高中生物遺傳學必修模塊中核心概念的檢索

吳小峰

摘 要 以遺傳學必修模塊為例試圖確定高中生物階段的核心概念，通過梳理這些核心概念的名稱，設計調查問卷，剖析具有典型代表性的高中生物遺傳學必修模塊核心概念的名稱和內涵，并利用概念圖的形式清晰呈現出各級概念名稱之間的關系。

關鍵詞 高中生物 遺傳學 核心概念

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

高中生物基本觀念的形成有賴于學生對生物學科中心的、具有遷移價值的核心概念的深刻理解與把握，抓住了核心概念就等于抓住了高中生物的命脈，掌握了核心概念就等于掌握了高中生物學科知識的精華。高中生物遺傳學必修模塊的內容中，核心概念和原理十分突出、知識之間的邏輯關系較清晰，便于教師梳理教學思路和知識結構。

1 檢索依據

1.1 美國科學課程標準

2011年，美國國家研究理事會（NRC）組織研發了《K-12年級科學教育框架：實踐、跨學科概念和核心概念》，美國阿契夫公司于2013年發布了最終的美國《新一代科學教育標準》（簡稱NGSS），該標準的內容框架主要來源于《K-12年級科學教育框架：實踐、跨學科概念和核心概念》。新《標準》重新定義了科學內容標準的維度：實踐、共通概念和核心概念，其中明確提出科學教育應聚焦于少而精的“核心概念”上。以生命科學中的遺傳學為例，美國科學教育課程標準中明確指出一級核心概念為遺傳；二級核心概念為遺傳的特性和變異的特性。就此新《標準》中列出了K-12各階段下學生應掌握的“核心概念”及其細化內容，并規定了學段結束時學生應達到的目標。

以高中階段為例，美國科學教育課程標準的遺傳學中目標分為兩個部分：

① 遺傳的特性，到12年級結束時，所有生物體的遺傳信息以染色體為載體。每條染色體含有一條很長的DNA分子，并且每個基因都是一段特定的DNA片段。形成物種性狀的遺傳信息存在于DNA上。生物的所有細胞都具有相同的遺傳信息，但基因在細胞中的使用（表達）是通過多種方式調控的。不是所有的DNA分子都能編碼蛋白質，一些DNA片段起著調控或結構功能，還有一些功能目前尚未探究出來。

② 變異的特性，到12年級結束時，親代傳給子代的信息是由染色體上的DNA編碼的。進行有性生殖的生物，在減數分裂過程中染色體可以交換片段（細胞分裂），從而創造新的基因組合，產生更多的變異。雖然DNA復制是嚴格監管和非常準確的，但可能發生錯誤，會導致突變，這也是遺傳變異的來源。環境因素可以引起基因突變，有效突變會被遺傳下去，環境因素還會影響性狀表達和性狀在群體當中出現的可能性。因此，遺傳因素和環境因素共同決定性狀的分布和變異。由此發現，在美國現行的科學教育標準中，遺傳學部分是科學體系中不可替代的一支，其價值和意義可見一斑。因此，教師對于遺傳學核心概念的研究也變得非常重要。

1.2 我國高中生物課程標準

2003年我國《普通高中生物課程標準（實驗稿）》頒布，目前新的一輪課程標準正值修訂之際。高中生物課程標準注重使學生在現實生活的背景中學習生物學，倡導學生在解決實際問題的過程中深入理解生物學的核心概念。課程標準提出高中生物課程的具體目標應該分為三個方面：知識與技能、過程與方法以及情感態度和價值觀。概念學習的要求層次多體現在知識與技能方面，其中會明確指出各個概念學習的要求層次。在概念學習的過程中，概念的建立過程和抽象概念的研究方法同屬高中生物的主要內容，而這一部分的要求層次主要體現在學習目標中的過程與方法上，它的提出會隨知識與技能方面的目標的出現而有所體現。筆者查看了課程標準中在遺傳概念學習方面知識與技能的要求層次：“獲得生物學基本事實、概念、原理、規律和模型等方面的基礎知識……”；在學習遺傳學知識時，要求“體驗科學家探索生物生殖、遺傳和進化奧秘的過程，學習有關概念、原理、規律和模型，應用有關知識分析和解決實踐中的問題”。

我國高中生物課程標準中在知識與技能方面所提出的各個概念學習的要求層次具體有三個水平，各水平的要求以行為動詞命名，每一個水平下又附加了文字說明，用來解釋其含義，詳情可見表1。

2 檢索過程

目前得到較多認同的科學核心概念的選擇標準是：① 具有高度的概括性，能對本學科的知識起到組織作用，能展現當代生物學的主要觀點和結構；② 能夠解釋大量的現象，對于提升學生的科學素養具有重要價值；③ 掌握后有助于學生解決遇到的問題，能夠讓學生持續不斷地深入學習，并為后續學習打下基礎?；谶@一標準，筆者做了以下兩個方面的研究。

