生物技术工程高中生物学课程三选择性必修模块模块容包括发酵工程细胞工程基工程生物技术安全性伦理问题等培养学生核心素养方面具独特价值文结合教版教材选材编写特点试分析模块育价值
1.观念视角:深化生命观念理解应突出生命伦理观
1.1 运生命观念解决实际问题
关生命观念普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)(简称课标)描述时出两层次第学生应该较理解生物学概念基础形成生命观念第二够生命观念认识生物样性统性独特性复杂性形成科学然观世界观指导探究生命活动规律解决实际问题模块疑侧重层次运前学观念解决实际问题例进行什类型生物工程设计考虑基细胞生命体生态系统结构考虑种功遵循改变结构影响功思路生物工程更类服务体现结构功观运讲述选择培养基时提供黄石国家公园热泉中发现DNA聚合酶事例学生进化适应观更深入解完成尿素分解菌培养基配方设计拓展应题算什环境中寻找纤维素分解菌旁栏思考题推测限制酶存原核生物中作什等需运进化适应观模块容深化观念例教材介绍生物技术建设生态文明改善生存环境保护生物样性等方面发挥重作涵养学生生态观
1.2 基生命观念利改造生物
模块学生认识类意利改造生物需基生命观念第生命身变化改变例遗传物质传递程中发生变化转基操作提供第二生命活动变化规律类生物利改造合规律[1]例制作腐乳时创造定湿度温度制作泡菜时水密封泡菜坛制作果酒果醋时设置温度等条件实创造适合特定微生物生长条件样微生物生命活动正常进行胚胎移植够进行发情处理供体受体发生生理变化相似类利样规律生理变化进行操作第三类复杂生命系统认识十分限利改造慎重权衡效益风险合目目类造福仅眼前包括长远例教材中安排少关权衡效益风险思考题掌握某种技术(动物细胞融合技术)想技术解决问题呢?解决问题致思路样?样做会什风险?微生物发酵生产乙醇汽油时会增加粮食短缺风险?iPS细胞进行治疗时分裂活性会治疗带什样风险?问题引导学生进行权衡
1.3 生命伦理观
模块涵养生命伦理观类需求永止境现天然生物法满足类需求时类开始改造生物基细胞催生基工程细胞工程涉利改造现生命体利改造程中产生安全性伦理问题属生命伦理观范畴例进行发酵工程基环节分析时引导学生思考排出气体废弃培养液等直接排放外界环境中?什?直指生态伦理果诱导iPS细胞定分化生殖细胞技术发展成熟带问题?假克隆会带伦理问题?设计试婴培育兽嵌合体进行胚胎基组编辑等分会带什样伦理问题?问题会学生集体社会种利害关系等角度思考应该建立样道德规范应该遵循样原理规
2.思维视角:综合培养科学思维技术思维工程思维伦理思维
思维层面模块突出技术思维工程思维伦理思维思维培养离开科学思维说模块综合培养学生科学思维技术思维工程思维伦理思维
2.1 关科学思维
科学思维核心理性思维理性思维具批判质疑重实证重逻辑等特点批判质疑理性思维体心理品质研究者英文Critical thinking译批判性思维审辨式思维研究者译理性思维意味着批判性思维技实理性思维技致20世纪90年代国外专家团队解释分析评估推理说明校正等6技列批判性思维核心技2000年(特2010年)西方发达国家出版生物学教科书绝数批判性思维置非常重位突出培养批判性思维技:辨析原结果较出结预测果问题解决证明合理判断分析评估等专家提出核心技致
模块中重点训练批判性思维技
核心技教材全方位训练专家提出核心技例通思维训练(评估点信程度评估获取证难度)拓展思考题(评估乙醇汽油粮食短缺风险iPS细胞应风险等)复提高题(评估检测冰激凌中肠杆菌否超标实验设计思路)等学生评估技进行训练基检测番薯中否农杆菌基克隆羊莉实验数复提高题训练学生基证推理力探究·实践中结果分析评价部分设计思考题果结果满意应该改进?求学生实验方案进行完善等训练校正技题问题设计指解释分析等技里举例说问题思考离开理性思维
思维进程模块突出批判性思维期阶段技做决策研究者认批判性思维目标作出明智决定出正确结样学生未成名理性决策者积极问题解决者教材中少题引导学生思考作出决策例关提高甜叶菊繁育效率拓展题关提高青蒿素类药物产量复提高题等教材中出信息足学生明确作出决策需学生考虑:影响作出决策关键素什?信息决策提供帮助?信息足够做决策?果够认应该获信息?做决定时否考虑备选方案?
