基于大概念的高中生物學情境教學

張煜航

在新課程改革背景下，《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》指出生物學課程設計追求“少而精”的原則，內容聚焦大概念。通過多方位分析整合生物學知識，厘清次位概念、重要概念、大概念等各層級概念的邏輯關系，聚焦大概念建構單元主題概念體系。情境化教學法是突出學生在教學中的主體地位，依托特殊情境將抽象知識形象化，在情境問題解決中活躍學生思維，產生對問題多方位的見解，在對各層級概念逐層建構中獲得知識、能力和素養的提升。

本文以人教版高中生物學必修2“遺傳與進化”第5章第2節“染色體變異”教學設計為例，分析如何基于大概念開展情境化教學，促進學生對染色體變異概念的理解。

一、教學內容分析

課標中與本節內容相關的要求是：舉例說明染色體結構和數量變異都可能導致生物性狀的改變甚至死亡；“學業要求”為：基于證據論證可遺傳變異來自基因重組、基因突變和染色體變異。依次分析本單元概念與其他模塊概念之間的關系（圖1），本節內容從染色體變化角度認識生物變異原因，可與基因突變和基因重組形成直觀完整的知識體系，有助于學生理解遺傳、變異等概念，為后續學習生物多樣性、生物進化等奠定基礎。內容包括染色體結構變異和染色體數目變異，理解染色體組、二倍體、多倍體等重要概念才能正確闡述從染色體數目變異原理中衍生出的多倍體育種和單倍體育種。設計時可以以“人工草莓培育”為情境主線貫穿始終，依托情境設計問題串突破染色體組、多倍體、單倍體等難點，在任務驅動學習中逐層構建概念。

二、教學目標

1.通過觀察普通草莓與東港草莓的染色體組成，說出染色體變異類型。

2.觀察各種草莓染色體示意圖中染色體數目與形態特征，構建染色體組、多倍體、單倍體等概念。

3.運用多倍體育種原理設計三倍體無籽草莓的培育方案。

4.結合本節內容運用單倍體育種與多倍體育種技術為農業生產提出建議。

三、教學過程

（一）創設情境，引發質疑

【情境1】制作草莓冰沙，呈現東港草莓、普通草莓對比圖，教師提出問題：選擇哪種草莓制作冰沙？學生對比提出選更大更飽滿的東港草莓。

【資料1】東港草莓個頭大，多汁味好，營養豐富。? 提出問題：東港草莓為何比普通草莓更大、更飽滿？學生認為是培育過程不同造成的。

【評價】草莓冰沙制作情境與生活聯系緊密，可調動學生的感性體驗和積極性，使學習氛圍更為濃厚，符合學生認知和教學規律，將生物學知識與實際生活建立有機聯系，有助于學生深化對知識的認知。

（二）研討分析，觸摸概念

【情境2】不同品種草莓體細胞或配子染色體組成。

【任務1】觀察普通草莓與東港草莓體細胞染色體組成（圖2、3），說出性狀不同的原因。

學生觀察后提出染色體數目不同導致性狀差異。

展示普通草莓體細胞染色體圖（圖4）、配子染色體圖（圖5）完成任務2。

【任務2】根據普通草莓體細胞與配子染色體組成回答問題：

①體細胞中兩條1號染色體是什么關系？

②配子中七條染色體是什么關系？

③配子中七條染色體有何不同？

學生思考并完成學案內容：①體細胞中兩條1號染色體是同源染色體；②配子中七條染色體互為非同源染色體；③配子中七條染色體形態、結構、大小不同。

學生自主構建染色體組概念：一套形態、結構、大小不同的非同源染色體。

展示普通草莓體細胞染色體組成，學生觀察回答有幾個染色體組。構建二倍體概念：由受精卵發育而來，體細胞含兩個染色體組的個體。

展示東港草莓及無籽草莓體細胞染色體組成，學生回答體細胞中有幾個染色體組，是幾倍體。構建多倍體概念：由受精卵發育而來，體細胞含三個及以上染色體組的個體。

【評價】同源染色體與染色體組概念是染色體變異的認知基礎，此環節從普通草莓體細胞與配子染色體分析開始，學生觀察染色體數量和形態特征后歸納概括，自主構建核心概念，既獲得感性認知，又能對概念理解透徹。

