基于學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的高中生物學(xué)教學(xué)策略
——以“染色體變異”一節(jié)為例

遼寧

隨著教育水平的不斷提高，學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)顯得越來越重要。讓學(xué)生擁有正確的學(xué)習(xí)方式和方法、在快樂中學(xué)習(xí)、對(duì)學(xué)習(xí)充滿興趣是教育的真正目的。只有在教學(xué)過程中融入學(xué)科核心素養(yǎng)，才能真正提升學(xué)生在生物方面的學(xué)習(xí)能力和理解能力，讓學(xué)生真正達(dá)到生物學(xué)素養(yǎng)的提升和綜合能力的提高。因此，生物教師在教學(xué)活動(dòng)中，應(yīng)該明確教學(xué)思想導(dǎo)向，以學(xué)科核心素養(yǎng)為基準(zhǔn)，對(duì)高中生物課堂進(jìn)行創(chuàng)新。本文以高中生物學(xué)2019 年版人教版教材必修2 中“染色體變異”一節(jié)為例，解讀教材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)系，探索培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)策略。

1.教材結(jié)構(gòu)及內(nèi)涵分析

“染色體變異”是2019 年版人教版教材必修2《遺傳與進(jìn)化》 第5 章“基因突變及其他變異”第2 節(jié)的內(nèi)容，包括染色體數(shù)目的變異、探究·實(shí)踐活動(dòng)低溫誘導(dǎo)植物細(xì)胞染色體數(shù)目的變化以及染色體結(jié)構(gòu)的變異三部分內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容分兩課時(shí)完成，一課時(shí)完成染色體數(shù)目的變異、染色體結(jié)構(gòu)的變異的學(xué)習(xí)，另一課時(shí)在實(shí)驗(yàn)室完成低溫誘導(dǎo)植物細(xì)胞染色體數(shù)目變化的探究實(shí)驗(yàn)。本文針對(duì)于第一課時(shí)，設(shè)計(jì)適合培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)容。

1.1 研讀教材

本節(jié)“問題探討”部分以馬鈴薯和香蕉的染色體數(shù)目的分析與比較為例，從生活中的實(shí)例出發(fā)，引發(fā)學(xué)生思考，從而引出教材的第一部分“染色體數(shù)目的變異”。教材中這部分介紹了染色體組、二倍體、多倍體、單倍體的概念，教材的編寫是遵循染色體組、二倍體、三倍體、多倍體這些概念之間的內(nèi)在聯(lián)系而逐漸展開的，比如教材正文中，在龐大的蜜蜂家族中有三種類型的蜜蜂，它們是蜂王、雄蜂和工蜂。通過對(duì)蜂王和工蜂的分析，學(xué)生建構(gòu)了二倍體的概念；通過模仿，學(xué)生建構(gòu)了三倍體和四倍體的概念。教材旁欄中，“在被子植物中，約有33%的物種是多倍體。例如，普通小麥、棉、煙草、菊、水仙等都是多倍體。某些品種的蘋果、梨、葡萄也是多倍體”，其中，普通小麥?zhǔn)橇扼w、棉花和煙草是四倍體、水仙是三倍體，這使學(xué)生建構(gòu)了多倍體的概念。緊接著，通過對(duì)雄蜂的描述——體細(xì)胞中的染色體數(shù)目與本物種配子染色體數(shù)目相同，學(xué)生又建構(gòu)了單倍體的概念。這樣的內(nèi)容安排符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，有利于學(xué)生層層遞進(jìn)式的學(xué)習(xí)。訓(xùn)練學(xué)生對(duì)低溫或秋水仙素誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍的原理以及在培育三倍體無子西瓜無子的原因的描述，意在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，同時(shí)介紹了單倍體育種的原理，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到生物學(xué)知識(shí)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要應(yīng)用，培養(yǎng)了學(xué)生的社會(huì)責(zé)任。第二部分是“低溫誘導(dǎo)植物細(xì)胞染色體數(shù)目的變化”的探究·實(shí)踐活動(dòng)。通過實(shí)踐探究培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力。第三部分是“染色體結(jié)構(gòu)的變異”，教材以圖文結(jié)合的形式，介紹了染色體的缺失、重復(fù)、易位和倒位4 種情況，4 種情況都以果蠅為例。變異往往會(huì)導(dǎo)致生物性狀的改變，這種改變往往是不利的，甚至導(dǎo)致死亡，教材介紹此內(nèi)容意在培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念。

