目標(biāo)對應(yīng)高階思維。高階思維能力是通過深度學(xué)習(xí)達(dá)成的綜合性能力，主要包括問題求解、發(fā)展創(chuàng)新、決策和批判性思維能力。

教育信息化2.0積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，其核心理念是信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，實施教育智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的大資源觀，營造信息化教學(xué)環(huán)境，將信息技術(shù)嵌入學(xué)習(xí)系統(tǒng)中去處理和分析數(shù)據(jù)，應(yīng)用信息技術(shù)解決問題、創(chuàng)新教學(xué)。

1.2 教育信息化2.0促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展的路徑

教育信息化2.0是用技術(shù)去創(chuàng)新教學(xué)：通過精選互聯(lián)網(wǎng)信息資源，知識可視化，發(fā)展學(xué)生分析思維；通過增強(qiáng)互動，檢測反饋，發(fā)展學(xué)生評價思維；通過思維可視化，設(shè)計生成，發(fā)展學(xué)生批判創(chuàng)新思維。教師要把教育信息化2.0時代下的核心素養(yǎng)內(nèi)化于心、外化于行，用技術(shù)去創(chuàng)新教學(xué)，“改變教育教學(xué)模式”以“實現(xiàn)教育的結(jié)構(gòu)性變革”，發(fā)展學(xué)生高階思維。

教學(xué)中，教師根據(jù)“先行組織者”和“學(xué)習(xí)主體”選擇與設(shè)計教學(xué)媒體，充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”收集處理圖片、視頻等信息資源，激發(fā)學(xué)生多元思考。信息技術(shù)使學(xué)生思維可視化，醍摩豆軟件中的“即問即答”（IRS）功能，是通過學(xué)生按鍵反饋器，得到答題生成的各選項判斷柱形圖比例數(shù)據(jù)，點擊翻牌可知各選項答題的每位學(xué)生名單，可搜集學(xué)生想法或利用統(tǒng)計表看學(xué)生有幾種想法，選擇并提問學(xué)生的答題思路，使教師的反饋調(diào)整和引導(dǎo)決策更為及時，使課堂教學(xué)更有針對性和生成性。IRS搶權(quán)再表達(dá)想法的活動使學(xué)生更想說出自己的想法。二次反饋作答能幫助學(xué)生厘清概念，進(jìn)階問題培養(yǎng)學(xué)生高階思維，最大成效地激發(fā)并深化學(xué)生的思考，如圖1所示。

圖1 醍摩豆IRS激發(fā)討論并培養(yǎng)學(xué)生高階思維的教學(xué)模式

2 教育信息化2.0促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展的教學(xué)策略

2.1 提供信息資源發(fā)展學(xué)生分析思維

按照布魯姆的教育目標(biāo)分類，“分析”包括區(qū)別、組織和歸因。區(qū)別即聚焦相關(guān)或重要信息，組織即建立知識聯(lián)系；歸因即說明事物的緣由。教學(xué)中，教師可通過培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、知識整合、歸因推理，提高學(xué)生分析認(rèn)知水平。

針對第一個教學(xué)環(huán)節(jié)“什么是表觀遺傳”，教師展示教科書中有關(guān)柳穿魚和小鼠性狀改變資料，提供互聯(lián)網(wǎng)下載并處理的DNA甲基化有關(guān)圖，要求學(xué)生分析柳穿魚和小鼠性狀改變的原因，并用不完全歸納法歸納表觀遺傳概念，從而培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、歸因推理和描述概括能力。學(xué)生聚焦資料中密切相關(guān)的信息，分析推理。在探究體驗過程中，學(xué)生進(jìn)行思維碰撞，分析內(nèi)在原因，提煉、歸納出表觀遺傳概念，并認(rèn)識到被甲基化修飾基因結(jié)構(gòu)的生物學(xué)功能將受到影響，從而形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

由于學(xué)生對基因內(nèi)在結(jié)構(gòu)的認(rèn)知較膚淺，缺少染色體四級結(jié)構(gòu)的知識，對第二個教學(xué)環(huán)節(jié)“表觀遺傳調(diào)控基因表達(dá)機(jī)制”的學(xué)習(xí)，學(xué)生感到十分抽象難以理解。教師通過自制DNA甲基化、組蛋白乙?；腿ヒ阴；⒁曨l，將抽象的知識化難為易。學(xué)生觀看視頻，思考這些機(jī)制如何影響性狀表達(dá)，歸因推理，連貫描述。教師運(yùn)用希沃視頻播放過程的拍照功能，對視頻不同的重要內(nèi)容依次進(jìn)行截圖分析，促進(jìn)學(xué)生聚焦重要信息；開啟醍摩豆（或希沃）“定時”功能，讓學(xué)生限時討論問題，通過醍摩豆“隨機(jī)挑人”功能，請學(xué)生參與問題回答。學(xué)生觀察動態(tài)的生命變化過程，感受生命的神奇，分析視頻情境資料，認(rèn)識到“DNA甲基化過程基因的堿基序列不變，但會使基因表達(dá)關(guān)閉”。視頻截圖的對比幫助學(xué)生認(rèn)識生命變化的內(nèi)在本質(zhì)，使學(xué)生理解組蛋白乙酰化和去乙?；瘜⒎謩e促進(jìn)和抑制基因的轉(zhuǎn)錄。動態(tài)視頻使微觀的結(jié)構(gòu)宏觀化，抽象的內(nèi)容直觀化，促進(jìn)學(xué)生歸因分析，能取得自制模型授課無法達(dá)到的效果。

