高中生物學(xué)重要概念教學(xué)設(shè)計例談
——以“表觀遺傳”教學(xué)設(shè)計為例

黃秀芝

（松溪第一中學(xué)，福建 松溪 353500）

生物學(xué)重要概念是對生命現(xiàn)象和規(guī)律的理解和解釋，處于生物學(xué)中心位置。［1］重要概念是依附、服務(wù)并支撐生物學(xué)大概念的下位概念，具有學(xué)科邏輯性。重要概念教學(xué)是高中生物學(xué)教學(xué)的核心內(nèi)容。［2］生物學(xué)重要概念教學(xué)時，教師可以通過呈現(xiàn)生物學(xué)事實、揭示概念所蘊含的生物學(xué)本質(zhì)，幫助學(xué)生構(gòu)建、理解及應(yīng)用重要概念，形成生命觀念。近年來“表觀遺傳”已成為遺傳學(xué)研究熱點，列入2019 年版人教版、浙科版等高中生物學(xué)教科書，可見其教學(xué)的重要性。

一、聚焦生物大概念設(shè)計教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》提出的“核心素養(yǎng)為宗旨”“內(nèi)容聚焦大概念”等課程基本理念，以及對“表觀遺傳”教學(xué)要求，設(shè)計“表觀遺傳”一節(jié)教學(xué)目標(biāo)：①觀察、閱讀有關(guān)表觀遺傳現(xiàn)象及其資料，能運用結(jié)構(gòu)與功能觀、進化與適應(yīng)觀等生命觀念，多角度認(rèn)識生物界的表觀遺傳現(xiàn)象。②探討表觀遺傳機制，建構(gòu)表觀遺傳概念模型，探究并建立遺傳信息、基因表達(dá)及性狀三者之間的相互關(guān)系。③閱讀、討論有關(guān)環(huán)境、行為等因素對表觀遺傳的影響，以及表觀遺傳在生物體生長發(fā)育、繁衍等方面作用的資料，認(rèn)同表觀遺傳研究價值，養(yǎng)成健康的生活方式。促進學(xué)生進一步理解重要概念“親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA 分子上”，為建立大概念“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”奠定基礎(chǔ)。［3］

二、圍繞重要概念設(shè)計教學(xué)過程

（一）創(chuàng)設(shè)情境，厘清機制，建立重要概念

以視頻、圖文等形式，呈現(xiàn)生活中典型、有代表性的表觀遺傳現(xiàn)象作為問題情境，引導(dǎo)學(xué)生辨析遺傳現(xiàn)象及其遺傳方式。例如，指導(dǎo)學(xué)生觀看蜜蜂飼養(yǎng)視頻，了解蜂群中的雌蜂，若持續(xù)喂養(yǎng)蜂王漿則發(fā)育成蜂王，若喂養(yǎng)蜂蜜則發(fā)育為工蜂，二者幼蟲時期喂養(yǎng)方式不同，而生長發(fā)育、身體形態(tài)功能等方面明顯差異。播放人類同卵雙胞胎不同的表型性狀的視頻，讓學(xué)生了解同卵雙胞胎在糖尿病、精神分裂癥等疾病方面存在不同的遺傳效應(yīng)。創(chuàng)設(shè)問題情境：為何具有相同DNA 序列的個體存在表型的差異？生物性狀改變的原因是什么？組織學(xué)生從基因與生物性狀的角度進行分組討論。針對學(xué)生無法運用經(jīng)典遺傳作出解答的困惑，教師提供學(xué)習(xí)資料，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)有關(guān)表觀遺傳的分子水平調(diào)節(jié)機制，如組蛋白修飾、DNA 甲基化參與調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄等，［4］并結(jié)合有關(guān)情境資料，如一個遺傳物質(zhì)完全一致的小鼠品系，其皮膚卻具有不同顏色，指導(dǎo)學(xué)生比較分析表觀遺傳與經(jīng)典遺傳定律的不同，幫助學(xué)生初步建立表觀遺傳概念。

利用表觀遺傳和經(jīng)典遺傳的相異，以表觀遺傳現(xiàn)象的實例創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突與探究學(xué)習(xí)的欲望，學(xué)習(xí)表觀遺傳的機制，幫助學(xué)生轉(zhuǎn)變“基因遺傳”等前概念，初步建立對表觀遺傳的認(rèn)識。

（二）探討問題，繪制概念圖，建構(gòu)概念體系

創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生探討、剖析問題并繪制概念圖，明晰概念“某些基因中堿基序列不變但表型改變的表觀遺傳現(xiàn)象”的內(nèi)涵，進一步理解“親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA 分子上”，建立概念體系。指導(dǎo)學(xué)生回顧已學(xué)習(xí)過的豌豆種子的圓粒與皺粒、白化病、囊性纖維化等典型遺傳實例，結(jié)合表觀遺傳現(xiàn)象及其分子機理，組織學(xué)生圍繞“基因如何控制生物體的性狀？細(xì)胞分化與基因表達(dá)有什么關(guān)系？表觀遺傳信息是如何調(diào)控基因表達(dá)的？怎樣理解基因與性狀關(guān)系的復(fù)雜性？”等問題開展討論，比較分析基因與性狀的關(guān)系，初步形成“基因→酶→代謝→性狀”和“基因→蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→性狀”的基因表達(dá)方式。在此基礎(chǔ)上，圍繞“遺傳信息+環(huán)境→性狀”這一主線，分小組合作繪制基因表達(dá)與性狀的關(guān)系概念圖（如圖1），直觀呈現(xiàn)基因與基因、基因與環(huán)境、基因與性狀之間的邏輯關(guān)系，體現(xiàn)基因、環(huán)境和性狀三個遺傳學(xué)概念之間的關(guān)系，構(gòu)建“遺傳信息控制生物性狀”概念體系。

