基于主線式情境的問題探究式教學實踐研究

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》以下簡稱《課程標準》中指出，生物學學科核心素養是學生在真實情境中，借助解決社會生活、生產實踐、科學研究等問題發展起來的。吳成軍教授也指出，生物學學科核心素養中最重要的關鍵能力必須通過學生在真實情境中的思考、分析和探究等活動才能得到發展。由此可見，高水平生物學學科核心素養的培育離不開真實情境的支撐，而僅通過一節課時的情境內容教學無法完成對學生生物學學科核心素養的培養。因此，教師在進行教學設計時，應從單元整體教學的角度出發，對相關的教學內容進行充分挖掘和整合，創設與教學主題密切相關的主線式情境，將知識體系的構建和情境的發展有機地融合在一起，引導學生沿著主線進行活動探究，并在活動探究過程中逐步構建知識體系，發展其生物學學科核心素養。

1教學分析及設計思路

人教版普通高中教科書《生物學·必修 遺傳與進化》（以下簡稱“教材”中涉及的知識點是高中生物學教學中的重難點，同時也是高考考查的重點內容，其包括遺傳的基本規律、遺傳的細胞學基礎和分子基礎、生物的變異和進化等。其中，遺傳的基本規律在全國各地高考中均是考查的重點，且多以社會生活、生產實踐或科學研究等為情境進行考查。

近幾年，在廣東、山東、湖南、湖北、河北等地的高考中，對“遺傳基本規律與生物變異\"均有較大篇幅的考查，這對學生信息獲取、分析推理和實驗探究等方面的能力也提出了更高的要求。學生在前期的復習中，已經初步掌握了“基因分離定律”“基因自由組合定律\"“伴性遺傳”等遺傳的基本規律。但由于該專題信息量較大，又常與社會生活、生產實踐、科學研究相結合，常規的專題復習模式“做題一講題—歸納解題方法”容易讓學生喪失學習興趣和探索欲望。學生也常常會因為找不到解題的突破口而對其產生畏難情緒，進而阻礙遺傳學知識體系的構建及生物學學科核心素養的發展。

為了更好地激發學生的學習興趣和探索欲望，筆者將遺傳基本規律與生物變異相結合，創設以果蠅遺傳學實驗研究為背景的主線式情境，引導學生沿著這條主線進行活動探究，在“發現問題一分析問題一解決問題”的過程中靈活運用“假說一演繹”法即“提出假說一演繹推理一逆向答題”解決遺傳學問題。這不僅能幫助學生構建遺傳學知識體系，更能培養學生演繹與推理、歸納與概括等科學思維和科學探究能力。

2教學目標

基于《課程標準》中的內容要求、學業要求及學業質量標準，筆者圍繞生物學學科核心素養的培養要求，制定了如下教學目標。

（1）通過參與一系列生物變異類型判斷與實驗探究活動，重新構建遺傳基本規律與生物變異相關的知識體系。（2）理解由基因突變、基因重組、染色體變異引起的變異是可遺傳的，運用結構與功能觀解釋復雜科研情境中的生命現象。（3）結合不同生物變異類型，對不同科研情境下的問題進行分析、討論，運用“假說一演繹”法解決科研實踐問題，訓練演繹與推理、歸納與概括等科學思維。（4）合理選擇用于遺傳學研究的模式昆蟲果蠅，并展示一系列果蠅雜交實驗，解決科研實踐問題，提升科學探究能力。

3教學過程

3.1創設情境，探究變異類型

情境1：果蠅是良好的遺傳學實驗材料，正常培養溫度為 ，繁殖周期約為12天。某一生物學興趣小組在暑期飼養了一批純合長翅果蠅幼蟲用于遺傳學實驗。因當時氣溫高達 ，為保證果蠅幼蟲正常生長，學生將果蠅幼蟲置于 恒溫培養箱中進行培養。但在培養的第7天，培養箱因故斷電一天，學生未能及時發現并采取降溫措施，導致培養出的成蟲中出現了一定數量的殘翅果蠅（雌雄均有）。

