基于情境創(chuàng)設的學科核心素養(yǎng)落實
——“伴性遺傳”教學設計

耿 芳

（上海市上海中學 上海 200237）

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）對教學內(nèi)容進行了更新，其中提出要以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，從而促進包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任的學科核心素養(yǎng)落實。除此之外，2019年7月，中共中央、國務院頒布了《關(guān)于深化教育教學改革全面提高義務教育質(zhì)量的意見》，文件中提出“要重視情境教學”。由此可見情境創(chuàng)設對于提高教學效果而言十分重要?；诖耍P者將主要結(jié)合自身實際教學經(jīng)驗，以“伴性遺傳”一節(jié)的教學設計為例，通過創(chuàng)設情境落實生物學科核心素養(yǎng)。

1 教材分析及設計思路

本節(jié)是2022年滬科版《必修2·遺傳與進化》（以下簡稱新教材）第二章“有性生殖中的遺傳信息傳遞”第三節(jié)的內(nèi)容。第二章第一節(jié)從細胞層面引入減數(shù)分裂，說明了有性生殖過程中遺傳信息通過配子傳遞給子代。第二節(jié)闡述了分離定律和自由組合定律，并明確基因位于染色體上。本節(jié)是分離定律在性染色體上的應用，同時是后續(xù)人類遺傳病課程的基礎。

《課程標準》中與本節(jié)相關(guān)的次位概念是“3.2.4概述性染色體上的基因傳遞和性別相關(guān)聯(lián)”?！墩n程標準》同時指出在本模塊內(nèi)教師應引導學生發(fā)現(xiàn)和提出問題，學習相關(guān)概念、原理、規(guī)律等，應用有關(guān)知識分析和解決實踐中的問題，體驗科學家探索遺傳的過程。

與滬科版舊教材相比，新教材將摩爾根探究果蠅的眼色遺傳與性別關(guān)系的歷程放到了正文部分。學習摩爾根的研究歷程有利于培養(yǎng)學生的科學思維及科學探究能力。因此，教師創(chuàng)設英國王室血友病這一情境，結(jié)合摩爾根發(fā)現(xiàn)伴性遺傳規(guī)律的科學史，基于科學探究思維應用推理與演繹的方法闡明伴性遺傳的特點，并利用情境培養(yǎng)學生的社會責任，培養(yǎng)學生的生物學學科核心素養(yǎng)。

2 教學目標

①概述性別決定的主要方式；通過對摩爾根果蠅實驗的分析，闡明伴性遺傳的特點。

②通過實例，了解伴性遺傳規(guī)律在日常生活和生產(chǎn)實踐中的應用。

3 教學重難點

教學重點：位于性染色體上的基因，其遺傳方式與性別有關(guān)。

教學難點：通過對摩爾根果蠅實驗的分析，闡明伴性遺傳的特點。

4 教學過程

4.1 情境創(chuàng)設，問題驅(qū)動學習

課堂伊始，教師播放一段介紹“英國王室血友病”的視頻。視頻中提及自維多利亞女王之后，在英國王室中血友病頻發(fā)。視頻還對血友病患者的表現(xiàn)進行了簡單介紹，即患者體內(nèi)缺乏凝血因子蛋白質(zhì)，因此一旦受傷便會血流不止。教師提出問題：根據(jù)已學知識中心法則，血友病患者體內(nèi)為什么會缺乏凝血因子蛋白質(zhì)？學生討論，得出血友病發(fā)病的根本原因在于指導凝血因子合成的基因存在問題。

教師向?qū)W生展示維多利亞女王及部分后代血友病患病情況簡圖（圖1），并提出問題：為什么在維多利亞女王家族中血友病患者均為男性？

設計意圖：“英國王室血友病”這一真實情境可以激發(fā)學生的學習熱情，以直觀的方式展現(xiàn)伴性遺傳的特點，引發(fā)學生對于血友病發(fā)病的思考，引導學生意識到血友病發(fā)病與性別相關(guān)聯(lián)，從而引出人類的性別決定方式。

