基于核心素養(yǎng)的“染色體數(shù)目的變異”體驗(yàn)式教學(xué)設(shè)計(jì)

摘要：基于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，以“染色體數(shù)目的變異”為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，沿著情境線—問題線—體驗(yàn)線—知識(shí)線—應(yīng)用線—素養(yǎng)線，從創(chuàng)設(shè)情境、問題探究、分享交流、知識(shí)總結(jié)、應(yīng)用反饋五個(gè)環(huán)節(jié)展開體驗(yàn)式教學(xué)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)探索未知事物的思維方式，實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”，從而深化學(xué)生對(duì)核心概念的理解，實(shí)現(xiàn)教育的育人價(jià)值。

關(guān)鍵詞：體驗(yàn)式教學(xué)；染色體數(shù)目變異；生物學(xué)；教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1003-7586（2024）04-0041-03 中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》提出的核心素養(yǎng)主要包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任四個(gè)方面，強(qiáng)調(diào)探究性學(xué)習(xí)，注重學(xué)生學(xué)習(xí)方式的不斷改進(jìn)，從而展現(xiàn)生物學(xué)課程的學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生發(fā)展的育人價(jià)值。

體驗(yàn)式教學(xué)是強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和規(guī)律，設(shè)計(jì)合理的活動(dòng)情境和體驗(yàn)形式，讓學(xué)生在體驗(yàn)、交流、分享中主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)體系，發(fā)展能力和生成情感的一種教學(xué)模式。本文以“染色體數(shù)目的變異”為例，解讀五環(huán)節(jié)體驗(yàn)式教學(xué)模式的實(shí)施流程。

1 教材分析和學(xué)情分析

“染色體數(shù)目的變異”是人教版普通高中教科書《生物學(xué)·必修2·遺傳與進(jìn)化》第5章第2節(jié)的內(nèi)容，在教材中起到承上啟下的作用，既是基因突變有關(guān)知識(shí)的延伸，又是后續(xù)學(xué)習(xí)人類遺傳病的基礎(chǔ)。

“染色體數(shù)目的變異”一節(jié)的內(nèi)容與人類健康、生產(chǎn)生活息息相關(guān)，課堂教學(xué)中可引入相應(yīng)生活情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但也存在學(xué)生難以理解的染色體組等相關(guān)抽象概念的問題，對(duì)此筆者主要采用模型模擬、實(shí)驗(yàn)探究的體驗(yàn)方式開展教學(xué)，助力學(xué)生理解相關(guān)的抽象概念。該階段學(xué)生已具備一定的模型構(gòu)建和推理能力，已掌握基本的生物實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)，為本節(jié)課采用體驗(yàn)式教學(xué)模式開展教學(xué)提供了保障。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）小組合作構(gòu)建染色體數(shù)目的變異模型，對(duì)比分析單倍體、二倍體和多倍體的染色體組成，辨析染色體組數(shù)，形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)，培養(yǎng)生命觀念。

（2）通過問題驅(qū)動(dòng)，學(xué)生自主構(gòu)建模型，加之對(duì)模型的分析及總結(jié)，提升科學(xué)思維。

（3）設(shè)置實(shí)驗(yàn)探究低溫誘導(dǎo)染色體數(shù)目的變化，通過提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)方案、解決問題提升科學(xué)探究能力。

（4）通過學(xué)習(xí)單倍體和多倍體在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，體會(huì)科學(xué)技術(shù)對(duì)推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的巨大作用，落實(shí)社會(huì)責(zé)任。

3 “染色體數(shù)目的變異”體驗(yàn)式教學(xué)過程

圖1為“染色體數(shù)目的變異”整體教學(xué)設(shè)計(jì)思路，接下來具體介紹五步體驗(yàn)教學(xué)法的過程。

3.1 創(chuàng)設(shè)情境開啟體驗(yàn)

教師活動(dòng)，教師以果蠅染色體組成為例（見圖2）引導(dǎo)學(xué)生回顧減數(shù)分裂產(chǎn)生配子的過程，為探究染色體數(shù)目變異提供理論基礎(chǔ)。

學(xué)生活動(dòng)，結(jié)合課下完善好的減數(shù)分裂模型圖，熟悉二倍體生物減數(shù)分裂過程的同時(shí)，積極思考老師提出的問題。