教師根據情境提出以下問題： ① 果蠅殘翅性狀的出現在遺傳學上稱為什么現象？果蠅殘翅性狀的出現原因是什么？ ② 設計實驗，驗證實驗過程中果蠅殘翅性狀出現的原因，簡要描述實驗思路并分析可能出現的實驗結果。

設計意圖：筆者以果蠅遺傳學實驗研究為背景創設情境，讓學生置身問題情境，以此激發學生的學習興趣和探索欲望。學生基于問題情境區分可遺傳變異和不可遺傳變異，理解由遺傳物質改變引起的變異是可遺傳變異，初步建立結構與功能觀的生命觀念。教師通過進階式設問使學生緊跟課堂節奏并進行深人思考，為學生后續進行探究活動奠定基礎。

3.2承接情境，探究基因突變類型和突變基因的位置關系

子情境1：興趣小組經研究發現果蠅殘翅是一種可遺傳變異，但不知是染色體變異還是基因突變引起的。教師就此向學生提出問題：果蠅出現殘翅性狀是由染色體變異還是基因突變引起的？探究該問題最簡便的方法是什么？

子情境2：興趣小組進一步研究，發現果蠅出現殘翅性狀是某個基因突變導致的。教師就此向學生提出任務：利用現有純合長翅果蠅和殘翅果蠅設計雜交實驗，探究該基因突變是隱性突變還是顯性突變，并預測實驗結果。

子情境3：興趣小組經研究發現果蠅殘翅為單基因隱性突變。教師就此向學生提出任務：利用現有純合長翅果蠅和殘翅果蠅，設計雜交實驗確定控制該性狀的基因位于常染色體上還是X染色體上，并以遺傳圖解的形式展現。

子情境4：興趣小組在另一個果蠅種群中也發現了若干隱性突變殘翅果蠅（雌雄均有）。上述殘翅突變可能是同一對等位基因發生隱性突變導致的，也可能是不同對基因發生隱性突變導致的；相關突變基因可能位于1對同源染色體上，也可能位于2對同源染色體上。教師就此向學生提出任務：設計實驗探究突變基因的位置和相關突變基因之間的位置關系，并在不考慮染色體互換的情況下預測實驗結果。

設計意圖：筆者根據果蠅遺傳學實驗的研究進展和學生的認知規律，創設一系列基于相同背景但又具有邏輯遞進關系的子情境，將基因突變類型、突變基因的位置和相關突變基因之間的位置關系等知識與主線式情境有機融合在一起，引導學生隨著問題情境的不斷深人進行合作探究，讓學生在問題驅動下有目的地進行深入學習。這不僅能持續調動學生的學習積極性，還能幫助學生快速構建遺傳學知識體系。同時，學生在探究過程中多次運用“假說一演繹\"法思維模型分析問題，根據問題情境提出假說，合理選用果蠅進行探究實驗，然后從結論到結果對不同假說進行演繹推理，最后從結果到結論進行逆向答題。教師通過分析問題、解決問題的思維過程發展學生的演繹與推理、歸納與概括等科學思維和科學探究能力。

3.3轉接情境，探究染色體變異類型

一節引人入勝的課堂需要通過在主線情境探究中創設新的情境信息改變探究方向、轉接情境，引發學生深度思考，進而發展學生的深度思維。

情境2：該興趣小組在一次果蠅雜交實驗中，用純合白眼雌果蠅（XX）與紅眼雄果蠅（ $＼mathrm{＼DeltaX^{R}Y）}$ 進行雜交，子代中出現一只白眼雌果蠅（記為N。甲同學認為是基因突變導致的，乙同學認為是染色體片段缺失導致的，丙同學認為是染色體數目變異導致的（經前期研究發現若果蠅兩條性染色體上均無顏色基因則無法存活，果蠅染色體組成與性別關系如表1所示）。教師就此向學生提出任務：請設計雜交實驗探究個體N產生的原因并預測實驗結果。