4.2 情境深入，引出生命觀念

教師向?qū)W生展示男性和女性體細胞染色體組成示意圖，并提出問題：男性和女性的染色體組成有什么區(qū)別？學生會關(guān)注到X和Y兩條染色體與性別相關(guān)，從而思考出人類性別的決定方式：人體存在兩條性染色體X和Y，男性體細胞內(nèi)為XY，女性體細胞內(nèi)為XX。教師追問：所有生物都和人類是一樣的性別決定方式么？在學生回答后，教師介紹其他幾種性別決定類型，如ZW型性染色體決定型、基因決定型和環(huán)境決定型。

教師將血友病的發(fā)病機制與人類性別相結(jié)合，提問：為什么血友病發(fā)病與性別相關(guān)聯(lián)？學生可能會聯(lián)想到血友病致病基因可能位于性染色體上。依據(jù)維多利亞家族中患者均為男性這一特點，學生有可能會進一步猜想血友病致病基因位于Y染色體上。此時，教師無需給出準確答案，要鼓勵學生大膽假設，小心求證，在課程結(jié)尾依據(jù)所學內(nèi)容驗證自己的假設。

設計意圖：在“英國王室血友病”情境下，教師基于人類的性別決定方式，引導學生理解血友病與性別相關(guān)聯(lián)的原因是血友病致病基因位于性染色體上，幫助學生進一步在頭腦中構(gòu)建“基因位于染色體上”的具體模型。除此之外，還引導學生思考、分析、概括其他性別決定方式，培養(yǎng)了學生的生命觀念。

4.3 科學探究，培養(yǎng)科學思維

聯(lián)系以上情境，在學生理解了某些與性別相關(guān)聯(lián)的原因是致病基因位于性染色體上后，教師引出性染色體的基因傳遞是伴性遺傳，提供摩爾根發(fā)現(xiàn)伴性遺傳規(guī)律的相關(guān)科學史料，引導學生按照科學探究的思路進行思考與歸納，在沉浸式探究過程中培養(yǎng)學生的科學思維。

①觀察現(xiàn)象并提出問題。教師提供資料：摩爾根選取的實驗動物為果蠅。果蠅常見于各類腐爛的水果周圍，是一種XY型性別決定的昆蟲。其生活周期短、生命力強，容易飼養(yǎng)，是遺傳學研究的好材料。野生型果蠅眼睛的顏色都是紅色。摩爾根的夫人偶然發(fā)現(xiàn)了一只白眼果蠅，摩爾根將其視如珍寶，裝在單獨的瓶子里隨身攜帶，哪怕睡覺也要放在身旁。摩爾根用這只白眼雄果蠅與一只紅眼雌果蠅進行了雜交實驗，結(jié)果顯示F1全部為紅眼。教師提出問題：果蠅的眼色遺傳遵循什么規(guī)律呢？紅眼和白眼哪個是顯性性狀？學生思考后，回答：讓F1代個體雌雄交配，F(xiàn)2代中紅眼果蠅的數(shù)量與白眼果蠅的數(shù)量這比約等于3∶1。因此，果蠅眼色的遺傳遵循分離定律。然后，教師追問：為什么F2中白眼果蠅都是雄性？

②作出假設。依據(jù)“英國王室血友病情境”，學生思考F2中白眼果蠅都是雄性的原因并作出假設。有學生可能會作出假設為控制眼色的基因位于Y染色體上，有的學生可能會假設控制眼色的基因只位于果蠅X染色體上。接著，教師將提出不同假設的學生進行分組，分小組繼續(xù)后續(xù)科學探究歷程。

③設計實驗。教師向?qū)W生展示現(xiàn)有實驗材料，即紅眼雌果蠅和白眼雄果蠅。學生分小組討論、設計實驗，并利用推理與演繹的方法，借助遺傳圖解得出理論實驗結(jié)果。在小組討論過程中，教師啟發(fā)學生思考親本中父本母本表型互換是否會影響實驗結(jié)果，并鼓勵學生身臨其境，假想自己作為科學家摩爾根如何利用現(xiàn)有實驗材料創(chuàng)造更多不同的實驗材料，進而完成實驗。

