創設結構化情境促進學生學習遺傳規律

梁姝颋 （清華大學附屬中學 北京 100084）

在2016年我國頒布的《中國學生發展核心素養》的引領下，《普通高中生物學課程標準（2017年版）》凝練出生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任4 個學科核心素養［1］。素養是“個體在與各種真實情境持續的社會性互動中，不斷解決問題和創生意義的過程中形成的”［2］。因此，教師應為學生創設適當的情境，幫助學生作為主體利用教學材料開展學習，同時發展學科核心素養。

“遺傳規律的應用”一節內容處于人教版教材［3］必修2 第1 章第2 節，學生通過孟德爾的豌豆雜交實驗，完整體會了假說-演繹法的思路，了解了孟德爾兩大遺傳定律，但尚不能達到課程標準“闡明有性生殖中基因的分離和自由組合使得子代的基因型和表型有多種可能，并可由此預測子代的遺傳性狀”的要求［1］。因此，教師在本節課中創設了3 個結構化、階梯式的情境（圖1），通過創設遺傳分析和育種的任務，激發學生運用遺傳規律解決實際問題的興趣，提升學生解釋現實生產生活中的生物學問題的擔當和能力；通過對真實科學研究問題的分析，引導學生應用假說-演繹法，促進學生發展演繹與推理能力，同時加深對孟德爾遺傳規律實質的認識。

圖1 促進學生學習遺傳規律的結構化情境

1 結構化情境1：遺傳分析

任務1：已知3 對控制身高的基因（B／b、G／g、T／t）獨立遺傳。BB、Bb基因型的個體比bb基因型的個體分別高0.6 cm 和0.3 cm，GG、Gg基因型的個體分別比gg基因型的個體高3.1 cm 和2.3 cm，TT、Tt基因型的個體分別比tt基因型的個體高3.9 cm 和3.0 cm。若已知一對夫婦的基因型分別為BbGGTt和BbggTt，在不考慮環境因素影響的情況下，1）后代中身高最大的基因型為_______，身高最小的基因型為______________。2）后代身高最大值與最小值的差距為____。3）請預測后代基因型為身高最大值的概率是____________。

遺傳學和日常生活聯系非常緊密，不僅許多人類遺傳病遵循遺傳規律，學生普遍關注的身高這一遺傳性狀也如此。人類遺傳學研究證實，身高的遺傳是由多基因決定的，不同的基因對身高的貢獻存在差異［4］。教師通過查閱相關文獻，收集不同研究中的數據并進行整合，在學案上呈現3 對獨立遺傳的等位基因對身高的影響。引導學生根據給定材料，獨立分析已知基因型的親本所產生的后代身高范圍及出現概率。

基于維果茨基提出的“最近發展區”理論，教師在創設第1 個任務情境時，選擇了學生跳一跳可以夠得著的“果子”。從自由組合定律本身出發，由教材上獨立的2 對等位基因推廣到3 對等位基因的相關計算，一方面加深學生對自由組合定律的認識，另一方面也引導學生以此為例思考多對等位基因遺傳的解決方法。學生通過自主分析，發現使用已學的連線法和棋盤格法進行分析和計算都不方便，此時，教師順理成章介紹分枝法。

2 結構化情境2：動物育種

任務2：貓的短毛（A）對長毛（a）為顯性，褐眼（B）對藍眼（b）為顯性，這2 對基因獨立遺傳。現有純合的長毛藍眼貓和短毛褐眼貓，請設計培育純合短毛藍眼貓的方案。

通過第1 個“熱身”的簡單情境，教師確定學生能自如應用自由組合定律進行相關計算，同時也幫助學生建立解決實際問題的信心。第2 個任務在此基礎上，增加了對學生分析問題并設計實驗解決問題的能力要求。在這個任務中，學生需要靈活運用雜交、自交、測交等育種方法，在預測子代性狀的基礎上，意識到動物育種和植物育種的區別，再根據目的選擇合適的方法。教師從生活中學生喜愛的寵物貓入手，提供基因顯、隱性與性狀間的對應關系，學生通過小組討論確定育種方案并在黑板上展示。學生通過自述思維過程、解決問題的路徑和方法，掌握解決問題的一般思路和方法。

3 結構化情境3：科學研究

任務3：在培養的擬南芥中得到2 個突變型個體（突變型h和突變型e），均表現為花瓣數量增加（5～6 瓣）。

1）如何判斷產生的突變型是顯性還是隱性？通過實驗確認，2 個突變型的基因h和e均為隱性基因。

2）將突變型h和突變型e進行雜交，獲得的F1均表現為野生型。如何解釋F1的表型全部為野生型？

3）這2 對基因是否符合自由組合定律？ 如果符合，請設計實驗并預測實驗結果。

4）如果將突變型h和突變型e進行雜交，獲得的F1均表現為突變型，又該如何解釋？

在遺傳學研究中，盡管現代分子生物學的方法越來越普遍，但孟德爾遺傳規律依然有著非常經典的應用。因此，創設科學研究情境，引導學生對擬南芥的花瓣數量進行分析。教師最初的設想是完全自主的學習活動，學生通過設計實驗并對結果進行預測，從而判斷2 個突變基因是否是等位基因。但是在教學過程中，學生面對陌生的、復雜程度高的真實問題時，較難形成解決思路，不能快速整合資源解決問題。因此，教師設計將這個任務拆分成多個子任務，通過子任務的問題設置給學生搭臺階，驅動學生運用自由組合定律解決復雜問題。其中，子任務2 中的實驗結果能引起學生的認知沖突，針對學生的障礙，豐富學生的思路。通過這一富有挑戰性的學習任務，促進學生思考，從而加深其對遺傳規律的理解，并獲得解決實際問題的經歷和體悟。

在第3 個情境中，學生首先對任務中出現的突變體進行顯、隱性性狀的判斷，教師帶領學生對多種方法進行歸納小結。接著給出實驗結果，學生通過小組討論解釋實驗結果。在學生討論過程中，教師觀察學案的填寫情況，并請學生利用2 對等位基因控制同一相對性狀的遺傳圖解進行解釋。在此基礎上，教師提出下一個子任務：這2 對等位基因是否符合自由組合定律？如果符合，可怎樣設計實驗，預期會出現什么結果？教師分別選取采用自交及測交進行驗證的學生進行板書，同時展示2 種可行的方案，并在此基礎上引入基因框架的表示方法，幫助學生概括書寫同一表型對應的多種基因型；同時，總結判定符合自由組合定律時子一代自交和測交后代性狀分離比的情況。最后，教師給出2 個隱性親本雜交，子一代表現為隱性性狀的例子，留給學生課后思考分析。這樣，學生通過教師設計的邏輯嚴密、不斷深入的多個學習活動，最終成功利用遺傳定律解決2 個基因間關系的科學研究問題，并落實了經典遺傳學中的常用的方法。

教師在這一課時的教學設計中，設計符合學生認知發展特點并能激發學生學習興趣的情境，為學生提供了既能自主操作又能獲得發展的教學材料，引導學生在已學知識的基礎上進行問題解決和知識構建，從而抓住遺傳規律的本質。情境中的認知沖突進一步引發學生對遺傳定律進行反思和比較，把握分離定律和自由組合定律的內在聯系，并能在此基礎上推出若干變式，實現遷移和應用。