难度搜集证评估证批判性思维难点教材特意方面学生进行训练例评估点信程度思维训练中出样问题:果更加力支持反驳水果酵素益健康点应该样获取证?探讨莉羊早衰问题拓展题中求寻找支持方观点研究证
外第4章安排辩会栏目中出辩前准备辩时注意事项实批判性思维点总结区分谣言事实区分事实观点舍弃矛盾证进行符合逻辑推理判断避免出言实结等
2.2 关技术思维工程思维
模块名称生物技术工程毫疑问技术思维工程思维会贯穿技术操作工程实践始终
技术思维解决技术问题种特思维活动实质容提出确定创造改造事物方案意见涉技术发明技术设计施工措施等程技术思维程:需求分析→技术反思→技术原理→技术建构→技术系统教材技术介绍体现思维路径例基工程(重组DNA技术)章先提出培育抗虫棉需求然指出转基技术培育抗虫棉技术DNA分子水进行设计施工接着介绍干构成技术素限制酶连接酶载体等进步讲解利素建构基工程基操作流程技术具定标准规范技术思维具严谨性教材中学生进行微生物纯培养分离计数植物组织培养实验强调技术涉安全准提示学生进行规范菌操作设置组做标记等助训练学生规意识培养思维严谨性通学新技术感悟技术思维更重学生学会应技术思维解决实际生活中问题教材动物细胞工程胚胎工程两节题中学生选择野驴复生行方案思考运现代生物技术工繁育北方白犀牛等反映理念
工程思维指类工程实践程中进行思维活动工程实践般会历规划设计建设实施消费三阶段
工程规划设计工程构思设想阶段思维侧重创造性筹划性例教材介绍米尔斯坦科勒创造性设计B淋巴细胞骨髓瘤细胞融合获产生单克隆抗体杂交瘤细胞方案进行工程规划决策风险评估时预估该工程期直接结果预估远期间接结果预估正面效益预估产生负面影响例教材社会中栏目中安排情境思考:抗虫棉否劳永逸高枕忧呢?科研工作者没发现棉铃虫出现抗性前应该想办法应想出延缓棉铃虫Bt抗虫蛋白产生抗性措施?措施原理什?效?工程设计时应该思考工程理想工程实践两者间矛盾解决方案包括工程目实现途径思考工程合理性思考等例教材安排查阅资料专利文献等解:成果已生产实践应济价值?成果没生产实践中推广限制素什?样问题
建设实施环节应工程设计时创新思维转项目常规性稳定性安全性控制性等方面进行考虑例教材介绍发酵工程基环节时指出现代发酵工程型发酵罐均计算机控制系统发酵程中种参数进行监测控制进行反馈控制发酵全程处佳状态学生思考进行发酵生产时排出气体废弃培养液等直接排放外界环境中?工程安全性进行思考
工程进入消费应阶段会受众效益安全性等方面检验评价涉保证工程产生正面效益成果安全工程相关技术进行修正发展等方面思考例模中提胚胎干细胞必须胚胎中获取涉伦理问题限制医学应科学家培养出应前景优胚胎干细胞iPS细胞基工程已步入产业化发展阶段具巨生产力发展潜力严格规范操作流程科学客观评估风险基工程永葆生机
科学思维技术思维工程思维作科学技术工程三种社会实践活动程中思维活动间必然存着区表1思维出发点思维体思维动力思维路径思维成果表现形式方面三者进行较
表1 科学思维技术思维工程思维区
较项目
科学思维
技术思维
工程思维
思维出发点
日常生活然现象实验现象提出科学问题
类生产生活中产生某种技术问题
类生产生活中某种需求工程实践中提出工程问题
思维体
科学体(科学家)
技术体(发明家)
工程体(包括决策者投资者理者工程师工等)
思维动力
奇心求知欲等
求新求巧求精工具理性驱动
求效益求优化价值驱动
思维路径
提出问题→作出假设→验证→假设……直接现象质
分析→抽象→想象思维→综合……直获新技术创造出新方法
需求(问题)分析→设计方案→实施→优化方案→实施……直获理想工程成果
思维成果表现形式
科学理定律规律等普遍类
发明专利技术诀窍技术文献文具知识产权独占权交流
设计图纸规划蓝图操作方案等法做类享
技术思维工程思维科学思维然区存着相互渗透相互影响关系思维逻辑性严谨性科学性等方面具高度致性思维方式通处分析综合模型建模等方面工程思维遵循科学思维技术思维规律基础吸收采纳文思维社会思维艺术思维等众思维智慧成果形成种综合性思维涵盖科学思维技术思维容面解决更复杂工程问题深化发展会拓展升华科学思维技术思维教材中提出系列问题社会中学生思考少量制作转化规模生产时需解决实际问题?中体会技术工程区联系?产物分离提取方面发酵工程传统发酵技术相改进处?讲啤酒工业化生产时提辩证规模生产规模制作?等学生思考回答问题程中体会技术思维工程思维区联系
2.3 伦理思维
