高中生物學重要概念教學設計例談
——以“表觀遺傳”教學設計為例

黃秀芝

（松溪第一中學，福建 松溪 353500）

生物學重要概念是對生命現象和規律的理解和解釋，處于生物學中心位置。［1］重要概念是依附、服務并支撐生物學大概念的下位概念，具有學科邏輯性。重要概念教學是高中生物學教學的核心內容。［2］生物學重要概念教學時，教師可以通過呈現生物學事實、揭示概念所蘊含的生物學本質，幫助學生構建、理解及應用重要概念，形成生命觀念。近年來“表觀遺傳”已成為遺傳學研究熱點，列入2019 年版人教版、浙科版等高中生物學教科書，可見其教學的重要性。

一、聚焦生物大概念設計教學目標

根據《普通高中生物學課程標準（2017 年版）》提出的“核心素養為宗旨”“內容聚焦大概念”等課程基本理念，以及對“表觀遺傳”教學要求，設計“表觀遺傳”一節教學目標：①觀察、閱讀有關表觀遺傳現象及其資料，能運用結構與功能觀、進化與適應觀等生命觀念，多角度認識生物界的表觀遺傳現象。②探討表觀遺傳機制，建構表觀遺傳概念模型，探究并建立遺傳信息、基因表達及性狀三者之間的相互關系。③閱讀、討論有關環境、行為等因素對表觀遺傳的影響，以及表觀遺傳在生物體生長發育、繁衍等方面作用的資料，認同表觀遺傳研究價值，養成健康的生活方式。促進學生進一步理解重要概念“親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA 分子上”，為建立大概念“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”奠定基礎。［3］

二、圍繞重要概念設計教學過程

（一）創設情境，厘清機制，建立重要概念

以視頻、圖文等形式，呈現生活中典型、有代表性的表觀遺傳現象作為問題情境，引導學生辨析遺傳現象及其遺傳方式。例如，指導學生觀看蜜蜂飼養視頻，了解蜂群中的雌蜂，若持續喂養蜂王漿則發育成蜂王，若喂養蜂蜜則發育為工蜂，二者幼蟲時期喂養方式不同，而生長發育、身體形態功能等方面明顯差異。播放人類同卵雙胞胎不同的表型性狀的視頻，讓學生了解同卵雙胞胎在糖尿病、精神分裂癥等疾病方面存在不同的遺傳效應。創設問題情境：為何具有相同DNA 序列的個體存在表型的差異？生物性狀改變的原因是什么？組織學生從基因與生物性狀的角度進行分組討論。針對學生無法運用經典遺傳作出解答的困惑，教師提供學習資料，指導學生學習有關表觀遺傳的分子水平調節機制，如組蛋白修飾、DNA 甲基化參與調控基因轉錄等，［4］并結合有關情境資料，如一個遺傳物質完全一致的小鼠品系，其皮膚卻具有不同顏色，指導學生比較分析表觀遺傳與經典遺傳定律的不同，幫助學生初步建立表觀遺傳概念。

利用表觀遺傳和經典遺傳的相異，以表觀遺傳現象的實例創設問題情境，激發學生的認知沖突與探究學習的欲望，學習表觀遺傳的機制，幫助學生轉變“基因遺傳”等前概念，初步建立對表觀遺傳的認識。

（二）探討問題，繪制概念圖，建構概念體系

創設問題情境，引導學生探討、剖析問題并繪制概念圖，明晰概念“某些基因中堿基序列不變但表型改變的表觀遺傳現象”的內涵，進一步理解“親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA 分子上”，建立概念體系。指導學生回顧已學習過的豌豆種子的圓粒與皺粒、白化病、囊性纖維化等典型遺傳實例，結合表觀遺傳現象及其分子機理，組織學生圍繞“基因如何控制生物體的性狀？細胞分化與基因表達有什么關系？表觀遺傳信息是如何調控基因表達的？怎樣理解基因與性狀關系的復雜性？”等問題開展討論，比較分析基因與性狀的關系，初步形成“基因→酶→代謝→性狀”和“基因→蛋白質結構→性狀”的基因表達方式。在此基礎上，圍繞“遺傳信息+環境→性狀”這一主線，分小組合作繪制基因表達與性狀的關系概念圖（如圖1），直觀呈現基因與基因、基因與環境、基因與性狀之間的邏輯關系，體現基因、環境和性狀三個遺傳學概念之間的關系，構建“遺傳信息控制生物性狀”概念體系。

