基于“5E”教學(xué)模式的單元復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計
——以“基因和染色體的關(guān)系”為例

河南

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)著眼于學(xué)生適應(yīng)未來社會發(fā)展和個人生活需要，以探究為特點的主動學(xué)習(xí)，獨立運用科學(xué)的思維方式解決新的問題，是落實生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵?！?E”教學(xué)模式是基于建構(gòu)主義理論，由教師和學(xué)生共同創(chuàng)設(shè)情境化的探究任務(wù)，激發(fā)學(xué)生廣泛參與和主動探尋知識的形成過程，在遷移和評價中實現(xiàn)科學(xué)思維的形成。筆者以“基因與染色體的關(guān)系”為例，淺談采用“5E”教學(xué)模式的單元復(fù)習(xí)教學(xué)策略。

1.構(gòu)建單元教學(xué)主題

1.1 分析單元教學(xué)內(nèi)容

“基因和染色體的關(guān)系”是人教版必修2《遺傳與進化》第2 章的內(nèi)容。學(xué)生在學(xué)習(xí)人教版必修2 第1 章中的“孟德爾的豌豆雜交實驗”時并不了解基因的物質(zhì)基礎(chǔ)，而在學(xué)習(xí)第2 章第2 節(jié)“基因在染色體上”中“基因位于染色體上的實驗證據(jù)”時，主要精力用在學(xué)習(xí)摩爾根的果蠅雜交實驗上。基因和染色體的關(guān)系是高中階段綜合性較高的程序性知識，因此本節(jié)復(fù)習(xí)課是在學(xué)生已經(jīng)學(xué)過教材第2 章后適當(dāng)?shù)膯卧希w現(xiàn)了遺傳學(xué)內(nèi)在的思想方法。教學(xué)設(shè)計方案中吸引環(huán)節(jié)設(shè)計的問題來自學(xué)生已遇到的疑難點；探究是基于小組內(nèi)的廣泛交流，在教師和學(xué)生預(yù)設(shè)的任務(wù)情境中驗證；解釋是學(xué)生經(jīng)過科學(xué)思維方法總結(jié)后的知識共建；評價是在典型例題中檢驗學(xué)生掌握基因定位方法的程度。

1.2 教學(xué)流程

“5E”教學(xué)模式指導(dǎo)的教學(xué)流程如圖1，采用的是自主質(zhì)疑與合作學(xué)習(xí)的開放式課堂，由教師在課堂中出示問題、引導(dǎo)學(xué)生進入文本，改變?yōu)橛蓪W(xué)生提出問題，而后在探討中解決問題；由教師出示課堂練習(xí)題目、教師評價，改變?yōu)橛蓪W(xué)生自己基于新的情境進行設(shè)問、學(xué)生間互相評價。教學(xué)過程中，教師和學(xué)生將基于“科學(xué)思維”和“科學(xué)探究”能力培養(yǎng)的教學(xué)情境進行思維訓(xùn)練。

圖1 “5E”教學(xué)流程圖

2.教學(xué)設(shè)計方案

2.1 吸引

學(xué)生自主回顧高中生物教材必修2 第2 章第2 節(jié)“基因在染色體上”和第3 節(jié)“伴性遺傳”的內(nèi)容，而后教師基于教材中摩爾根的果蠅雜交實驗，結(jié)合學(xué)生已遇到的題型以及已有知識體系提出問題：

為什么摩爾根的果蠅雜交實驗中F2白眼果蠅都是雄性？

如何利用假說-演繹法驗證摩爾根的假設(shè)？

還有沒有其他的假設(shè)？如何驗證？

如何判斷一個基因在細(xì)胞中的位置？

基因在性染色體上的位置關(guān)系如何驗證？

設(shè)計意圖：基于教材提出有價值的問題串是誘發(fā)學(xué)生探究和思考的關(guān)鍵，是科學(xué)探究的“第一步”。因此，以問題串引導(dǎo)學(xué)生深度挖掘教材中科學(xué)結(jié)論得出的過程，運用批判性思維對結(jié)論提出合理的質(zhì)疑，同時回顧并結(jié)合已遇到的問題去思考及判斷，是科學(xué)思維形成的“原動力”，是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的“起跑線”。