（三）深度剖析，完善概念

【情境3】不同品種草莓的培育過程及原理。

回顧細胞分裂的知識，經減數分裂和受精作用發育成的個體，體細胞內染色體數目與親代關系是什么？出示普通草莓發育流程圖（圖6）。

【任務3】據圖從細胞分裂角度思考普通草莓（二倍體）經人工培育成東港草莓（四倍體）的原因，并用染色體模型（兩對同源染色體）模擬。

學生展示并闡述染色體模型模擬的細胞分裂異常過程。

（1）形成雌雄配子時減數分裂Ⅰ后期同源染色體未分離（圖7），配子含兩個染色體組，其受精卵含四個染色體組，將發育成四倍體。

（2）形成雌雄配子時減數分裂Ⅱ后期染色單體分離后移向同一極（圖8），配子含兩個染色體組，其受精卵含四個染色體組，將發育成四倍體。

（3）有絲分裂后期染色單體分離后都移向同一極（圖9），子細胞中含四個染色體組，將發育成四倍體。

教師展示：農作物種植時常對萌發的種子或幼苗用秋水仙素或低溫處理，誘變為四倍體。

【任務4】閱讀教材第88頁多倍體育種的內容，思考秋水仙素與低溫作用的原理。

學生自主閱讀，說出原理是秋水仙素或低溫能抑制紡錘體形成，使染色體不能移向兩極，引起染色體數目加倍。

教師以實例說明多倍體特點：（1）莖稈粗壯；（2）葉片、果實和種子較大；（3）糖類和蛋白質等含量增多。

【任務5】寫出用普通草莓培育無籽草莓的過程，用染色體模型解釋無籽草莓的成因。

學生分組討論再展示交流：二倍體草莓與四倍體草莓雜交可得三倍體無籽草莓。草莓無籽的原因是體細胞有三個染色體組（圖10），減數分裂Ⅰ發生聯會紊亂，產生可育配子概率很低。

【資料2】科學家培育多倍體草莓時發現部分二倍體草莓配子經花藥離體培養直接發育成個體，這些個體與正常草莓相比長得弱小、高度不育。

【任務6】根據上述資料回答問題。

（1）這些個體的體細胞含幾個染色體組？稱為幾倍體？

（2）單倍體發育起點是什么？

（3）單倍體體細胞內只含一個染色體組嗎？

學生閱讀資料思考，在學案上作答。

教師開展多倍體或單倍體的概念辨析，不能只看體細胞內染色體組數，還要看發育起點。

【評價】本環節緊扣大概念教學中本課時所對應的多倍體與單倍體形成原因，圍繞普通草莓觀察、分析染色體組知識，結合細胞分裂知識由易到難構建細胞分裂的異常模型解釋四倍體、三倍體形成過程和原因。教師創設的情境很好地串聯學生內生性知識與生物學事實，學生自主構建染色體異常模型是對抽象的生物學知識具象化、結構化的學習過程。

（四）情景再現，遷移概念

【情境4】培育抗蟲害、抗鹽堿特征的草莓。

【任務7】草莓有抗蟲害（A）與抗鹽堿（b）兩種性狀，控制兩對性狀的基因位于兩對同源染色體上。現有基因型為AaBb的草莓植株，若利用傳統自交育種獲得純種抗蟲害、抗鹽堿（AAbb）的后代周期較長，運用本節知識設計能縮短育種周期的方案。

學生分組討論并展示交流：建構染色體模型（圖11）闡明理由：用花藥離體培養將該草莓植株產生的配子培育成單倍體，根據性狀篩選抗蟲害、抗鹽堿個體，用秋水仙素處理使染色體數目加倍恢復可育，再大規模種植。

【評價】結合基因在染色體上及染色體變異的相關知識，面對真實情境發散思維，針對情境問題設計實驗方案，解決實際問題。從情境中來再到情境中去，落實大概念教學中與本課時相關的次位概念“生物變異在生產生活當中的應用”。

四、教學反思

1.高中生物學大概念教學具有獨特的系統性，基于此設計的教學方案會對教材原有的結構進行一定的改善，站位更高，本課時所需達成的教學目標是由大概念拆分成重要概念最后細分為每節課所對應的次位概念。使得課時與課時之間具有連貫性，連成一條完整的知識邏輯主線，不會出現知識點斷層割裂的現象。學生在此教學模式下學習類似于拼拼圖的過程，不只要找到目前所學的這一塊，還需要根據已學知識模塊將其融合進原有知識體系當中，不斷內化整合，形成專屬記憶網。通過自身生物學知識體系的有效構建來實現生物學學科核心素養的有效培育，對提升學生的生物學學習效果具有重要價值。

2.對于本節中染色體變異這一微觀知識點，若沒有貫穿始終的有序情境作為載體，學生所學到的只是一盤散沙。教材中給出許多生物染色體變異例子，但跨度較大，難以整合，本文以“人工草莓培育”為主題情境，包含染色體變異與應用內容，學生根據情境任務分析思考、小組討論和搭建模型，解決貼近生活實際的問題，學會運用科學思維辯證地看待生物學現象。

（作者單位：福建省廈門第二中學）

編輯：趙文靜