1.2 學(xué)科核心素養(yǎng)的體現(xiàn)

本節(jié)教材內(nèi)容的設(shè)計(jì)深刻體現(xiàn)了生物學(xué)的四個(gè)學(xué)科核心素養(yǎng)：（1）生命觀念。教材介紹了染色體的缺失、重復(fù)、易位和倒位4 種情況。通過學(xué)習(xí)此部分內(nèi)容，學(xué)生能夠關(guān)注自己以及他人的生命健康問題，養(yǎng)成良好的生活習(xí)慣。（2）科學(xué)探究?！暗蜏卣T導(dǎo)植物細(xì)胞染色體數(shù)目的變化”的探究·實(shí)踐活動(dòng)，能培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的科學(xué)探究能力，培養(yǎng)學(xué)生大膽提出疑問并勇于探索的精神。（3）科學(xué)思維。教師可以根據(jù)教材旁欄的“本節(jié)聚焦”“相關(guān)信息”及課后練習(xí)的“拓展應(yīng)用”部分，設(shè)計(jì)一系列問題，促進(jìn)學(xué)生在思考中解決問題，提升學(xué)生的科學(xué)思維。（4）社會(huì)責(zé)任?！芭c社會(huì)的聯(lián)系”和“拓展應(yīng)用”這兩部分涉及單倍體育種原理及無子西瓜的培育，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到生物學(xué)知識(shí)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要應(yīng)用，有利于學(xué)生樹立為社會(huì)做貢獻(xiàn)的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

2.教學(xué)策略設(shè)計(jì)思想

“染色體變異”一節(jié)教學(xué)分為兩個(gè)課時(shí)。第一課時(shí)主要學(xué)習(xí)染色體結(jié)構(gòu)變異的類型及其影響，染色體組、二倍體、三倍體、多倍體以及單倍體的概念，染色體數(shù)目變異及其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。筆者以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)為主線設(shè)計(jì)了本課時(shí)的教學(xué)，力求落實(shí)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）的要求。

3.教學(xué)過程設(shè)計(jì)

3.1 生活實(shí)例導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

新課導(dǎo)入一般有情境導(dǎo)入法、問題導(dǎo)入法和復(fù)習(xí)導(dǎo)入法等。不管哪一種導(dǎo)入方法，都是為了引起學(xué)生的好奇心，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。2019 年版人教版教材本節(jié)課的問題探討部分為“馬鈴薯和香蕉的染色體數(shù)目的分析與比較”，由此可以直接引入本節(jié)課重點(diǎn)內(nèi)容“染色體數(shù)目的變異”。為了增強(qiáng)學(xué)生的感官體驗(yàn)，筆者結(jié)合此問題探討的內(nèi)容，收集了野生型和栽培型馬鈴薯及香蕉的圖片，讓學(xué)生從外觀、表型方面猜測(cè)哪個(gè)是野生型，哪個(gè)是栽培型，并說出猜測(cè)理由。用生活中人們經(jīng)常見到的蔬菜水果為例導(dǎo)入新課，讓知識(shí)源于生活，從而激發(fā)學(xué)生探究的欲望，進(jìn)而提問：“同學(xué)們知道導(dǎo)致它們表型出現(xiàn)差異的根本原因是什么嗎？”從而回歸教材問題探討中的問題。這充分體現(xiàn)了新教材問題探討欄目設(shè)置源于生活的設(shè)計(jì)意圖，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，問題探討的第3 題又是點(diǎn)睛之筆，學(xué)生在課堂上可以提出各種各樣的問題，比如什么是一套非同源染色體？香蕉沒有種子應(yīng)該如何繁殖？人們?nèi)绾瓮ㄟ^人工誘導(dǎo)的方式來培育這些新品種？這些本節(jié)課要研究的重點(diǎn)內(nèi)容由學(xué)生自然提出，真正體現(xiàn)倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的課程理念。