教師活動(dòng)，教師播放電影《籃球冠軍》中的片段，介紹Gloria和Fran兩位先天愚型患者；播放天才指揮家胡一舟的視頻，從而引出染色體數(shù)目變異，并呈現(xiàn)出先天愚型患者與正常人類染色體組成的差異。教師引出問題：二倍體生物的減數(shù)分裂有時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，產(chǎn)生異常的配子，異常配子參與受精后則可導(dǎo)致染色體數(shù)目異常的患者。先天愚型患者比我們正常人多一條21號(hào)染色體，是如何形成的呢？一種生物的染色體數(shù)目可以發(fā)生怎樣的變化？

學(xué)生活動(dòng)，學(xué)生針對(duì)課堂呈現(xiàn)的視頻、圖片，沿著教師的提問，產(chǎn)生了進(jìn)一步了解染色體數(shù)目異常的探究欲望。

3.2 問題探究親身體驗(yàn)

教師活動(dòng)，教師呈現(xiàn)人類正常染色體組成圖片，進(jìn)而給出染色體數(shù)目異常的三則案例：①缺少一條X染色體的Tumer綜合征患者；②增加一條18號(hào)染色體的18三體綜合征患者；③比野生祖先種增加11條非同源染色體的香蕉。教師提出問題：圖2中果蠅減數(shù)分裂產(chǎn)生的配子中的染色體組成如何？三則案例中的個(gè)體，是什么樣的雌雄配子受精產(chǎn)生的？

學(xué)生活動(dòng)，互相討論得出可能的答案。

教師活動(dòng)，教師借助圖2模型圖講解染色體組的概念。考慮到果蠅染色體數(shù)目較少，引導(dǎo)學(xué)生以果蠅染色體組成為例，繪制物理模型模擬果蠅減數(shù)第一次分裂異常產(chǎn)生的配子情況。

學(xué)生活動(dòng)，分析總結(jié)三則案例的情況，通過小組討論和教師引導(dǎo)，開展模型構(gòu)建活動(dòng)。學(xué)生展示果蠅第一次減數(shù)分裂異常，會(huì)產(chǎn)生（n+1）和（n-1）的配子。

教師提出問題：將果蠅第一次減數(shù)分裂異常產(chǎn)生的（n+1）和（n-1）的配子與正常的雌或雄配子結(jié)合受精，產(chǎn)生的后代如何？?jī)蓚€(gè)異常配子的結(jié)合，產(chǎn)生的后代又如何？

學(xué)生活動(dòng)，學(xué)生間討論，將異常配子（n+1）與正常配子n結(jié)合，產(chǎn)生的后代染色體數(shù)目為（2n+1），比正常體細(xì)胞多一條染色體；將（n-1）配子與正常配子n結(jié)合，產(chǎn)生的后代染色體為（2n-1），比正常體細(xì)胞少一條染色體，從而解決了上述三則案例中的其中兩個(gè)。

教師提出問題：如果一個(gè)雌配子與兩個(gè)雄配子同時(shí)受精，產(chǎn)生的后代染色體組成如何？

學(xué)生活動(dòng)：繪制簡(jiǎn)易模型，模擬產(chǎn)生的后代染色體組成情況。從而得出比野生祖先種增加11條非同源染色體香蕉的可能由來。

教師提出問題：果蠅第一次減數(shù)分裂正常，第二次減數(shù)分裂中其中一個(gè)細(xì)胞分裂異常，產(chǎn)生的配子如何？由學(xué)生課下繪制模型解決該問題。

3.3 分享交流分享體驗(yàn)

教師活動(dòng)，教師引導(dǎo)每組學(xué)生派代表分享模型制作的成果，點(diǎn)評(píng)每組學(xué)生制作的模型情況。

學(xué)生活動(dòng)，展示本組模型制作圖或?qū)嵨铮⒔忉屇Ｐ退淼暮x。下圖為在每組學(xué)生展示成果之后，全班學(xué)生綜合繪制的染色體數(shù)目變異模型圖（見圖3）。

3.4 知識(shí)總結(jié)內(nèi)化體驗(yàn)

教師活動(dòng)，教師選取具有代表性的學(xué)生的模型進(jìn)行知識(shí)內(nèi)容總結(jié)，重述染色體組的概念，講授單倍體、二倍體、多倍體相關(guān)概念。引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合模型對(duì)比分析，總結(jié)出染色體數(shù)目異常分為整倍性改變和非整倍性改變兩種類型。

學(xué)生活動(dòng)，結(jié)合教師講解，學(xué)生進(jìn)一步查找自己模型中存在的問題，以便課下進(jìn)行完善補(bǔ)充。

3.5 應(yīng)用反饋升華體驗(yàn)

