創(chuàng)設(shè)結(jié)構(gòu)化情境促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)遺傳規(guī)律

梁姝颋 （清華大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100084）

在2016年我國(guó)頒布的《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》的引領(lǐng)下，《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》凝練出生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任4 個(gè)學(xué)科核心素養(yǎng)［1］。素養(yǎng)是“個(gè)體在與各種真實(shí)情境持續(xù)的社會(huì)性互動(dòng)中，不斷解決問題和創(chuàng)生意義的過程中形成的”［2］。因此，教師應(yīng)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)適當(dāng)?shù)那榫?，幫助學(xué)生作為主體利用教學(xué)材料開展學(xué)習(xí)，同時(shí)發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。

“遺傳規(guī)律的應(yīng)用”一節(jié)內(nèi)容處于人教版教材［3］必修2 第1 章第2 節(jié)，學(xué)生通過孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)，完整體會(huì)了假說-演繹法的思路，了解了孟德爾兩大遺傳定律，但尚不能達(dá)到課程標(biāo)準(zhǔn)“闡明有性生殖中基因的分離和自由組合使得子代的基因型和表型有多種可能，并可由此預(yù)測(cè)子代的遺傳性狀”的要求［1］。因此，教師在本節(jié)課中創(chuàng)設(shè)了3 個(gè)結(jié)構(gòu)化、階梯式的情境（圖1），通過創(chuàng)設(shè)遺傳分析和育種的任務(wù)，激發(fā)學(xué)生運(yùn)用遺傳規(guī)律解決實(shí)際問題的興趣，提升學(xué)生解釋現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中的生物學(xué)問題的擔(dān)當(dāng)和能力；通過對(duì)真實(shí)科學(xué)研究問題的分析，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用假說-演繹法，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展演繹與推理能力，同時(shí)加深對(duì)孟德爾遺傳規(guī)律實(shí)質(zhì)的認(rèn)識(shí)。

圖1 促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)遺傳規(guī)律的結(jié)構(gòu)化情境

1 結(jié)構(gòu)化情境1：遺傳分析

任務(wù)1：已知3 對(duì)控制身高的基因（B／b、G／g、T／t）獨(dú)立遺傳。BB、Bb基因型的個(gè)體比bb基因型的個(gè)體分別高0.6 cm 和0.3 cm，GG、Gg基因型的個(gè)體分別比gg基因型的個(gè)體高3.1 cm 和2.3 cm，TT、Tt基因型的個(gè)體分別比tt基因型的個(gè)體高3.9 cm 和3.0 cm。若已知一對(duì)夫婦的基因型分別為BbGGTt和BbggTt，在不考慮環(huán)境因素影響的情況下，1）后代中身高最大的基因型為_______，身高最小的基因型為______________。2）后代身高最大值與最小值的差距為____。3）請(qǐng)預(yù)測(cè)后代基因型為身高最大值的概率是____________。

遺傳學(xué)和日常生活聯(lián)系非常緊密，不僅許多人類遺傳病遵循遺傳規(guī)律，學(xué)生普遍關(guān)注的身高這一遺傳性狀也如此。人類遺傳學(xué)研究證實(shí)，身高的遺傳是由多基因決定的，不同的基因?qū)ι砀叩呢暙I(xiàn)存在差異［4］。教師通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，收集不同研究中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行整合，在學(xué)案上呈現(xiàn)3 對(duì)獨(dú)立遺傳的等位基因?qū)ι砀叩挠绊?。引?dǎo)學(xué)生根據(jù)給定材料，獨(dú)立分析已知基因型的親本所產(chǎn)生的后代身高范圍及出現(xiàn)概率。

基于維果茨基提出的“最近發(fā)展區(qū)”理論，教師在創(chuàng)設(shè)第1 個(gè)任務(wù)情境時(shí)，選擇了學(xué)生跳一跳可以夠得著的“果子”。從自由組合定律本身出發(fā)，由教材上獨(dú)立的2 對(duì)等位基因推廣到3 對(duì)等位基因的相關(guān)計(jì)算，一方面加深學(xué)生對(duì)自由組合定律的認(rèn)識(shí)，另一方面也引導(dǎo)學(xué)生以此為例思考多對(duì)等位基因遺傳的解決方法。學(xué)生通過自主分析，發(fā)現(xiàn)使用已學(xué)的連線法和棋盤格法進(jìn)行分析和計(jì)算都不方便，此時(shí)，教師順理成章介紹分枝法。

2 結(jié)構(gòu)化情境2：動(dòng)物育種

任務(wù)2：貓的短毛（A）對(duì)長(zhǎng)毛（a）為顯性，褐眼（B）對(duì)藍(lán)眼（b）為顯性，這2 對(duì)基因獨(dú)立遺傳?，F(xiàn)有純合的長(zhǎng)毛藍(lán)眼貓和短毛褐眼貓，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)培育純合短毛藍(lán)眼貓的方案。