3.2 設(shè)置問題串，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

針對(duì)2019 年版人教版教材“染色體數(shù)目的變異”這一內(nèi)容，筆者對(duì)課堂上學(xué)生針對(duì)教材問題探討部分提出的一系列問題進(jìn)行梳理，設(shè)計(jì)了問題串的引導(dǎo)，學(xué)生通過討論交流、歸納總結(jié)，建立系統(tǒng)的知識(shí)體系：（1）什么是一個(gè)染色體組？（2）如何理解一個(gè)染色體組中的染色體具有控制該生物生長、發(fā)育、遺傳、變異的全套遺傳信息？（3）結(jié)合染色體組的概念，舉例說明什么是二倍體、三倍體、多倍體、單倍體。（4）染色體數(shù)目的變異在無子西瓜培育過程中如何應(yīng)用？（5）在無子西瓜培育過程中人工（低溫或秋水仙素）誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍的原理是什么？（6）無子西瓜無子的原因是什么？這個(gè)問題串層層遞進(jìn)，目的是挖掘?qū)W生的深度思考能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。教師在此基礎(chǔ)上可設(shè)置課后思考題：（1）利用染色體數(shù)目變異的原理，你能想出一種快速獲得純合子的方法嗎？（2）在使用秋水仙素時(shí)，應(yīng)注意什么？請(qǐng)結(jié)合相關(guān)信息說說秋水仙素有劇毒的原因？同學(xué)們可以在課后查找資料獲得相關(guān)信息，作為本節(jié)課思維能力的拓展延伸訓(xùn)練，從而提升學(xué)生的科學(xué)思維。

3.3 討論交流，培養(yǎng)學(xué)生的合作探究能力

筆者所在學(xué)校每個(gè)班都已經(jīng)分好了生物學(xué)學(xué)習(xí)小組，每組6 人左右，主要在課上和課下討論生物學(xué)疑難問題及與生物學(xué)相關(guān)的社會(huì)問題，目的是為了提高學(xué)生合作探究能力和生物學(xué)成績。

本節(jié)課涉及染色體組、二倍體、三倍體、多倍體、單倍體的概念以及無子西瓜培育的流程等較難理解的問題，學(xué)習(xí)小組可先用10 分鐘左右的時(shí)間進(jìn)行討論交流，小組成員分享自己的觀點(diǎn)，得出小組的結(jié)論。

在學(xué)生討論過程中，教師還可以給學(xué)生設(shè)置模型構(gòu)建活動(dòng)，借此來促進(jìn)學(xué)生對(duì)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的深入理解。針對(duì)本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，筆者設(shè)計(jì)三個(gè)模型構(gòu)建活動(dòng)：（1）閱讀教材，討論什么是染色體組，并構(gòu)建給定細(xì)胞的一個(gè)染色體組。（2）模擬無子西瓜的培育流程。通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)討論交流，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的合作探究能力。（3）閱讀教材，小組合作，利用手中的資料袋（資料袋中有兩對(duì)同源染色體，同學(xué)們需要用剪刀剪下發(fā)生易位的染色體片段，并重新粘貼），構(gòu)建染色體發(fā)生易位之后的模型。

