初中生物學(xué)“遺傳與變異”重要概念的教學(xué)分析

編者按：

概念是中小學(xué)理科各學(xué)科新課程內(nèi)容的重要組成部分，學(xué)生概念的形成與理解將直接影響后續(xù)學(xué)習(xí)的效果。在新課程背景下如何開(kāi)展概念的教與學(xué)，如何發(fā)揮概念在學(xué)生認(rèn)知發(fā)展、觀念建構(gòu)方面的教學(xué)價(jià)值，如何通過(guò)概念學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，如何在概念學(xué)習(xí)中提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，等等，已經(jīng)成為中小學(xué)理科教師必須研究解決的基本理論問(wèn)題和實(shí)踐問(wèn)題。

北京教育學(xué)院“科學(xué)教育重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)”工作以“理科各學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)與教學(xué)實(shí)踐研究”為學(xué)科建設(shè)方向，重點(diǎn)研究了理科各學(xué)科的概念體系及其教學(xué)實(shí)踐，本期《課程與教學(xué)》欄目選取他們的部分研究成果，供廣大教師借鑒和學(xué)習(xí)。

遺傳與變異是生物體的最本質(zhì)特征，也是生物進(jìn)化的基礎(chǔ)。[1]因此，對(duì)于遺傳與變異的學(xué)習(xí)，在理解生命現(xiàn)象、提高生物科學(xué)素養(yǎng)方面起到了基礎(chǔ)性的作用。在小學(xué)階段，學(xué)生通過(guò)辨認(rèn)常見(jiàn)生物、培養(yǎng)植物、飼養(yǎng)動(dòng)物、討論克隆技術(shù)等活動(dòng)，已經(jīng)對(duì)生物多樣性、生殖與發(fā)育等生物學(xué)問(wèn)題有了直觀的了解，進(jìn)而對(duì)遺傳與變異的概念也有了感性的認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)之上，初中生物學(xué)新課標(biāo)主要以遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)與傳遞表達(dá)方式為切入點(diǎn)，要求教師在教授遺傳與變異相關(guān)知識(shí)時(shí)，促使學(xué)生建立如下三個(gè)重要概念：

第一，生物能以不同的方式將遺傳信息傳遞給后代。一些進(jìn)行無(wú)性生殖，后代的遺傳信息來(lái)自同一親本；一些進(jìn)行有性生殖，后代的遺傳信息可來(lái)自不同的親本。

第二，DNA是主要的遺傳物質(zhì)?；蚴前z傳信息的DNA片段，它們位于細(xì)胞的染色體上。

第三，遺傳性狀是由基因控制的，基因的遺傳信息是可以改變的。

筆者認(rèn)為，這三個(gè)要求，涵蓋了經(jīng)典遺傳與分子遺傳的主要內(nèi)容，有利于學(xué)生建構(gòu)遺傳與變異的概念體系，從而為高中以至更長(zhǎng)遠(yuǎn)的學(xué)習(xí)活動(dòng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。教師應(yīng)該善于運(yùn)用各種方法落實(shí)上述要求，促進(jìn)重要概念的內(nèi)化，提高教學(xué)的有效性。

同時(shí)，我們應(yīng)該看到，課標(biāo)對(duì)于遺傳與變異重要概念的要求，大體上是按照“從高到低”的順序排列的：首先談到的是遺傳信息的傳遞與表達(dá)方式，然后是遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)，最后是遺傳信息的基本定義。為了便于理解，我們將按照相反的順序?qū)φn標(biāo)要求進(jìn)行逐一的解讀，找出其內(nèi)部聯(lián)系，為更好地落實(shí)重要概念教學(xué)提出可行性的建議。