通過第1 個(gè)“熱身”的簡(jiǎn)單情境，教師確定學(xué)生能自如應(yīng)用自由組合定律進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，同時(shí)也幫助學(xué)生建立解決實(shí)際問題的信心。第2 個(gè)任務(wù)在此基礎(chǔ)上，增加了對(duì)學(xué)生分析問題并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決問題的能力要求。在這個(gè)任務(wù)中，學(xué)生需要靈活運(yùn)用雜交、自交、測(cè)交等育種方法，在預(yù)測(cè)子代性狀的基礎(chǔ)上，意識(shí)到動(dòng)物育種和植物育種的區(qū)別，再根據(jù)目的選擇合適的方法。教師從生活中學(xué)生喜愛的寵物貓入手，提供基因顯、隱性與性狀間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，學(xué)生通過小組討論確定育種方案并在黑板上展示。學(xué)生通過自述思維過程、解決問題的路徑和方法，掌握解決問題的一般思路和方法。

3 結(jié)構(gòu)化情境3：科學(xué)研究

任務(wù)3：在培養(yǎng)的擬南芥中得到2 個(gè)突變型個(gè)體（突變型h和突變型e），均表現(xiàn)為花瓣數(shù)量增加（5～6 瓣）。

1）如何判斷產(chǎn)生的突變型是顯性還是隱性？通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，2 個(gè)突變型的基因h和e均為隱性基因。

2）將突變型h和突變型e進(jìn)行雜交，獲得的F1均表現(xiàn)為野生型。如何解釋F1的表型全部為野生型？

3）這2 對(duì)基因是否符合自由組合定律？ 如果符合，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

4）如果將突變型h和突變型e進(jìn)行雜交，獲得的F1均表現(xiàn)為突變型，又該如何解釋？

在遺傳學(xué)研究中，盡管現(xiàn)代分子生物學(xué)的方法越來越普遍，但孟德爾遺傳規(guī)律依然有著非常經(jīng)典的應(yīng)用。因此，創(chuàng)設(shè)科學(xué)研究情境，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)擬南芥的花瓣數(shù)量進(jìn)行分析。教師最初的設(shè)想是完全自主的學(xué)習(xí)活動(dòng)，學(xué)生通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并對(duì)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而判斷2 個(gè)突變基因是否是等位基因。但是在教學(xué)過程中，學(xué)生面對(duì)陌生的、復(fù)雜程度高的真實(shí)問題時(shí)，較難形成解決思路，不能快速整合資源解決問題。因此，教師設(shè)計(jì)將這個(gè)任務(wù)拆分成多個(gè)子任務(wù)，通過子任務(wù)的問題設(shè)置給學(xué)生搭臺(tái)階，驅(qū)動(dòng)學(xué)生運(yùn)用自由組合定律解決復(fù)雜問題。其中，子任務(wù)2 中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果能引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，針對(duì)學(xué)生的障礙，豐富學(xué)生的思路。通過這一富有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生思考，從而加深其對(duì)遺傳規(guī)律的理解，并獲得解決實(shí)際問題的經(jīng)歷和體悟。

在第3 個(gè)情境中，學(xué)生首先對(duì)任務(wù)中出現(xiàn)的突變體進(jìn)行顯、隱性性狀的判斷，教師帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)多種方法進(jìn)行歸納小結(jié)。接著給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生通過小組討論解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在學(xué)生討論過程中，教師觀察學(xué)案的填寫情況，并請(qǐng)學(xué)生利用2 對(duì)等位基因控制同一相對(duì)性狀的遺傳圖解進(jìn)行解釋。在此基礎(chǔ)上，教師提出下一個(gè)子任務(wù)：這2 對(duì)等位基因是否符合自由組合定律？如果符合，可怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，預(yù)期會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果？教師分別選取采用自交及測(cè)交進(jìn)行驗(yàn)證的學(xué)生進(jìn)行板書，同時(shí)展示2 種可行的方案，并在此基礎(chǔ)上引入基因框架的表示方法，幫助學(xué)生概括書寫同一表型對(duì)應(yīng)的多種基因型；同時(shí)，總結(jié)判定符合自由組合定律時(shí)子一代自交和測(cè)交后代性狀分離比的情況。最后，教師給出2 個(gè)隱性親本雜交，子一代表現(xiàn)為隱性性狀的例子，留給學(xué)生課后思考分析。這樣，學(xué)生通過教師設(shè)計(jì)的邏輯嚴(yán)密、不斷深入的多個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)，最終成功利用遺傳定律解決2 個(gè)基因間關(guān)系的科學(xué)研究問題，并落實(shí)了經(jīng)典遺傳學(xué)中的常用的方法。

教師在這一課時(shí)的教學(xué)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)并能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的情境，為學(xué)生提供了既能自主操作又能獲得發(fā)展的教學(xué)材料，引導(dǎo)學(xué)生在已學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行問題解決和知識(shí)構(gòu)建，從而抓住遺傳規(guī)律的本質(zhì)。情境中的認(rèn)知沖突進(jìn)一步引發(fā)學(xué)生對(duì)遺傳定律進(jìn)行反思和比較，把握分離定律和自由組合定律的內(nèi)在聯(lián)系，并能在此基礎(chǔ)上推出若干變式，實(shí)現(xiàn)遷移和應(yīng)用。