圖1 “基因表達(dá)與性狀的關(guān)系”概念圖

在明確表觀遺傳機制的基礎(chǔ)上，圍繞“遺傳信息+環(huán)境→性狀”主線，通過繪制“基因表達(dá)與性狀的關(guān)系”概念圖，串聯(lián)相關(guān)遺傳學(xué)概念，建構(gòu)概念體系，使得學(xué)生明確表觀遺傳主要調(diào)控基因的表達(dá)，但不改變基因序列，幫助學(xué)生以新的視角理解表觀遺傳與經(jīng)典遺傳的關(guān)系。

（三）剖析案例，遷移重要概念，分析解決問題

指導(dǎo)學(xué)生閱讀以下資料：“荷蘭饑餓冬季”，即1944 年－1945 年冬天，荷蘭發(fā)生嚴(yán)重的饑荒，導(dǎo)致孕婦生下的孩子一生都受饑荒影響，其罹患肥胖癥，糖尿病和精神分裂癥等概率較常人高，營養(yǎng)不良對懷孕女性健康的影響不僅波及其子女甚至孫輩。又如20世紀(jì)90 年代，瑞典科學(xué)家拜格林對瑞典北部諾伯頓地區(qū)的居民壽命進行了調(diào)查和研究，結(jié)果表明祖輩或父輩的生活經(jīng)歷印記可以遺傳給子孫。以及有關(guān)表觀遺傳與人類疾病研究治療、作物遺傳改良等資料。指導(dǎo)學(xué)生分組討論：如何判斷表觀遺傳現(xiàn)象？生活習(xí)慣的改變對后代性狀產(chǎn)生什么影響？若環(huán)境、行為等因素可以通過表觀遺傳影響后代，則在生殖、疾病等領(lǐng)域有何應(yīng)用？等等。通過閱讀、討論、分析等學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生在比較分析中遷移運用表觀遺傳概念，學(xué)會判斷有關(guān)表觀遺傳現(xiàn)象，解決現(xiàn)實生活中的實際問題，體會表觀遺傳研究價值。

（四）開展研究性學(xué)習(xí)活動，拓展重要概念，形成生命觀念

圍繞表觀遺傳概念，開展研究性學(xué)習(xí)等活動，拓展學(xué)生對表觀遺傳的認(rèn)識，為學(xué)生理解生命的整體性和復(fù)雜性提供理論基礎(chǔ)，促進學(xué)生形成生命觀念。

組織學(xué)生課外分組查閱有關(guān)表觀遺傳研究綜述類文獻(xiàn)，開展“探究表觀遺傳的調(diào)控機制”“展望表觀遺傳的應(yīng)用前景”等研究性學(xué)習(xí)活動，了解表觀遺傳多種分子水平調(diào)控機制，關(guān)注表觀遺傳在生物體的生長分化、生殖繁衍等方面研究進展，以及在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等方面的應(yīng)用。查閱、收集有關(guān)表觀遺傳與生活習(xí)慣方面文獻(xiàn)資料，了解表觀遺傳與人類生活習(xí)慣、飲食、癌癥等關(guān)系，以及可能對人類后代性狀的影響。此外，還可以開展以“基因決定生物體的性狀”“中心法則的發(fā)展”“基因序列不變，表現(xiàn)型改變”等為辯題的辯論賽，論證表觀遺傳與經(jīng)典遺傳、基因與表型等關(guān)系。通過研究性學(xué)習(xí)及辯論賽等活動，讓學(xué)生進一步了解表觀遺傳的研究進展及其應(yīng)用，明確表觀遺傳揭示生命現(xiàn)象的機制，拓展完善對中心法則、基因等概念的認(rèn)識，促進學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能觀、進化與適應(yīng)觀等生命觀念。［5］

（五）表觀遺傳教學(xué)反思

本節(jié)課通過創(chuàng)設(shè)情境、問題探討、建構(gòu)概念圖、開展課后研究性學(xué)習(xí)活動等教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生在經(jīng)典遺傳學(xué)基礎(chǔ)上建立、理解表觀遺傳概念及其概念體系，幫助學(xué)生拓展對基因、中心法則等遺傳學(xué)概念的認(rèn)識，切實培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀、進化與適應(yīng)觀等生命觀念。因有關(guān)表觀遺傳的研究尚在進行中，諸多觀點尚未定論或有爭議，這給教學(xué)造成一定困難，且表觀遺傳的分子水平調(diào)控機制較為復(fù)雜，學(xué)生不易理解，成為學(xué)習(xí)難點，值得深入探討相關(guān)教學(xué)策略。