一、關(guān)于“基因”的定義

新課標(biāo)中明確要求教師幫助學(xué)生建立“遺傳性狀是由基因控制的”“基因是包含遺傳信息的DNA片段”等重要概念，這就要求教師明確“基因”的定義。但是，迄今為止，“基因”的準(zhǔn)確定義尚存在爭(zhēng)議。特別是隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，人們又發(fā)現(xiàn)了移動(dòng)基因、斷裂基因、假基因、重復(fù)基因、重疊基因及一系列的調(diào)控序列，使基因的定義更加復(fù)雜化。無(wú)論是課標(biāo)還是教材，初中教學(xué)當(dāng)中已經(jīng)出現(xiàn)了“基因”一詞，這對(duì)教學(xué)而言是一種挑戰(zhàn)。很顯然，對(duì)于沒(méi)有接觸染色體精細(xì)結(jié)構(gòu)、尚未學(xué)習(xí)中心法則的初中學(xué)生而言，還不能準(zhǔn)確地從物質(zhì)基礎(chǔ)這個(gè)層面了解基因的性質(zhì)與功能，從而不能理解遺傳與變異的特征與目的。

筆者建議，對(duì)于遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)，在初中階段應(yīng)予以淡化。顯然，上述關(guān)于基因的復(fù)雜的定義，屬于生物學(xué)事實(shí)的范疇。初中階段的重點(diǎn)應(yīng)該是從概念層面解釋“基因”的本質(zhì)。其實(shí)，從分離與自由組合定律（孟德?tīng)枺┑竭B鎖與交換定律（摩爾根），人們已經(jīng)明確了兩個(gè)問(wèn)題：其一，生物體內(nèi)存在著控制各個(gè)性狀的、按照一定規(guī)律進(jìn)行相互作用的遺傳因子；其二，這些遺傳因子在體內(nèi)呈有規(guī)律的線性排列。雖然一直到摩爾根創(chuàng)立遺傳染色體學(xué)說(shuō)時(shí)，人們?nèi)匀徊荒軓姆肿铀缴辖沂净虻慕Y(jié)構(gòu)與功能，但是對(duì)于上述兩個(gè)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，足以從邏輯層面給出“基因”的定義：存在于細(xì)胞特定位置上的、按照某種數(shù)學(xué)規(guī)律進(jìn)行相互作用從而控制性狀的“基本因子”。這個(gè)關(guān)于“基因”的定義，可以作為一般概念呈現(xiàn)給初中學(xué)生；進(jìn)而通過(guò)基因與性狀關(guān)系的例子，就能夠總結(jié)出“遺傳性狀是由基因控制的”這一重要概念。對(duì)于初中生物學(xué)教學(xué)來(lái)說(shuō)，這是最重要的。因?yàn)椋@種概念化的、抽象的知識(shí)，能夠鍛煉學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象探究事物本質(zhì)的思維能力，有利于學(xué)生抽象思維的發(fā)展，從而有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的提高。

我們不難發(fā)現(xiàn)，上述關(guān)于“基因”的定義，對(duì)于科學(xué)教育也是有重要意義的。很大程度上是因?yàn)樗枋隽怂锌茖W(xué)門(mén)類的共同特征：基本因素的界定、分類和相互作用分析。如經(jīng)典物理中的“質(zhì)點(diǎn)”、化學(xué)中的“分子”、普通生物學(xué)中的“細(xì)胞”等等，都是各個(gè)學(xué)科中的“基本因素”。只有準(zhǔn)確定義了“基本因素”，才能在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行演繹、歸納，使本學(xué)科具有了數(shù)理傳統(tǒng)。反之，若未準(zhǔn)確定義“基本因素”，則難于進(jìn)行邏輯層面的分析，整個(gè)學(xué)科偏向于博物學(xué)傳統(tǒng)。兩種傳統(tǒng)不僅影響了各個(gè)學(xué)科的特質(zhì)，還影響了學(xué)生對(duì)于不同學(xué)科學(xué)習(xí)與復(fù)習(xí)的策略。從初中到高中，“遺傳與變異”內(nèi)容有了“基因”的定義，使得本段教學(xué)內(nèi)容更加凸顯理科特征，這是教師在教學(xué)中要注意的。

二、關(guān)于遺傳信息的傳遞與表達(dá)

從新課標(biāo)的要求來(lái)看，遺傳信息的傳遞與表達(dá)是“遺傳與變異”教學(xué)的重點(diǎn)，從分子基礎(chǔ)（遺傳信息的調(diào)控與改變）到細(xì)胞行為（無(wú)性生殖和有性生殖）都作了要求，這就要求教師在備課時(shí)關(guān)注以下三個(gè)方面的問(wèn)題。

1.遺傳信息流動(dòng)

