基于學科核心素養(yǎng)導向的“人的性別遺傳”教學研討

隋 璐 （清華大學附屬中學永豐學校 北京 100094）

本節(jié)課是在核心素養(yǎng)理論指導下開展設計的。首先結合課程內容，將“性別差異是由性染色體決定”結論性的概念還原為探究過程，利用真實的科學史料引導學生進行探究、歸納，自主構建概念；在“性別由性染色體決定”環(huán)節(jié)，教師通過設置“預測正常狀態(tài)下人群中的男女比例”這一基于真實生活情境、具有挑戰(zhàn)性的任務，引導學生展開探究，從而在新的情境中應用概念、主動探究、解決問題。

整個教學設計的宗旨圍繞基于問題的學習，促使學生在分析中主動學習、解決問題，并在探究過程中提高理性思維水平，從而力求實現“以學生為中心”的課堂。

1 教材分析

1.1 內容分析 本節(jié)內容是第7單元第2章第4節(jié)的內容。第7單元圍繞“生命的延續(xù)和發(fā)展”進行展開，第1章是在種群個體的水平探討生命的延續(xù)和發(fā)展，第2章是探討生命延續(xù)發(fā)展的本質，即遺傳信息的傳遞規(guī)律，本節(jié)則是解釋生命延續(xù)發(fā)展中“性別相關的遺傳信息的傳遞規(guī)律”問題。

本節(jié)主要運用本章前3節(jié)的知識，解釋學生關注的人的性別遺傳問題，其本質是“控制性別的染色體在親子代間的傳遞規(guī)律”，是概念“基因在親子代間傳遞”的拓展和應用。關于人的性別決定，教材從染色體入手闡釋了性別差異由性染色體決定及生男生女機會均等，具體知識框架如圖1。

圖1 教學內容分析

1.2 教學重、難點

1）重點：人的性別是由性染色體決定的。

2）難點：生男生女機會均等。

2 學情分析

在思維模式上，初二學生思維活躍，喜歡探究問題的答案，理性思維開始萌芽，初步學會用邏輯思維分析和解釋問題。

在生命觀念上，通過課前的前測顯示，學生對性別遺傳有一定程度的了解，知道X、Y染色體，有的學生也了解男、女性染色體組成，但對性別如何決定并不清楚。學生對性別決定充滿了好奇和求知欲。

3 教學目標

1）知識目標：說明人的性別差異是由性染色體決定的；解釋生男生女機會均等。

2）能力目標：運用歸納概括的方法，總結得出性別差異由性染色體決定；使用教具或畫圖，推理得出正常狀態(tài)下人群中的男女比例。

3）情感態(tài)度與價值觀目標：形成尊重生命、科學看待生男生女的情感態(tài)度；提高可持續(xù)發(fā)展的意識，增強社會責任。

4 教學過程（圖2）

圖2 教學流程圖

4.1 開門見山，導入新課 課程伊始，教師利用新生嬰兒的圖片，開門見山提問學生是否能從照片中判斷新生嬰兒的性別，學生面露難色，因為僅從外貌上很難判斷新生嬰兒的性別。教師自然過渡：“不論我們能否判斷這些嬰兒的性別，事實上他（她）們的性別已經決定了。性別是如何決定的？性別又是在何時決定的？讓我們帶著這些問題一起學習第4節(jié)人的性別遺傳?！?/p>

設計意圖：利用圖片導入新課，開門見山，簡潔明了。

4.2 由現象及本質，通過資料分析，歸納性別差異由性染色體決定 由導入部分的小嬰兒圖片過渡到男孩、女孩圖片，教師指出隨著年齡增長，男、女在外貌形態(tài)、生理功能上表現出很大的差異，這些差異與性別有關，并提出問題：性別相關的特征是不是一種性狀？性狀由什么控制？基因存在于哪里？

學生思考后回答性別相關的特征屬于性狀，并結合已有知識，回答性狀由基因控制，基因存在于染色體上。教師在學生已有知識的基礎上,梳理染色體、DNA、基因三者的概念及關系，形成板書（圖3）。

圖3 染色體、DNA、基因三者概念范圍示意圖

教師引導學生思考從這3個層次（分別對應細胞水平、分子水平）中的哪一層次入手研究性別這種性狀，并說出原因。教學中，學生可以說出由染色體入手研究性別，因為染色體相比于基因、DNA更容易觀察。由學生的回答自然過渡到對男、女染色體圖的觀察，學生依據學案問題串，有的放矢地進行觀察，3個問題分別為：①人的體細胞有多少對染色體？②男、女哪對染色體差異最大？③哪對染色體可能與性別有關？學生通過觀察可以分析得出第23對染色體在男女間差異最大，推測可能與性別有關。

教師利用真實的性染色體研究科學史資料，組織學生開展小組合作探究。學生2人一組進行合作探究，不同組之間拿到的資料不同，在仔細觀察、分析后，學生交流表達對資料的分析過程及結果，不同小組間進行分享交流，最終通過探究構建性別差異由性染色決定的重要概念。