科学思维探究事物质相互联系事物变化发展规律关信息进行加工处理思维伦理思维关集体社会种利害关系行应该种思维方式前者般天然兴趣奇心等素促形成者形成出责心情心嫉妒心等心理素前者指然世界者单指然世界更反作类身(更指文世界)进行生物技术工程操作时应该思考类行技术工程更符合类利益包括期利益远期利益局部利益整体利益等[1]属伦理思维范畴伦理思维科学思维点密切相关果没联想类反思等科学思维成熟伦理思维关怀象
教材中训练学生伦理思维素材例学生通思考排出气体废弃培养液等直接排放外界环境中?什?假克隆会带伦理问题?通设计试婴’救治孩子否合伦理?果未培育出兽嵌合体’会面克隆样伦理问题?类胚胎进行基组编辑会带伦理问题?等问题培养关心类社会伦理思维样学生未走工作岗位时够热爱事事业关注类正义事业立志通懈努力类社会创造出更更美财富
3.探究实践视角:发展探究实践力理解科学程质
教材安排活动包括6探究·实践2思维训练13思考·讨1课外实践1辩会等通活动较全面真实培养学生科学探究力较严格方位培养学生实际操作力促进学生科学程科学质理解
3.1 较全面真实发展学生科学探究力
教材安排需学生动手实践活动较数实验目解释某现象通技术层面操作获产品探究活动写法具开放性学生具权终获取某项产品具实战演练性质全方位提升学生科学探究力情况学生需获取某种成果产品拥改进成果产品机会认识理进行简单数整理种真实性带压力挑战评价相互评价合作协调结反思等然贯串完成务全程
实际动手操作探究活动教材中理性探究占重位置发展学生搜集分析资料口头交流辩等方面力开放性讨课堂科学辩形态呈现动嘴活动书面形式进行科学证动笔活动促进学生动手力动脑力动嘴(笔)力紧密结合
3.2 较严格方位培养学生实际操作力
教材中安排探究·实践活动出色完成赖实验方案设计正确需丝苟精确细致操作方面教师学生应严格求利提升学生实际操作力保证探究活动利完成
·认清操作目原理
·解操作象工具性质
·熟悉操作序领
·观察分析操作效果
·次练操作熟生巧
·杜绝安全操作行
3.3 较深入理解科学程质
课标教学建议里举例子形式出高中生物学适合教授科学质涵教科书呈现素材涵具体化社会中社会中生物学关职业等栏目名称身反应科学质观集中体现科学质中方面涵教科书中关科学史容学生理解科学程科学质具相重作[7]例章科技探索路概述相关领域发展历程集中展现科学具开放性科学知识着研究深入改变科学创造性工作科学会社会产生重影响等方面涵
学生进行探究实践时科学程科学质理解会更加深入例学生基某假说搜集证渗透科学种独特认识方式需效证支持假说学生喜欢方式搜集证模拟科学家喜欢方式基定原创造性进行观察测量探究实践中艰辛定程度说明科学项呕心沥血工作类尝试努力科学具公开性科学结果出公众公布实验数出学生工整写出结证推理程全班汇报程中正确科学术语力培养科学具精确性清晰交流事科学工作基条件观点准确表述出程呈现资料程促进学生反省思考建构新知识观点需写出公布时作者进行深入基事实原理思考进行符合逻辑呈现程样加深学生科学质理解外科学家观性科学方法元性科学重复性等科学质涵学生进行探究实践程中反映
4.责视角:引导关注科学技术应增强社会责感
模块社会责方面侧重点:运生物技术解决生产环境保护类健康问题理性运生物技术滥关注生物技术安全性伦理问题
社会责建立祖国家乡热爱基础社会责教育首先爱国义教育教材机融入丰富体现现代科技信社会关爱生物相关政策认弘扬中华优秀传统文化等容例国取克隆猴研究成果作章首页学生国科技实力助增强民族豪感信心引入节容时描述兰花优美古文西游记中典片段渗透中华优秀传统文化增强学生文化信
社会责教育体现科学精神科学态度科学价值观等方面教材角度进行渗透时渗透生态文明教育健康教育例教材科学家访谈里提需享类基组计划精神体现科学家责担教材里处讲生物技术建设生态文明改善环境保护生物样性等方面作提出认该泡菜什时间食较合适?问题渗透健康教育教材第4章生物技术安全性伦理问题章节中设计相关伦理问题讨更直指科学技术社会责问题学生热爱社会义祖国树立民族振兴社会进步作出贡献远志行负责具社会责感生物学课程贯穿始终目标
模块社会责教育体现2方面
(1)关注科学技术应模块教材非仅介绍纯粹生物科学技术紧密结合着社会生活生产发展现实需求引导学生学例教材节开篇社会中栏目中创设社会实际背景提出问题启发学生思考节社会中栏目中学生探讨关技术应容仅较唤起学生学兴趣帮助学生树立关注社会问题意识提高生物科学技术社会应中正负两方面影响认识
(2)培养树立时俱进观念教材选择容时时代性放突出位置介绍量新生物科技研究进展学生深切感受现代生物科学技术创新革新中断发展培养树立时俱进观念仅学模块需学生步入社会取成功需
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