圖1 “基因表達與性狀的關系”概念圖

在明確表觀遺傳機制的基礎上，圍繞“遺傳信息+環境→性狀”主線，通過繪制“基因表達與性狀的關系”概念圖，串聯相關遺傳學概念，建構概念體系，使得學生明確表觀遺傳主要調控基因的表達，但不改變基因序列，幫助學生以新的視角理解表觀遺傳與經典遺傳的關系。

（三）剖析案例，遷移重要概念，分析解決問題

指導學生閱讀以下資料：“荷蘭饑餓冬季”，即1944 年－1945 年冬天，荷蘭發生嚴重的饑荒，導致孕婦生下的孩子一生都受饑荒影響，其罹患肥胖癥，糖尿病和精神分裂癥等概率較常人高，營養不良對懷孕女性健康的影響不僅波及其子女甚至孫輩。又如20世紀90 年代，瑞典科學家拜格林對瑞典北部諾伯頓地區的居民壽命進行了調查和研究，結果表明祖輩或父輩的生活經歷印記可以遺傳給子孫。以及有關表觀遺傳與人類疾病研究治療、作物遺傳改良等資料。指導學生分組討論：如何判斷表觀遺傳現象？生活習慣的改變對后代性狀產生什么影響？若環境、行為等因素可以通過表觀遺傳影響后代，則在生殖、疾病等領域有何應用？等等。通過閱讀、討論、分析等學習活動，讓學生在比較分析中遷移運用表觀遺傳概念，學會判斷有關表觀遺傳現象，解決現實生活中的實際問題，體會表觀遺傳研究價值。

（四）開展研究性學習活動，拓展重要概念，形成生命觀念

圍繞表觀遺傳概念，開展研究性學習等活動，拓展學生對表觀遺傳的認識，為學生理解生命的整體性和復雜性提供理論基礎，促進學生形成生命觀念。

組織學生課外分組查閱有關表觀遺傳研究綜述類文獻，開展“探究表觀遺傳的調控機制”“展望表觀遺傳的應用前景”等研究性學習活動，了解表觀遺傳多種分子水平調控機制，關注表觀遺傳在生物體的生長分化、生殖繁衍等方面研究進展，以及在農業、醫療等方面的應用。查閱、收集有關表觀遺傳與生活習慣方面文獻資料，了解表觀遺傳與人類生活習慣、飲食、癌癥等關系，以及可能對人類后代性狀的影響。此外，還可以開展以“基因決定生物體的性狀”“中心法則的發展”“基因序列不變，表現型改變”等為辯題的辯論賽，論證表觀遺傳與經典遺傳、基因與表型等關系。通過研究性學習及辯論賽等活動，讓學生進一步了解表觀遺傳的研究進展及其應用，明確表觀遺傳揭示生命現象的機制，拓展完善對中心法則、基因等概念的認識，促進學生形成結構與功能觀、進化與適應觀等生命觀念。［5］

（五）表觀遺傳教學反思

本節課通過創設情境、問題探討、建構概念圖、開展課后研究性學習活動等教學方式，引導學生在經典遺傳學基礎上建立、理解表觀遺傳概念及其概念體系，幫助學生拓展對基因、中心法則等遺傳學概念的認識，切實培養學生的結構與功能觀、進化與適應觀等生命觀念。因有關表觀遺傳的研究尚在進行中，諸多觀點尚未定論或有爭議，這給教學造成一定困難，且表觀遺傳的分子水平調控機制較為復雜，學生不易理解，成為學習難點，值得深入探討相關教學策略。