資料1：在用半翅目昆蟲蝽做實驗時，發(fā)現在形成生殖細胞的分裂過程中，雄性體細胞中含11對染色體和1條不配對的單條染色體，在第1次分裂時，它移向一極，稱其為未知的X染色體。雄性蝽產生2種類型的精子，一半精子含有X染色體，一半精子不含X染色體。在雌性體細胞中有12對染色體，其中有2條XX染色體，圖4。

圖4 蝽生殖細胞的秘密——未知的“X原件”［3］

資料2：在觀察直翅目昆蟲蝗蟲時發(fā)現，雄性蝗蟲產生的精子中，有2種類型：一半的精子含有副染色體，另一半的精子不含副染色體，并且副染色體在受精時決定了后代的性別。進一步觀察發(fā)現，這條副染色體就是雄性體細胞內不配對的那條染色體，圖5。

圖5 蝗蟲生殖細胞的秘密——奇怪的副染色體［3］

資料3：在用鞘翅目的擬步行蟲做實驗時，發(fā)現雌雄蟲體細胞染色體數目相同，但在雄蟲內有一對是異形的（大小、形態(tài)不同），其中一條雌性也有，在雌性中成對出現。另一條在雌性中沒有，非常小，稱其為Y染色體，圖6。

圖6 擬步行蟲生殖細胞的秘密——不對稱的Y染色體［3］

資料4：在對雙翅目昆蟲黑腹果蠅的實驗中發(fā)現，雌、雄果蠅體細胞染色體數目相同，都為4對。但在雄性果蠅中，有一對異形染色體，組成為XY。在雌性果蠅中，為同形染色體，組成為XX，圖7。

圖7 果蠅生殖細胞的秘密——不對稱的性染色體［3］

此后，教師點明剛才所用的資料其實就是真實的性染色體的科學研究史，并簡述科學研究史過程（圖 8）。

圖8 性染色體研究之科學史［3］

其中，1956年華裔科學家莊有興通過觀察最終明確了人類染色體的組成，但其實最早觀察到人染色體的并不是莊有興，而是另一位華裔科學家徐道覺，是因為偶然的失誤將沖洗細胞的平衡液錯配成了低滲溶液，導致細胞破裂，才首次在顯微鏡下觀察到了鋪展良好的人類染色體。但遺憾的是，由于種種原因，他并沒有堅持自己的發(fā)現，最終研究成果由莊有興發(fā)表。教師為學生講解這段科學軼事，指出科學發(fā)現具有偶然因素，但只有鍥而不舍的鉆研精神才能成就必然。

此工藝與氬弧焊打底工藝相比，具有操作設備簡單，減少背面充氣難度，抗風能力強等優(yōu)點，適用于不易進行背面充氣保護進行返修的位置。但同時對焊工的技能水平也有更高層次的要求，需要焊工手穩(wěn)、經驗豐富、觀察能力強，并且對鎳基材料的焊接性有足夠的掌握、對缺陷的分析透徹。

設計意圖：學生對性染色體科學研究史資料進行分析，通過觀察、分析、歸納，以及小組間的交流分享，自主構建得出性別差異由性染色體決定的重要概念。教師通過資料分析，引導學生自主學習，進行提取信息、分析和歸納的理性思維訓練，并通過合作探究培養(yǎng)學生的團隊合作意識，以及通過交流培養(yǎng)學生使用科學規(guī)范語言進行表達的能力。最終通過探究活動實現學生的學習主體地位。

教師通過講解科學史軼事，從而滲透鍥而不舍的科學精神，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。

4.3 引發(fā)認知沖突，將所學新知融入已有知識結構 在學生歸納得出性別差異由性染色體決定后，教師提出問題：大家之前學習過性狀由基因控制，這是否與之前所學沖突？通過問題引發(fā)學生認知沖突，學生在思考后根據已知會回答出：基因在染色體上，因此并不矛盾。教師由此自然過渡到在“基因”層面對性別差異的研究,講解對Y染色體上SRY（Sex-determining region Y）基因的研究發(fā)現，圖9。

圖9 SRY 基因［4］

資料5：隨著分子生物學技術的進步，1990年科學家發(fā)現了Y染色體上的基因SRY，如果該基因突變，擁有XY性染色體的男性表現出女性的性征，如果將SRY基因轉入雌性老鼠，老鼠逆轉為雄性。SRY作用機理：這個基因誘導未分化的性腺形成睪丸，睪丸分泌激素使機體的其他部分雄性化。反之，發(fā)育為女性。同樣，X染色體上也有決定女性特有性狀的基因。SRY意為“sex determing region of Y chromosome（Y染色體上的性別決定區(qū)域）”，起初只是科學家發(fā)現的與性別決定有關的一段染色體片段。后來經過不斷細化分析（特別是缺失定位），找到了該片段中具體的性別決定基因，而SRY也成了這個基因的符號。SRY基因的產物是睪丸決定因子（Testis determining factor，TDF），因此也就是TDF基因。從基因的名稱上，不難看出該基因在性別分化中所起的關鍵作用。

由此，再次提問學生：本質上，性別差異是由什么決定的？學生回答：由基因決定。至此，學生將性染色體上的基因決定生物體性別相關性狀與基因控制生物體性狀相聯系，將新知整合進入了原有的認知結構。

