基于聯結學習原理的“細胞分裂中的遺傳變異”教學設計與反思

摘" 要：學習是以神經連接為基礎的產生情境刺激與反應間的聯結的過程.教師以此理論為基礎，通過“細胞分裂中的遺傳變異”課程學習活動引導學生建立“細胞分裂”和“可遺傳變異”兩個概念間的心理聯結.學生在問題解決過程中，理解并提取問題信息，提取問題表征，設計問題解決策略并執行策略，再通過教師的反饋和評價總結出恰當的路徑，強化設計解決問題的策略的能力.

關鍵詞：聯結學習;細胞分裂;可遺傳變異

中圖分類號：G632""" 文獻標識碼：A""" 文章編號：1008-0333（2024）18-0143-03

收稿日期：2024-03-25

作者簡介：吳波（1984—），男，吉林省長春人，博士研究生，中學高級教師，從事科學教育研究；

李楠（1994—），女，吉林省長春人，碩士研究生，中學一級教師，從事生態學研究.

學習的過程分為形成動物式的刺激－反應的直接聯結、形成觀念的聯結、形成抽象的聯結以及形成選擇性聯結.

任何動物一旦學會對某一特定的條件刺激作出反應以后，和該條件刺激相類似的刺激也能誘發其條件反應，這就是刺激泛化.新刺激與原來條件刺激越相似，其誘發的條件反應越強.在學習過程中，很多時候教師需要引導學生把類似的刺激區分開，通過選擇性強化和消退條件反應，相似刺激的差異放大，學生學會對類似的條件刺激作出不同反應，也就是刺激分化.

1" 課程設計理念

“細胞分裂中的遺傳變異”課程內容涉及“細胞分裂”和“可遺傳變異”兩大要素及其間的聯系，

聯系即兩個要素間的關系.學生已經具備對細胞分裂和可遺傳變異的基礎分析能力.教師通過提供合適的情景和循序漸進的任務，有意識地使用刺激泛化與刺激分化的原理.前者可以幫助學生把學習從一種情境遷移到另一情境，后者可以幫助學生對不同情境作出不同恰當的反應，進而建立有效的聯結.

為達到適時使用刺激泛化與刺激分化的目的，教師在教學設計的過程中呈現教學內容的方式是系統的、有單元結構的.教師科學地調配系統內各要素，從縱向理清知識的前因后果，從橫向辨別知識的獨特性和相似性，促使學生用系統和辯證的思維去看待問題，自行去發現其中的聯系與區別.

教育部考試中心要求，學業水平考試要通過設置真實的問題情境，考查學生靈活運用所學知識分析、解決問題的能力，引導學生的關注點從“解題”向“解決問題”轉變［1］.“細胞分裂中的遺傳變異”這一課程內容聚焦“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”“生物的多樣性和適應性是進化的結果”兩個概念.通過分析模型模擬細胞分裂過程中染色體及其上基因的變化，學生可深入理解可遺傳變異的來源，了解其產生的原因、特點及其在生產生活實際中的應用，理解生命的延續和發展的過程，認識生物界及生物多樣性，樹立正確的自然觀.

2" 教學目標

結合細胞減數分裂和有絲分裂的模型，判斷細胞發生可遺傳變異的類型（科學思維、科學探究）；基于證據和相關知識，闡明細胞分裂中染色體行為與基因傳遞變化的聯系（科學思維、科學探究）；運用遺傳和變異的觀點，解釋突變與重組為進化提供豐富的原材料（生命觀念、社會責任）.

3" 教學設計

3.1" 環節1

教師：三月春暖，楊柳依依.柳樹是雌雄異株的植物，雄株的雄花釋放大量花粉，離不開精原細胞的分裂.柳樹AaXBY精原細胞如何形成AXB的精細胞？

學生：M Ⅰ中，A與a基因隨同源染色體分離而分離，A與B基因、a與b基因隨非同源染色體自由組合而重新組合.

教師：過程中發生哪種可遺傳變異？導致基因在傳遞中發生什么變化？

學生：基因重組，非同源染色體上非等位基因重新組合.

教師：AaXBY的精原細胞形成AB、aB、aY、AY的精細胞的過程中發生什么？

學生：M Ⅰ中，位于同源染色體上的a基因隨著非姐妹染色單體的交換而與A基因發生交換.

教師：過程中發生哪種可遺傳變異？導致基因在傳遞過程中發生什么變化？

學生：基因重組，同源染色體上非等位基因重新組合.

設計意圖：通過設置“柳樹的雄花釋放花粉”情景和提供“精原細胞減數分裂”模型，引導學生分析圖像，關注細胞減數分裂形成配子過程中染色體的行為變化，以及隨著染色體的變化基因符合遺傳規律進行傳遞的現象.旨在強化學生對細胞減數分裂過程和基因重組的認識，引導學生初步建立細胞分裂過程中染色體和基因間的聯系，加深對生命現象本質的理解.

3.2" 環節2

教師：AaXBY的精原細胞形成AB、Ab、aY、aY的精細胞的過程中發生什么？

學生：M Ⅰ前間期DNA復制發生錯誤，產生新的等位基因b，即基因突變.

設計意圖：通過設置“基因突變”的模型，培養學生從模型中獲取關鍵信息的能力，為進一步理解與分析以染色體變化為基礎的基因變化奠定基礎.旨在引導學生對生物學的重要概念形成正確而清晰地認識，提升運用科學的思維方法解決問題的思維能力.

3.3" 環節3

教師：AaXBY的精原細胞形成AaXB精細胞的過程中發生什么？請同學們對每對等位基因單獨進行分析，找出哪對基因有問題.