遺傳現(xiàn)象大體上可以分為細(xì)胞核遺傳和細(xì)胞質(zhì)遺傳，且目前可認(rèn)為前者是“主流”，而后者是“支流”。顯然，“支流”不會(huì)是中學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)。但是，應(yīng)該在講解基因的細(xì)胞定位和遺傳信息的流動(dòng)時(shí)，適當(dāng)提及細(xì)胞質(zhì)遺傳的概念以及對(duì)生物體性狀的影響，使學(xué)生能夠全面地了解遺傳信息流動(dòng)的過(guò)程，知道除細(xì)胞核外，細(xì)胞質(zhì)對(duì)性狀也有一定的控制作用，從而在概念層面理解細(xì)胞質(zhì)功能的復(fù)雜性。另一方面，“主流”和“支流”的共性，是遺傳信息的傳遞和表達(dá)，在本質(zhì)上，都體現(xiàn)了“生物能以不同的方式將遺傳信息傳遞給后代”這一重要概念。教師可以先列舉常見(jiàn)的遺傳現(xiàn)象（即生物學(xué)事實(shí)），如“種瓜得瓜，種豆得豆”等，幫助學(xué)生建構(gòu)重要概念，以便于學(xué)生順利地遷移應(yīng)用和學(xué)習(xí)。

2.人類性別基因

在初學(xué)遺傳與變異時(shí)，初中學(xué)生往往不能準(zhǔn)確把握基因與性狀的關(guān)系，不能準(zhǔn)確把握基因、DNA與染色體的位置關(guān)系，從而認(rèn)識(shí)不到人類的性別決定機(jī)制。學(xué)生能夠通過(guò)各種渠道了解人類X和Y染色體，進(jìn)而簡(jiǎn)單地認(rèn)為性別不同的根本原因是X和Y染色體的形態(tài)不同。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，除要適當(dāng)?shù)亟榻B遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)外，還應(yīng)該為學(xué)生建立這樣一個(gè)認(rèn)識(shí)：人類的性別，其實(shí)就是一種特殊的“相對(duì)性狀”。例如，在人教版教材中就提到“近年來(lái)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)Y染色體上還有3個(gè)基因，決定精子的產(chǎn)生和成熟。最近，科學(xué)家又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了X染色體上與女性性別有關(guān)的基因”。在此處，教師就應(yīng)該提示學(xué)生：基因與性狀的關(guān)系，同樣可以用來(lái)解釋人類的性別決定。只不過(guò)性別決定的過(guò)程是多個(gè)基因控制著多個(gè)性狀，從而塑造了不同性別。如果課時(shí)允許，教師還可以就此介紹一些由于染色體變異而導(dǎo)致的性別異常的現(xiàn)象，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到，從某種意義上講，性別并不是嚴(yán)格區(qū)分為“雌”“雄”兩種形式，而是存在“過(guò)渡”狀態(tài)的。這對(duì)學(xué)生從系統(tǒng)的角度認(rèn)識(shí)生物的復(fù)雜性，進(jìn)而認(rèn)識(shí)生物本質(zhì)是有很大幫助的。

“人類性別基因”一節(jié)是初中生物學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。而從內(nèi)容上看，本節(jié)內(nèi)容是課標(biāo)所述三個(gè)重要概念的應(yīng)用，即從人類性別決定的角度闡明了遺傳的本質(zhì)。因此，教師必須在講授本節(jié)課之前，就完成三個(gè)重要概念的建構(gòu)，從而指導(dǎo)學(xué)生把握遺傳本質(zhì)，進(jìn)行下位學(xué)習(xí)。

三、關(guān)于“變異”的概念教學(xué)