設計意圖：通過設置認知沖突，引導學生批判性學習新知識，構建本節(jié)所學新知與原有認知的本質聯系，實現順應和同化，構建性別是由性染色體上的基因決定的概念。

4.4 遷移新知，解決問題，在探究中構建生男生女機會相等的概念 在學生已經了解性別差異由性染色體上的基因決定后，并且具有基因在親、子代間傳遞規(guī)律的知識基礎上，教師提出問題：能否根據已有知識預測自然狀態(tài)下人群中的男女比例？學生以學案上的問題為思維腳手架，遷移新知，在新情境中應用知識，合作解決問題。

學案問題：①受精卵中有幾條性染色體？精子、卵細胞中有幾條性染色體？以性染色體為判斷依據，男性有幾種精子？女性有幾種卵細胞？②請通過染色體模型或者畫圖的方式，表示出有性生殖過程中性染色體的變化過程，從而預測男女比例。

教師利用演示減數分裂的一套教學用具（圖10），幫助學生更直觀地演示生殖過程中性染色體的變化過程，從而深入理解在生殖過程中性染色體的遺傳規(guī)律。學生已有的認知基礎為生殖過程中染色體的變化，了解在形成精子或卵細胞的細胞分裂過程中，染色體都要減少一半，每對染色體中各有一條進入精子或卵細胞，在形成受精時又恢復了原有的染色體數目。此時，學生將新知遷移到新的問題情境中，通過擺教具模型，或者畫圖的方式，演示生殖過程中性染色體的變化（圖11），并用語言表達分析的過程和結果，從而在探究中構建生男生女機會均等的概念。

圖11 學生用染色體教具擺出的性染色體遺傳過程

教師進一步總結，在形成精子的細胞分裂過程中，X染色體、Y染色體分開，產生的含有X的精子、含有Y的精子數量相等，并且分別與X卵細胞隨機結合，結合機會均等。因此得到XX、XY受精卵數量均等，也就是生男孩、生女孩的機會均等，各占50%。由此也說明，性別是在形成受精卵時便決定了。

設計意圖：教師通過創(chuàng)設情境，引導學生在新情境中遷移新知，并基于與實際生活聯系的任務，應用知識，表示出在生殖中性染色體的遺傳過程，預測人群中的男女比例，從而在探究中構建生男生女機會均等的概念。

教師自然過渡，這是理論分析的結果，實際情況中如何？在課前已經布置了興趣小組的學生進行調查工作，分別調查本班、本年級、本校的男生和女生比例。在課上請他們對調查數據（表1）進行匯報。

表1 學生調查的不同范圍內男、女比例數據

教師提出問題：讀取數據后，大家發(fā)現了什么規(guī)律？學生提取信息，發(fā)現隨著調查范圍的擴大，男女比例接近1∶1。這和理論預測是相符合的。教師進一步補充歷次人口普查數據（表2），并講解：隨著調查范圍的擴大，樣本量逐漸增大，實際男女的比例也越接近理論分析的結果。

表2 我國歷年人口普查數據

設計意圖：通過興趣小組學生的調查，展示實際數據，并通過數據展示隨著調查樣本量的逐漸增大，理論數值與實際數值逐漸趨近，進一步印證了理論分析。

4.5 進行STS教育，尊重生命，增強社會責任感

在了解了實際中男女比例接近1∶1的情況后，教師進一步補充在局部的情況中男女性別比并非為 1∶1，并展示近 30年出生人口性別比（圖12）。教師引導學生提取圖表信息，發(fā)現問題，并分析原因及可能后果。學生提出：近30年我國的出生人口性別比一直偏高，且成逐年遞增趨勢。這是由于傳統(tǒng)觀念導致的，如果長此以往，終究有一部分男性遭遇娶妻難的問題。

圖12 我國近30年出生人口性別比

教師播放一段視頻資料，指出由于傳統(tǒng)觀念作祟，導致出現非醫(yī)學需要的胎兒性別鑒定和非醫(yī)學需要的人工終止妊娠的行為，這是對生命的不尊重，也是非法行為，長此以往將會影響社會的可持續(xù)發(fā)展。

課程最后，教師指出每個生命的由來都是億萬個精子競爭和卵細胞結合機會的結果，每個生命都是最優(yōu)秀的。引導學生站在尊重生命的角度,科學對待生男生女，樹立社會責任意識，實現可持續(xù)發(fā)展。

5 結語

本節(jié)課基于生物學科核心素養(yǎng)理論，力圖實現學生的學習主體地位。在概念形成階段，教師提供豐富的生物學事實，學生自行探究歸納、構建概念。在概念應用階段，教師提出基于真實情境的問題，學生應用概念、完成任務，形成生男生女機會均等的認識。在概念拓展階段，學生閱讀圖表、觀看視頻，拓展對概念的深入認識，形成尊重生命、科學看待生男生女的情感態(tài)度。

“教育不是把桶灌滿，而是把火點燃?！眻猿謱W生是學習的主體，教師是學生學習的合作者，將課堂還給學生。