學生：B基因隨X分離進入到配子中，A、a一對等位基因出現問題.

教師：該對等位基因是由于什么過程異常導致的？在什么分裂出現錯誤？

學生：M Ⅰ A、a所在同源染色體未分離，與包含B基因的性染色體移向細胞同一極.

教師：對于分析同一精原細胞分裂形成的其他三個配子基因型的問題，我們可繪制圖解，以橫線代表著絲粒，繪制DNA復制和兩次細胞分裂過程中基因的變化圖像.

教師：精原細胞減數分裂形成的四個配子基因型是AaXB、AaXB、Y、Y.

教師：請同學們分析AAXB、AAaXB、Y配子形成的原因，并寫出同一精原細胞分裂形成的其他三個配子基因型.

學生1：M Ⅱ后期，A基因的染色體著絲粒斷裂后，姐妹染色單體未分離.同一精原細胞分裂形成的其他三個配子基因型是XB、aY、aY.

學生2：M Ⅰ后期，攜帶A與攜帶a基因的同源染色體未分離；和M Ⅱ后期，攜帶A基因的染色體著絲粒斷裂后，姐妹染色單體未分離.同一精原細胞分裂形成的其他三個配子基因型是aXB、Y、Y.

學生3：M Ⅰ后期，攜帶A與攜帶a基因的同源染色體未分離；或M Ⅱ后期，攜帶A基因的染色體著絲粒斷裂后，姐妹染色單體未分離.同一精原細胞分裂形成的其他三個配子基因型可能是AaXB、AaXB、Y，AAaXB、aXB、Y， AAY、aXB、aXB.

教師：AaXB、AAXB、AAaXB、Y四種配子形成過程中發生哪種可遺傳變異？導致基因在傳遞過程中發生什么變化？

學生：染色體數目變異，個別基因數量發生改變.

教師：AaXBY精原細胞在有絲分裂過程中，如何形成AAaaXBXBYY的細胞？

學生：由于前期紡錘體形成受阻，著絲粒斷裂后，姐妹染色單體未分離，導致染色體數目變異.

教師：基因在傳遞過程中數量也發生變化，但是這種基因數量的變化以什么為單位？

學生：染色體組.

教師：AaXBY的精原細胞在有絲分裂過程中如何形成AB a XY的細胞？

學生：性染色體上含B基因片段移接到非同源染色體上.

教師：過程中發生哪種可遺傳變異？有什么變化？

學生：染色體結構變異.染色體上基因數量或排列順序改變.

設計意圖：通過設置“染色體變異”的模型，引入圖解法以直觀分析基因的變化，強化學生對可遺傳變異類型的辨析，避免混淆.旨在引導學生從更高的高度加深對生命現象的復雜性、統一性和多樣性的理解.

3.4" 環節4

教師：在細胞分裂過程中，伴隨著染色體行為與數量的變化，基因發生改變.基因的這些改變可從親代遺傳給子代，并在生命延續的過程中得以發展，為生物的進化提供原始的選擇材料.

設計意圖：總結探討生命活動的規律，認同生物進化的本質，樹立進化與適應的生命觀念.

4" 板書設計

5" 教學反思

5.1" 認知壓力內驅力雙驅動，提升學習熱情

教學設計過程中，教師在可能發生對解決問題的能力進行強化的時間，設置具體的情景和循序漸進的任務以促進學習，進行有效的刺激并重復，使教學過程得以程序化地呈現和推進，能夠進一步促進教學過程中溝通的發生和延續，減小學生認知抑制的影響.學生保持對刺激的適應而促進知識與能力的遷移，從而進行認知更迭和思維水平的提高.

教師在教學過程中激發學生學習興趣、在實踐中提高其理解、掌握程度，形成序貫、銜接、閉合、不斷循環的教學回路，既能夠保證教學過程的高度組織性和知識體系的完整性，給學生帶來一定的認知壓力，也能夠激發并提高學生學習動機的內驅力，讓學生的理論認識由抽象走向思維中的具體，形成能力，從而在認知維度、思維領域等方面獲得均衡發展.當學生獲得了這種高級學習體驗，會驅動學生從追求理解、記憶、應用的低階學習，達到追求分析、評價、創造的高階學習.

5.2" 師生知識體系雙匹配，強化框架構建

以“問題情境”為契機推進的知識體系循環性與教學內容流動性貫穿師生行動開展的始終，師生憑借自身認知水平、認知方式在知識傳遞的過程中達成一致性，推進師生雙方知識體系的構建.這種雙重知識體系構成了知識內循環的邏輯基礎.教師的存量知識轉化為可流通的流量知識，促進教師自身重新審視教學內容的組織，挖掘更適宜的教學方法與技術手段.教師的知識體系與學生知識體系的交互性溝通，既促進了教師知識的流動性，也促進了學生問題解決能力的提升，實現知識向能力的高效轉換［2］.

6" 結束語

教師的角色轉變為后置角色，學生成為信息與知識加工的主體，是自己知識體系的主動建構者.在教師設計的情境下基于給定的學習資源，依靠溝通、研討、協同、互助，實現自我建構，該轉變體現了課堂教學的溢出價值、教師與學生的生命價值，使課堂避免走向唯知識傳播為價值導向的極端.

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版）［M］.北京：人民教育出版社，2017：4-5.

［2］ 蔣桂林.基于高中生核心素養培養的生物學科素養的思考［J］.中學生物學，2015（10）：9-10.

［責任編輯：季春陽］