2.2 探究

教師通過創(chuàng)設(shè)情境化的問題，引導(dǎo)學(xué)生初步構(gòu)建相關(guān)模型。然后教師進行小組討論，交流探究成果。

情境1（學(xué)生從遇到過的題目中節(jié)選并創(chuàng)設(shè)）：在果蠅中，有灰身的也有黑身的，現(xiàn)實驗室有灰身、黑身雌雄蠅若干只。請你利用一代雜交實驗，推斷灰身和黑身的遺傳方式是細(xì)胞質(zhì)遺傳還是細(xì)胞核遺傳。

情境2（教師從高考真題中節(jié)選并創(chuàng)設(shè)）：科學(xué)家研究黑腹果蠅時發(fā)現(xiàn)，剛毛基因（B）對截剛毛基因（b）為完全顯性。若B/b 這對等位基因存在于X、Y 染色體上的同源區(qū)段，則剛毛雄果蠅的基因型可表示為XBYB、XBYb、XbYB；若B/b 僅位于X 染色體上，則剛毛雄果蠅的基因型只能表示為XBY?，F(xiàn)有各種純種果蠅若干，請利用一次雜交實驗來推斷B/b 這對等位基因是位于X、Y 染色體的同源區(qū)段上還是僅位于X 染色體上，簡要說明推斷過程。

學(xué)生獨立思考后初步構(gòu)建判斷基因位置的模型，如圖2。

圖2 判斷基因位置的模型

設(shè)計意圖：情境化的題目會激發(fā)學(xué)生進行主動思考，運用歸納與概括、演繹與推理、批判性思維得出初步方案。對于控制一對相對性狀的等位基因的位置，先確定大方向即基因位于細(xì)胞質(zhì)還是細(xì)胞核，然后再判斷其在染色體上的具體位置，即運用“假說-演繹法”，提出基因在染色體不同位置的不同假設(shè)。假設(shè)應(yīng)包括符合邏輯事實的各種猜想，然后設(shè)計實驗，分類討論實驗結(jié)果所支持的假設(shè)。例如：情境1 中基因若位于細(xì)胞質(zhì)，則無論灰身果蠅和黑身果蠅正交還是反交，子代性狀都應(yīng)該與母本一致；若基因位于細(xì)胞核，則無論灰身果蠅和黑身果蠅正交還是反交，子代性狀都應(yīng)該一致。

2.3 解釋

集各組智慧完成知識共建后，再由學(xué)生自主實證，提出思路方法，達(dá)成共識后用準(zhǔn)確、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼Z言在全班內(nèi)部進行展示如表 。

展示及評價分工表

展示要求：基于情境闡明解決方案，并歸納出同類題型的解決思路。

設(shè)計意圖：小組內(nèi)合作分享解題思路，組員及時提出改進意見，并表明自己的觀點，便于在展示中得到驗證。通過全員參與共建知識體系，使基因與染色體的位置關(guān)系內(nèi)化為學(xué)生認(rèn)識事物，解決生物學(xué)問題的關(guān)鍵能力和必備品格。

本環(huán)節(jié)中教師引導(dǎo)學(xué)生提出判斷基因位置方案的過程中，不是簡單地輸出知識和方法，而是通過改善課堂的氣氛，促進學(xué)生形成良好的討論氛圍，使學(xué)生基于理解、分享、表達(dá)進行深度學(xué)習(xí)，這也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究的關(guān)鍵所在。

2.4 遷移

在前面的環(huán)節(jié)中學(xué)生通過合作學(xué)習(xí)梳理出了判斷基因和染色體位置關(guān)系的方法，掌握了判斷、推斷、實證自我假設(shè)的方法。這樣的科學(xué)思維能力須及時遷移到一定的情境中綜合運用，才能內(nèi)化為學(xué)生個人的關(guān)鍵能力。在新情境中，為使課堂所有參與者的學(xué)習(xí)成果得到驗證，教師可預(yù)先設(shè)計好一定的實效反饋。