2.2 利用信息技術(shù)發(fā)展學(xué)生評價思維

按照布魯姆的教育目標(biāo)分類，“評價”包括檢查和評論。檢查即檢測，評論即判斷。評價是批判性思維的核心。教學(xué)中，教師可通過試題檢測、問題判斷，提高學(xué)生評價認(rèn)知。

2.2.1 試題評價

教師提供試題，以診斷學(xué)生對表觀遺傳概念的掌握情況，例如：

關(guān)于表觀遺傳的理解，下列說法不正確的是（ ）

A.表觀遺傳現(xiàn)象與外界環(huán)境關(guān)系密切

B.DNA堿基排列順序不同，甲基化程度可能不同

C.DNA甲基化修飾不改變堿基序列，但可能遺傳給后代

D.柳穿魚花的不同形態(tài)均是由一對等位基因控制的

借助醍摩豆軟件，學(xué)生用反饋器按鍵，電腦上顯示選擇B和D人數(shù)比例分別為32%和68%。信息化的課堂生成使課堂評價更有針對性。教師請選對的學(xué)生說明理由，學(xué)生認(rèn)識到雖然DNA甲基化過程堿基排列順序不變，但C、G堿基排列多的基因，甲基化程度可能更高。選擇B的學(xué)生忽略了概念的外延。等位基因是不同基因，柳穿魚植株A與B是相同基因，因此D不正確。課堂醍摩豆反饋器的使用將學(xué)生的思維外顯，實現(xiàn)“可見的學(xué)習(xí)”、靶向教學(xué)，促進(jìn)課堂生成。

2.2.2 評論判斷

課前教師詢問學(xué)生喜歡的食品。針對學(xué)生喜歡吃薯片、燒烤等垃圾食品，教師情境導(dǎo)入，展示圖片，并提出問題：某正常人因食入垃圾食品，而導(dǎo)致肥胖并患有Ⅱ型糖尿病。因食物導(dǎo)致的肥胖和Ⅱ型糖尿病，有可能遺傳給后代嗎？認(rèn)為有可能遺傳按1，不可遺傳按2。學(xué)生用醍摩豆反饋器按鍵，教師得到每位學(xué)生答題柱形圖數(shù)據(jù)。教師提問選2認(rèn)為不可遺傳的學(xué)生的判斷依據(jù)。選2的學(xué)生大都認(rèn)為遺傳物質(zhì)沒有改變是不遺傳的。接著，教師導(dǎo)入新課：今天我們來學(xué)習(xí)后天行為會不會遺傳？我們的生活及行為習(xí)慣對我們的后代有什么影響？情境導(dǎo)入引發(fā)了學(xué)生認(rèn)知沖突、質(zhì)疑困惑：難道遺傳物質(zhì)沒有改變的性狀也能遺傳？問題激發(fā)了學(xué)生探求新知的欲望和學(xué)習(xí)熱情。

課尾，學(xué)生二次作答課前導(dǎo)入的問題。答題的柱形圖顯示出前后兩次作答的數(shù)據(jù)對比，由導(dǎo)入時選1占30%上升到課尾選1占95%，反饋出學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)，認(rèn)知發(fā)生了很大轉(zhuǎn)變。教師趁熱打鐵地展示圖示“由食物導(dǎo)致的肥胖和苗條表型可能可以遺傳”，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)該崇尚健康文明的生活方式，提倡良好習(xí)慣，均衡飲食，健康生活，并能從行動上主動宣傳正確的健康觀念，履行社會責(zé)任。

教師展示抽煙等系列圖片和資料，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)階思考：什么因素會導(dǎo)致DNA甲基化？基于抽煙導(dǎo)致精子DNA甲基化的事實，我們生活中應(yīng)該怎么做?如何擔(dān)當(dāng)社會責(zé)任？如何理解基因與性狀復(fù)雜性，如何評價基因決定生物性狀這一觀點？認(rèn)為觀點對按1，不對按2，不全對按3，并說明理由。這樣，教師可以培養(yǎng)學(xué)生批判性思維和問題決策力。