“變異”作為初中生物學(xué)教學(xué)的難點(diǎn)，有兩個(gè)問(wèn)題是要深入思考的。

1.可遺傳變異和不可遺傳變異

初中課標(biāo)要求學(xué)生知道變異主要分為兩類：可遺傳的變異和不可遺傳的變異?？蛇z傳的變異是由遺傳物質(zhì)的變化引起的變異；不可遺傳的變異是由環(huán)境引起的，遺傳物質(zhì)沒(méi)有發(fā)生變化。顯然，某一變異是否可遺傳，關(guān)鍵是看遺傳物質(zhì)是否發(fā)生變化，而不是影響生物體的因素。由于學(xué)生初次學(xué)習(xí)基因與環(huán)境的關(guān)系，故需要用恰當(dāng)?shù)膶?shí)例來(lái)幫助學(xué)生建構(gòu)可遺傳變異和不可遺傳變異的概念。如同樣是“無(wú)籽”農(nóng)作物，“無(wú)籽西瓜”的“無(wú)籽”性狀就是可遺傳的，而“無(wú)籽番茄”的“無(wú)籽”性狀是不可遺傳的。通過(guò)這樣的實(shí)例，學(xué)生就會(huì)認(rèn)識(shí)到，一種變異是否可遺傳，取決于遺傳物質(zhì)是否發(fā)生了改變，從而緊扣重要概念的教學(xué)。

2.可遺傳變異的來(lái)源

可遺傳變異的來(lái)源主要有3個(gè)：基因重組、基因突變和染色體變異。要認(rèn)識(shí)可遺傳變異的來(lái)源，必須對(duì)遺傳信息的細(xì)胞定位及流動(dòng)方式有比較清晰的認(rèn)識(shí)，故對(duì)于初中學(xué)生而言，是一個(gè)難于理解的知識(shí)點(diǎn)，教師可用一系列實(shí)例加以說(shuō)明。例如，農(nóng)牧業(yè)中傳統(tǒng)的育種技術(shù)，實(shí)質(zhì)上就是基因（染色體）重組；無(wú)籽西瓜、八倍體小麥屬于染色體變異（數(shù)目的變異）；而鐮刀型貧血癥（在各版初中生物學(xué)教材中均有介紹）則屬于基因突變。通過(guò)一系列的實(shí)例介紹，學(xué)生能夠形成這樣一個(gè)概念：突變的來(lái)源是多方面的，基因與性狀之間的關(guān)系是復(fù)雜的。這與前面關(guān)于“表遺傳學(xué)”的概念不謀而合，說(shuō)明基因本身及其轉(zhuǎn)錄、表達(dá)調(diào)控，共同影響了性狀的產(chǎn)生。通過(guò)展示這些生物學(xué)事實(shí)，學(xué)生就更加清楚“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”“基因是包含遺傳信息的DNA片段，它們位于細(xì)胞的染色體上”以及“遺傳性狀是由基因控制的，基因的遺傳信息是可以改變的”等重要概念，從而更加深入地理解遺傳與變異對(duì)于生物進(jìn)化的重要意義。

重要概念是基于學(xué)科事實(shí)的、對(duì)學(xué)生總體把握知識(shí)體系、進(jìn)行后續(xù)學(xué)習(xí)的思維框架，對(duì)于學(xué)生理解學(xué)科本質(zhì)、提高學(xué)科素養(yǎng)具有重要作用。[2]新課標(biāo)明確指出：“生物科學(xué)素養(yǎng)是指參加社會(huì)生活、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、生產(chǎn)實(shí)踐和個(gè)人決策所需的生物科學(xué)概念和科學(xué)探究能力，包括理解科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的相互關(guān)系，理解科學(xué)的本質(zhì)以及形成科學(xué)的態(tài)度和價(jià)值觀?！笨梢?jiàn)，所謂生物學(xué)的“重要概念”，就是基于生物學(xué)科具體知識(shí)的、代表本學(xué)科基本觀念與思想的知識(shí)。只有從重要概念的高度審視生物學(xué)科教學(xué)，才能清楚什么是對(duì)學(xué)生終身發(fā)展和終身學(xué)習(xí)有用的知識(shí)，才不會(huì)使自己的教學(xué)拘泥于一個(gè)個(gè)具體的生物學(xué)科事實(shí)中，才能擺脫死記硬背的學(xué)習(xí)方式，進(jìn)而對(duì)生物學(xué)科本質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行思考，凸顯生物學(xué)科的理科特質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳慶余.基礎(chǔ)生命科學(xué)(第2版)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]胡玉華.對(duì)生物學(xué)核心概念及其內(nèi)涵的研究[J].生物學(xué)通報(bào)，2011（46）：33-36.

（作者單位：北京教育學(xué)院教師教育數(shù)理學(xué)院）

（責(zé)任編輯：林靜）