3.5.1 知識(shí)應(yīng)用反饋

例1分析下列圖形中各細(xì)胞的染色體組成情況，并完成下列問題：

（1）通常情況下，一定為單倍體細(xì)胞染色體組成的是圖D。

（2）若由A細(xì)胞組成的生物是單倍體，則A細(xì)胞含有4個(gè)染色體組，則其正常物種體細(xì)胞為八倍體，含有8個(gè)染色體組。

（3）由C細(xì)胞組成的生物體可育嗎？不可育；如何處理能產(chǎn)生有性生殖的后代？染色體加倍。

（4）一般情況下，染色體組中的染色體的丟失會(huì)導(dǎo)致配子無法完成受精，而染色體的增加則往往能完成受精。由B細(xì)胞組成的生物在減數(shù)第一次分裂的后期，第2對(duì)同源染色體未分開，則這一卵母細(xì)胞產(chǎn)生的卵子含有2條或4條染色體。若卵子與正常精子完成受精，后代的體細(xì)胞含有7條染色體。

3.5.2 實(shí)際應(yīng)用反饋

教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)本節(jié)課所學(xué)的染色體變異相關(guān)內(nèi)容，嘗試在課堂上解釋臨床上對(duì)胎兒進(jìn)行產(chǎn)前先天愚型篩查的技術(shù)原理。課后，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步收集與染色體變異相關(guān)的實(shí)際案例，談一談其中涉及到的染色體變異相關(guān)內(nèi)容及自己的看法。其次，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，論證某一因素（如低溫）對(duì)染色體數(shù)目的影響。

4 教學(xué)感悟

體驗(yàn)式教學(xué)的重點(diǎn)在“體驗(yàn)”上，體驗(yàn)的主要形式有角色扮演、模型制作、實(shí)驗(yàn)探究等。一些嘗試體驗(yàn)式教學(xué)的高中教師的初步研究表明，在核心概念的指引下，設(shè)置不同的教學(xué)情境，學(xué)生通過獨(dú)立自主、合作探究、動(dòng)手操作等不同的學(xué)習(xí)方式參與課堂教學(xué)，不僅能加深對(duì)概念的理解，也有助于學(xué)生核心素養(yǎng)的提升。

盡管體驗(yàn)式教學(xué)模式在高中教學(xué)中的應(yīng)用取得了一定成效，但沒有一種教學(xué)模式是萬能的。筆者經(jīng)過體驗(yàn)式教學(xué)實(shí)踐，歸納得出以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：第一，體驗(yàn)式教學(xué)模式實(shí)施起來較傳統(tǒng)講授法對(duì)教師的要求較高，學(xué)生在體驗(yàn)的過程中不受教材知識(shí)限制，如染色體數(shù)目異常中，學(xué)生會(huì)構(gòu)建出多種的模型，有的可能違反科學(xué)事實(shí)，有的是教材知識(shí)的延伸，這就要求教師要有豐富的知識(shí)，以應(yīng)對(duì)學(xué)生體驗(yàn)中出現(xiàn)的各類問題。第二，學(xué)生的知識(shí)背景、能力水平不同，所構(gòu)建的模型、設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案等參差不齊，教師應(yīng)對(duì)學(xué)生體驗(yàn)成果給予客觀的評(píng)價(jià)，不要打消學(xué)生的積極性，要引導(dǎo)學(xué)生如何去修改完善。第三，教學(xué)學(xué)時(shí)有限，教師要嚴(yán)格把控五個(gè)體驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的時(shí)間分配，也可把部分環(huán)節(jié)內(nèi)容安排在課前或課后。最后，教學(xué)情境的設(shè)置要具有引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突、調(diào)動(dòng)學(xué)生興趣的作用，更好地激發(fā)學(xué)生的探索欲望。

體驗(yàn)式教學(xué)模式在我國(guó)的生物學(xué)課堂教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)已顯現(xiàn)出來，如何將該教學(xué)模式更好地推廣和應(yīng)用，或者進(jìn)一步完善該教學(xué)模式，使之更適合我國(guó)國(guó)情，還有待廣大教育工作者的齊心努力。

基金項(xiàng)目：（1）河北省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃課題“核心素養(yǎng)理念下生物課堂中生命觀念的體驗(yàn)式教學(xué)實(shí)踐研究”（2307028）；（2）河北省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（2022GJJG211）。