【例1】（2016 年，全國卷Ⅰ，第32 題）已知果蠅的灰體和黃體受一對等位基因控制，但這對相對性狀的顯隱性關(guān)系和該等位基因所在的染色體是未知的。同學(xué)甲用一只灰體雌蠅與一只黃體雄蠅雜交，子代中♀灰體∶♀黃體∶灰體∶黃體為1 ∶1 ∶1 ∶1。同學(xué)乙用兩種不同的雜交實驗都證實了控制黃體的基因位于X 染色體上，并表現(xiàn)為隱性。請根據(jù)上述結(jié)果，回答下列問題：

（1）僅根據(jù)同學(xué)甲的實驗，能不能證明控制黃體的基因位于X 染色體上，并表現(xiàn)為隱性？

（2）請用同學(xué)甲得到的子代果蠅為材料設(shè)計兩個不同的實驗，這兩個實驗都能獨立證明同學(xué)乙的結(jié)論。（要求：每個實驗只用一個雜交組合，并指出支持同學(xué)乙結(jié)論的預(yù)期實驗結(jié)果）

【參考答案】（1）不能

（2）實驗1：

實驗2：

設(shè)計意圖：教師預(yù)設(shè)的實效反饋可以使學(xué)生合作學(xué)習(xí)的成果得到及時驗證，同時使學(xué)生把新知識的學(xué)習(xí)及時與應(yīng)用中的情境結(jié)合起來，從而及時檢驗學(xué)生通過學(xué)習(xí)獲得關(guān)鍵能力的情況。

2.5 評價

評價貫穿“5E”教學(xué)的所有環(huán)節(jié)，包括學(xué)生自評學(xué)習(xí)過程、學(xué)生互評學(xué)習(xí)過程。學(xué)生可自評提出的問題，互評構(gòu)建的模型圖。教師也可提煉本節(jié)重點內(nèi)容，通過提問檢測的方式，評價本節(jié)課的教學(xué)效果。

【例2】（2017 年，全國卷Ⅰ，第32 題節(jié)選）某種羊的性別決定為XY 型。已知其有角和無角由位于常染色體上的等位基因（N/n）控制；黑毛和白毛由等位基因（M/m）控制，且黑毛對白毛為顯性?；卮鹣铝袉栴}：

（2）某同學(xué)為了確定M/m 是位于X 染色體上，還是位于常染色體上，讓多對純合黑毛母羊與純合白毛公羊交配，子二代中黑毛∶白毛=3 ∶1，我們認(rèn)為根據(jù)這一實驗數(shù)據(jù)，不能確定M/m 是位于X 染色體上，還是位于常染色體上，還需要補充數(shù)據(jù)，如統(tǒng)計子二代中白毛個體的性別比例，若_____________________，則說明M/m 是位于X 染色體上；若_____________________________，則說明M/m 是位于常染色體上。

（3）一般來說，對于性別決定為XY 型的動物群體而言，當(dāng)一對等位基因（如A/a）位于常染色體上時，基因型有_________________種；當(dāng)其僅位于X 染色體上時，基因型有____________________種；當(dāng)其位于X和Y染色體的同源區(qū)段時 （如圖所示），基因型有___________________種。

【參考答案】（2）白毛個體全為雄性 白毛個體中雄性∶雌性=1 ∶1 （3）3 5 7

設(shè)計意圖：評價過程鍛煉了學(xué)生的思辨能力和語言表達(dá)能力，教師善于運用激勵策略有利于實現(xiàn)教師與學(xué)生的“教學(xué)雙贏”，落實生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.教學(xué)反思

本節(jié)課教學(xué)過程中，吸引環(huán)節(jié)中教師和學(xué)生共同提出的問題是調(diào)動學(xué)生參與積極性的關(guān)鍵，因此教師應(yīng)該提前了解學(xué)生在學(xué)習(xí)遺傳規(guī)律和應(yīng)用時的疑惑點。在探究環(huán)節(jié)，教師預(yù)設(shè)的情境要緊密結(jié)合學(xué)生的疑惑點且難度適中，并要給予學(xué)生充足的自主學(xué)習(xí)和討論的時間，充分相信學(xué)生能夠完成預(yù)設(shè)的情境化任務(wù)。學(xué)生的主動學(xué)習(xí)與交流合作能力是建立在實踐基礎(chǔ)上的，“5E”課堂不僅是為了應(yīng)對高考，更是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的路徑，可為其以后在自然科學(xué)領(lǐng)域繼續(xù)深造打下基礎(chǔ)。