設計意圖：筆者通過改變探究方向轉接情境，用情境信息“出現一只白眼雌果蠅（記為N\"引導學生進人一個全新但與主線情境密切相關的探究視野，即白眼雌果蠅的出現是由染色體結構變異還是染色體數目變異引起的。這樣既可以避免教學內容枯燥，又可以讓學生的科學思維、科學探究能力得到更加深入的發展，進而幫助學生理解并認同染色體結構和數目變異都可能導致生物性狀改變甚至死亡，深化其結構與功能觀的生命觀念。

3.4回歸情境，探究轉基因類型

情境3：該興趣小組通過文獻閱讀發現，沙漠果蠅的mELo基因可以通過延長果蠅的一類碳氫化合物碳鏈，提升果蠅在沙漠環境中的生存能力。研究人員欲通過構建果蠅轉基因體系，過表達mElo基因，提高果蠅的耐高溫、耐干旱能力。教師就此向學生提出任務：設計實驗探究mElo基因在染色體上的插人位置并預測實驗結果。

設計意圖：教師通過創設“構建耐高溫、耐干旱果蠅轉基因體系”的情境，使學生回顧“恒溫培養箱斷電導致殘翅果蠅出現\"的初始情境，進而引出對避免高溫條件下果蠅出現殘翅性狀方法的探討。此外，教師基于果蠅雜交實驗創設整合式情境教學，不僅加強了知識間的整體性和系統性，還深化了學生對知識的理解程度。學生通過此過程深刻體會到科學研究是不斷發現并解決問題的過程，進而培養自身嚴謹認真的科學研究態度。

3.5串聯情境，構建知識體系

教師在完成一系列情境教學后，引導學生串聯各情境并完成“遺傳基本規律與生物變異\"知識體系的構建（見圖1），進而實現學生歸納與概括等科學思維能力的提升。

設計意圖：主線式情境教學的核心在于通過問題情境的不斷發展，逐步引導學生構建出完整的知識體系。這不僅能讓學生厘清知識之間的內在關系，形成具有整體性、系統性、層次性的知識體系，而且還能培養學生歸納與概括的科學思維能力。

4教學反思

針對高三階段學生的復習，教師不僅要注重對基礎知識和重要概念的梳理與整合，更要注重對學生分析和解決社會生活、生產實踐、科學研究等方面問題能力的培養，從而實現學生科學思維和科學探究能力的發展。“問題教學\"理論的創始人馬赫穆托夫（MMah-mutov）曾提出：問題情境式教學所發展的是學生的智力和情感，是創造性思維，是發展性教學的高級類型。3因此，教師在教學過程中創設真實的問題情境可以有效引發學生的認知沖突，吸引學生進行主動探索，進而促進學生生物學學科核心素養的發展。

本節復習課以果蠅遺傳學實驗研究為背景，將“遺傳基本規律與生物變異”知識體系的構建和情境的發展有機融合在一起。教師通過創設一系列有難度梯度的問題情境和科研實踐探究活動，充分激發學生的學習熱情。學生在不斷運用“假說一演繹”法發現問題、提出問題、解決問題的過程中，重新構建“遺傳基本規律與生物變異\"知識體系，對遺傳學產生更系統、更全面、更深入的認識。這不僅能夠幫助學生發展演繹與推理、歸納與概括等高階科學思維和科學探究能力，更能充分激發學生的學習興趣和探索欲望，發揮學生學習的主觀能動性，培養學生的生物學學科核心素養，達到事半功倍的效果。

參考文獻

[1]吳成軍.生物學學科核心素養的教學與評價[M].上海：華東師范大學出版社，2020.

[2]WANGZ，PUJ，RICHARDSC，etal.Evolutionofafattyacyl-CoA elongase underlies desert adaptation in Drosophila[J].Science Advances.2023，9（35）：eadg0328.

[3]馬赫穆托夫.問題教學[M].王義高，趙瑋，周菜，等譯.南昌：江西教育出版社，1994.