3.4 課堂展示，鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)能力與想象能力

在討論交流、整理知識(shí)后，小組可以采用各種各樣的方式展示討論成果。教師鼓勵(lì)學(xué)生展示、質(zhì)疑、挑戰(zhàn)、糾錯(cuò)、補(bǔ)充。比如前兩個(gè)模型構(gòu)建活動(dòng)，學(xué)生可以將構(gòu)建好的模型拍照后傳到大屏幕上，然后，小組同學(xué)描述本組的成果，其他小組進(jìn)行補(bǔ)充、糾正，真正實(shí)現(xiàn)了全班同學(xué)共同參與課堂內(nèi)容的構(gòu)建。第3 個(gè)模型構(gòu)建活動(dòng)則可以用電子白板的觸屏拖動(dòng)功能（將含有不同的染色體組數(shù)的圖片移動(dòng)到相應(yīng)位置）來實(shí)現(xiàn)無子西瓜培育過程的模擬，學(xué)生模擬的過程中對(duì)該過程進(jìn)行講解。對(duì)于問題中的前3 個(gè)問題，學(xué)生通過閱讀、思考及小組討論之后進(jìn)行模型構(gòu)建，在模型展示與糾錯(cuò)過程中，學(xué)生認(rèn)同一個(gè)染色體組是一組非同源染色體，同源染色體上的等位基因控制的是同一性狀的不同表現(xiàn)類型，所以一個(gè)染色體組具有控制該生物生長、發(fā)育、遺傳、變異的全套遺傳信息。從而引出第3 個(gè)問題——二倍體、三倍體、多倍體、單倍體的概念。學(xué)生結(jié)合教材旁欄中的相關(guān)信息，舉例說明：由受精卵發(fā)育而來，體細(xì)胞中有兩個(gè)染色體組是二倍體、有三個(gè)染色體組是三倍體、有三個(gè)和三個(gè)以上染色體組稱為多倍體。由配子發(fā)育而來的個(gè)體無論有幾個(gè)染色體組都是單倍體。問題中的第4、5、6 個(gè)問題，學(xué)生通過模型構(gòu)建活動(dòng)及模擬低溫或秋水仙素誘導(dǎo)細(xì)胞有絲分裂的過程，深入理解抑制紡錘體形成導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍的原理，并嘗試模擬三倍體西瓜減數(shù)分裂產(chǎn)生配子的過程，發(fā)現(xiàn)染色體無法均等分配的事實(shí)。認(rèn)同無子西瓜無子的原因是染色體聯(lián)會(huì)紊亂無法形成正常的配子。

通過層層遞進(jìn)的問題，學(xué)生一步步理解了本節(jié)課的重點(diǎn)知識(shí)，形成了專屬的知識(shí)框架，培養(yǎng)了科學(xué)思維，落實(shí)了學(xué)科核心素養(yǎng)。雖然有些問題是學(xué)生通過查閱資料才能解決的，但這也是一個(gè)探索知識(shí)的過程，比教師直接告知、灌輸式的學(xué)習(xí)效果好得多，也有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解、掌握和記憶。

3.5 利用社會(huì)問題，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感并形成生命觀念

這節(jié)課學(xué)習(xí)了染色體結(jié)構(gòu)的變異和染色體數(shù)目的變異的類型及影響，筆者在講解完此內(nèi)容后，播放視頻介紹染色體的變異在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用、介紹通過人工誘導(dǎo)染色體變異培育出的果實(shí)大、營養(yǎng)物質(zhì)含量高的農(nóng)產(chǎn)品，使學(xué)生真切地體會(huì)到生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用。同時(shí)激發(fā)學(xué)生用知識(shí)服務(wù)社會(huì)的意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

教師同時(shí)也需要引導(dǎo)學(xué)生了解科學(xué)技術(shù)是一把雙刃劍，生物的變異對(duì)生物個(gè)體而言往往是不利的，然而生物技術(shù)合理的利用又可以服務(wù)于人們的生產(chǎn)生活。因此，筆者鼓勵(lì)學(xué)生好好學(xué)習(xí)，長大后用所學(xué)知識(shí)及生物技術(shù)改造生物的同時(shí)一定要兼顧生物與生物、生物與環(huán)境之間的關(guān)系，合理地利用生物技術(shù)，使生物技術(shù)真正造福于地球，以此使學(xué)生形成生命觀念。

4.教學(xué)反思與啟示

通過深入研讀教材以及設(shè)計(jì)知識(shí)結(jié)構(gòu)，筆者發(fā)現(xiàn)2019 年版人教版教材非常適合培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。本節(jié)課的設(shè)計(jì)著重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，并激發(fā)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。這樣的設(shè)計(jì)有利于達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，也能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣與信心。作為一線教師，要擔(dān)當(dāng)起教書育人的責(zé)任，認(rèn)真鉆研教材、《課程標(biāo)準(zhǔn)》，把培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)落到實(shí)處。

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