④實施實驗并分析數(shù)據(jù)。學生分小組展示自己設計的實驗，師生共同探討實驗的可行性及是否能夠驗證假設。教師向?qū)W生展示摩爾根所做的幾組實驗，引導學生比較自己設計的實驗。學生將摩爾根所做實際實驗結(jié)果與通過演繹推理所得出的理論實驗結(jié)果相驗證，進而得出結(jié)論。除此之外，在實驗條件允許的情況下，教師可以鼓勵學生課后進行真實實驗，實現(xiàn)實驗設計。

⑤得出結(jié)論。教師提出問題：根據(jù)實際實驗數(shù)據(jù)，哪個假設是正確的？學生通過模擬真實的科學探究過程，明確控制眼色的基因位于果蠅X染色體上。

設計意圖：以摩爾根果蠅實驗科學史為線索，學生沿著科學家的研究道路、科學探究思路，運用演繹與推理的方法探討、闡明伴性遺傳的特點，從而培養(yǎng)科學思維。摩爾根實驗的科學史從舊教材的“發(fā)現(xiàn)之路”板塊被調(diào)整到新教材正文中，蘊含著摩爾根鍥而不舍、追求真理的科學探究精神，具有很高的教育價值，能夠很好地培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。

4.4 情境應用，培養(yǎng)社會責任

回歸情境，教師再次向?qū)W生展示維多利亞女王及部分后代血友病患病情況簡圖（圖1），圖中灰色代表患者。教師提問：血友病致病基因位于什么染色體上？在學生回答的基礎上，教師繼續(xù)追問：為什么？并引導學生分析原因，展現(xiàn)運用推理與演繹的方法過程，進而驗證課堂伊始學生提出的假設是否正確，回答情境導入時引出的問題，以評價學生們對于本節(jié)內(nèi)容的理解和應用情況。

教師展示全國范圍內(nèi)血友病患病相關(guān)材料：全國約有13.6萬血友病患者，其中男性患者數(shù)量明顯多于女性。并提出問題：結(jié)合伴性遺傳的特點，為什么男性血友病患者數(shù)量多于女性？學生基于血友病致病基因為位于X染色體的隱性基因，進行解釋。教師繼續(xù)向?qū)W生展示血友病患者生活中的諸多不便，如很小的創(chuàng)傷對于血友病患者而言就有可能奪取他們的生命，進而激發(fā)學生們的社會責任感，如思考如何避免血友病這一遺傳疾病的產(chǎn)生、如何從社會和個人層面關(guān)愛血友病患者等。

設計意圖：課堂開始創(chuàng)設的情境貫穿整節(jié)課程設計，教師幫助學生完成知識的遷移和應用，引導學生自主學習意識，基于課程內(nèi)容回答自己提出的問題，深化課程理解，并通過真實材料及疾病的數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學生的社會責任。

5 教學反思

本節(jié)課通過“英國王室血友病”的情境，教師由“講述者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤八夭牡奶峁┱摺保詫W生為主導、以問題為驅(qū)動啟發(fā)學生自主探究，并在探究過程中潛移默化地落實生物學科素養(yǎng)，讓生物學習真實發(fā)生。

“英國王室血友病”這一情境滿足了“情”和“境”兩方面的要求。一方面，血友病作為遺傳疾病嚴重威脅人類生命健康，關(guān)于血友病的認知有利于激發(fā)學生的學習興趣與熱情；另一方面，這一情境也為學生的學習提供認知?？奎c，整節(jié)課圍繞血友病展開和深入，逐步達成教學目標。

高中遺傳學相關(guān)內(nèi)容聯(lián)系緊密，教師可將“英國王室血友病”作為大情境融入到教學內(nèi)容中，從而將遺傳的分子基礎、遺傳信息傳遞和可遺傳的變異三章內(nèi)容有機串聯(lián)起來，避免情境的碎片化，實現(xiàn)單元化教學課程內(nèi)容的關(guān)聯(lián)與融通。