2.1 高中生物教材分析

首先依據人教版高中生物教材的內容安排，其中遺傳學必修部分在必修二模塊，主要包含6個章節的內容，整出出其各章主要內容，見表2。

由表2可以看出人教版高中生物教材中涉及到的遺傳學概念有很多。筆者按照章節安排設計思路，通過梳理和提煉從教材中歸納出二級主題，其中一級主題包含的核心概念名稱有孟德爾定律、有性生殖、基因的本質、基因的表達、可遺傳的變異和生物育種；二級主題中的概念名稱有性狀、分離定律、自由組合定律、減數分裂、染色體、聯會、四分體、受精作用、基因、伴性遺傳、遺傳物質、DNA的結構、堿基互補配對原則、DNA的復制、遺傳信息、轉錄、翻譯、中心法則、基因突變、基因重組、染色體變異、染色體組、單倍體（二倍體、多倍體）、人類遺傳病、人類基因組計劃、雜交育種、誘變育種、基因工程等28個。

2.2 高中一線教師調查

結合對教材的分析和梳理結果，從課程標準中的遺傳學有關內容出發，嚴格按照人教版高中生物教科書定義二級主題中的概念名稱整理形成教師調查問卷，旨在調查一線教師眼中二級主題中概念名稱的核心程度如何，并依此確定高中生物遺傳學必修模塊中的核心概念。

2.2.1 調查對象

江陰市12所不同性質的高中學校（8所省級四星高中、4所省級三星高中）105名高中生物教師。

2.2.2 調查問卷

調查問卷設計采取Likert量表的編制方式，樣表見表3。本調查問卷對二級概念的程度級別予以賦分，由高到低分別為5分、4分、3分、2分和1分。一線教師可根據自己的理解在相應的程度級別上畫勾標記，然后統計各個概念的平均分和標準偏差，并計算差異系數，即標準偏差除以平均分，用來反映不同數據之間的差異程度，數值越小，表明數據間的差異越小，數據越集中。在本調查中通過平均值和差異系數知道各個概念在教師心目中的重要程度，進而確定核心概念。

本調查共發放問卷105份，回收102份，回收率97.1%，其中有效問卷為100份，有效率98.0%。回收的問卷數據通過SPSS處理來完成信度檢測，其內在的一致性Cronbach's alpha系數為0.978，說明本量表具有很高的信度。

2.2.3 調查結果

調查并處理后的結果如表4所示。

檢索結果表明：在28個被調查的二級概念中，總體差異較小，其中一級主題包含的核心概念名稱“孟德爾定律”“有性生殖”“基因的本質”“基因的表達”和“可遺傳的變異”這五個方面，它們的平均分不但很高，而且差異系數也很小，“生物育種”對應的二級主題中概念名稱平均分排名靠后，表明這是絕大多數一線教師的看法，也說明筆者所選擇的核心概念名稱是基本合理的。

3 結果分析

3.1 理清核心概念的名稱

經過上述檢索過程，6個一級概念中有5個都處于教師教學實踐中的重要地位，“生物育種”建立在“孟德爾定律”和“可遺傳的變異”上的應用層次。綜上分析，本研究確定將“孟德爾定律”“有性生殖”“基因的本質”“基因的表達”和“可遺傳的變異”作為高中生物遺傳學必修模塊核心概念名稱的檢索結果。這些核心概念能構成高中遺傳學必修模塊的基本框架，能整合其他概念并對其它概念起到組織作用，能解釋廣闊范圍內的事物和現象，能讓學生在高中三個學段持續深入地學習，能提高學生解決問題的能力，為學生未來的學習奠定基礎，滿足前文所提出的選擇核心概念的標準。

3.2 理清核心概念的內涵

根據檢索中的二級概念名稱的平均值、標準差和差異系數的分布，5個核心概念名稱中體現的內涵如下：

（1） 孟德爾定律。本核心概念名稱要回答的基本問題：分離定律的本質是什么？自由組合定律的本質是什么？分離定律與自由組合定律存在什么樣的關系？對生產實踐的應用有何指導作用？

（2） 有性生殖。本核心概念名稱要回答的基本問題：什么是減數分裂？減數分裂的過程和特點如何？什么是受精作用？受精作用的實質是什么？減數分裂和受精作用的意義何在？

（3） 基因的本質。本核心概念名稱要回答的基本問題：什么是基因？基因與染色體存在什么關系？DNA分子結構如何？DNA分子如何復制？如何理解DNA是主要的遺傳物質？

（4） 基因的表達。本核心概念名稱要回答的基本問題：什么是基因的表達？基因的表達過程如何？基因、蛋白質和性狀的關系是什么？什么是中心法則？

（5） 可遺傳的變異。本核心概念名稱要回答的基本問題：什么是可遺傳的變異？可遺傳的變異有哪些來源？可遺傳的變異在生產實踐有哪些應用？

3.3 勾勒各級概念的關系

概念圖是一種知識之間的關系的網絡圖形化表征，也是思維可視化的表征。筆者選擇用概念圖的形式勾勒出上位概念名稱與下位概念名稱之間的關系，兩者之間的行為動詞界定參照高中生物課程標準的相關描述（圖1）。