2.3 借助信息化2.0發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造思維

按照布魯姆的教育目標(biāo)分類，“創(chuàng)造”包括產(chǎn)生、計劃和生成。產(chǎn)生即假設(shè)，計劃即設(shè)計，生成即建構(gòu)和解決問題。創(chuàng)造是在批判性思維和創(chuàng)造性思維基礎(chǔ)上形成。教學(xué)中，教師可通過引導(dǎo)學(xué)生提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計實驗、問題決策，提高學(xué)生的創(chuàng)造性認(rèn)知。

2.3.1 引導(dǎo)假設(shè)，設(shè)計實驗

學(xué)生質(zhì)疑詢問：為什么DNA甲基化堿基序列不變，異常性狀卻能遺傳？教師啟發(fā)：要解決這個問題，必須解決什么問題？你能有什么假設(shè)？學(xué)生用醍摩豆反饋器按鍵分別表示種假設(shè)。教師根據(jù)學(xué)生答題柱形圖反饋，翻牌提問假設(shè)多的學(xué)生。之后學(xué)生再按鍵補(bǔ)充。最后，師生篩選出2個假設(shè)：①甲基化基因必須可以復(fù)制并通過生殖細(xì)胞傳遞給子代；②親代甲基化基因能遺傳給子代。

假設(shè)需要證據(jù)來說明。教師提供資料：研究表明，當(dāng)甲基化僅存在于一條鏈時，甲基轉(zhuǎn)移酶發(fā)現(xiàn)了這種不平衡，它會把“失去”的甲基化加到新合成的鏈上（圖2）。甲基轉(zhuǎn)移酶DNMT1能夠識別是否有CpG序列的甲基化僅存在于一條鏈中。教師引導(dǎo)學(xué)生解讀資料并提取證據(jù)，思考問題：圖中①指生物學(xué)什么過程？②指什么物質(zhì)？圖示說明了什么？此過程培養(yǎng)了學(xué)生基于科學(xué)研究證據(jù)得出結(jié)論的意識。

圖2 甲基轉(zhuǎn)移酶作用過程示意釁

針對親代甲基化基因能遺傳給子代的假設(shè)，教師引導(dǎo)學(xué)生思考：F1代柳穿魚甲基化的基因是否遺傳給子代？如何設(shè)計簡單的實驗驗證你的假設(shè)？根據(jù)遺傳的特點，學(xué)生思考討論后認(rèn)為：用F1代柳穿魚與植株B進(jìn)行雜交試驗，若F2出現(xiàn)部分植株的花與植株B相似，則證明親代基因的甲基化可以遺傳給子代，反之則不能。實驗設(shè)計培養(yǎng)了學(xué)生如何選擇親本，如何判斷子代，在實驗情景中體會科學(xué)探究的本質(zhì)。

2.3.2 知識建構(gòu)，問題決策

借助希沃軟件里的“課堂活動”“選詞填空”及“拖曳”功能，學(xué)生完成資料1和2共同點的歸納判斷填寫。教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生對表觀遺傳概念進(jìn)行深度思考，借助“思維導(dǎo)圖”，對課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行知識結(jié)構(gòu)化和思維可視化的梳理，使學(xué)生感受對知識的多元理解視角。師生共同歸納概括，從特點、原因和本質(zhì)3個角度建構(gòu)出表觀遺傳的知識框架與結(jié)構(gòu)；同時，梳理知識邏輯，總結(jié)表觀遺傳調(diào)控基因表達(dá)的機(jī)制，借助問題引導(dǎo)的邏輯，歸納出表觀遺傳調(diào)控基因表達(dá)的機(jī)制模型（圖3）。

圖3 表觀遺傳調(diào)控基因表達(dá)的機(jī)制

教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)第四章學(xué)習(xí)的內(nèi)容，思考以下問題：對基因表達(dá)，你想到哪些知識？這些知識之間的關(guān)系如何？學(xué)生進(jìn)行發(fā)散思維，想到了轉(zhuǎn)錄翻譯、細(xì)胞分化和表觀遺傳內(nèi)容。接著，教師要求學(xué)生將單元知識梳理關(guān)聯(lián)，共同建構(gòu)完善概念圖（圖4）。教師運(yùn)用希沃白板5手機(jī)端移動授課的“相機(jī)”功能進(jìn)行屏幕同傳，將學(xué)生紙質(zhì)書寫拍照上傳，由同學(xué)評價并完善知識建構(gòu)。

圖4 基因表達(dá)單元概念圖

基于吸煙和過量飲酒會影響人體DNA甲基化水平，損害健康，乃至影響下一代，教師組織學(xué)生學(xué)以致用，討論生活及社會議題：①談?wù)労侠砩攀场⒔】档纳罘绞綄θ藗兊挠绊?。②運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)，課外開展活動：調(diào)查表觀遺傳理論在治療或抑制腫瘤發(fā)展等醫(yī)學(xué)技術(shù)方面的作用；調(diào)查DNA甲基化對生物生存繁衍的意義的活動；收集有關(guān)DNA甲基化與生物進(jìn)化關(guān)系的資料。