基于大概念的高中生物學情境教學

張煜航

在新課程改革背景下，《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》指出生物學課程設(shè)計追求“少而精”的原則，內(nèi)容聚焦大概念。通過多方位分析整合生物學知識，厘清次位概念、重要概念、大概念等各層級概念的邏輯關(guān)系，聚焦大概念建構(gòu)單元主題概念體系。情境化教學法是突出學生在教學中的主體地位，依托特殊情境將抽象知識形象化，在情境問題解決中活躍學生思維，產(chǎn)生對問題多方位的見解，在對各層級概念逐層建構(gòu)中獲得知識、能力和素養(yǎng)的提升。

本文以人教版高中生物學必修2“遺傳與進化”第5章第2節(jié)“染色體變異”教學設(shè)計為例，分析如何基于大概念開展情境化教學，促進學生對染色體變異概念的理解。

一、教學內(nèi)容分析

課標中與本節(jié)內(nèi)容相關(guān)的要求是：舉例說明染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)量變異都可能導致生物性狀的改變甚至死亡；“學業(yè)要求”為：基于證據(jù)論證可遺傳變異來自基因重組、基因突變和染色體變異。依次分析本單元概念與其他模塊概念之間的關(guān)系（圖1），本節(jié)內(nèi)容從染色體變化角度認識生物變異原因，可與基因突變和基因重組形成直觀完整的知識體系，有助于學生理解遺傳、變異等概念，為后續(xù)學習生物多樣性、生物進化等奠定基礎(chǔ)。內(nèi)容包括染色體結(jié)構(gòu)變異和染色體數(shù)目變異，理解染色體組、二倍體、多倍體等重要概念才能正確闡述從染色體數(shù)目變異原理中衍生出的多倍體育種和單倍體育種。設(shè)計時可以以“人工草莓培育”為情境主線貫穿始終，依托情境設(shè)計問題串突破染色體組、多倍體、單倍體等難點，在任務驅(qū)動學習中逐層構(gòu)建概念。

二、教學目標

1.通過觀察普通草莓與東港草莓的染色體組成，說出染色體變異類型。

2.觀察各種草莓染色體示意圖中染色體數(shù)目與形態(tài)特征，構(gòu)建染色體組、多倍體、單倍體等概念。

3.運用多倍體育種原理設(shè)計三倍體無籽草莓的培育方案。

4.結(jié)合本節(jié)內(nèi)容運用單倍體育種與多倍體育種技術(shù)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出建議。

三、教學過程

（一）創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)質(zhì)疑

【情境1】制作草莓冰沙，呈現(xiàn)東港草莓、普通草莓對比圖，教師提出問題：選擇哪種草莓制作冰沙？學生對比提出選更大更飽滿的東港草莓。

【資料1】東港草莓個頭大，多汁味好，營養(yǎng)豐富。? 提出問題：東港草莓為何比普通草莓更大、更飽滿？學生認為是培育過程不同造成的。

【評價】草莓冰沙制作情境與生活聯(lián)系緊密，可調(diào)動學生的感性體驗和積極性，使學習氛圍更為濃厚，符合學生認知和教學規(guī)律，將生物學知識與實際生活建立有機聯(lián)系，有助于學生深化對知識的認知。

（二）研討分析，觸摸概念

【情境2】不同品種草莓體細胞或配子染色體組成。

【任務1】觀察普通草莓與東港草莓體細胞染色體組成（圖2、3），說出性狀不同的原因。

學生觀察后提出染色體數(shù)目不同導致性狀差異。

展示普通草莓體細胞染色體圖（圖4）、配子染色體圖（圖5）完成任務2。

【任務2】根據(jù)普通草莓體細胞與配子染色體組成回答問題：

①體細胞中兩條1號染色體是什么關(guān)系？

②配子中七條染色體是什么關(guān)系？

③配子中七條染色體有何不同？

學生思考并完成學案內(nèi)容：①體細胞中兩條1號染色體是同源染色體；②配子中七條染色體互為非同源染色體；③配子中七條染色體形態(tài)、結(jié)構(gòu)、大小不同。

學生自主構(gòu)建染色體組概念：一套形態(tài)、結(jié)構(gòu)、大小不同的非同源染色體。

展示普通草莓體細胞染色體組成，學生觀察回答有幾個染色體組。構(gòu)建二倍體概念：由受精卵發(fā)育而來，體細胞含兩個染色體組的個體。

展示東港草莓及無籽草莓體細胞染色體組成，學生回答體細胞中有幾個染色體組，是幾倍體。構(gòu)建多倍體概念：由受精卵發(fā)育而來，體細胞含三個及以上染色體組的個體。

【評價】同源染色體與染色體組概念是染色體變異的認知基礎(chǔ)，此環(huán)節(jié)從普通草莓體細胞與配子染色體分析開始，學生觀察染色體數(shù)量和形態(tài)特征后歸納概括，自主構(gòu)建核心概念，既獲得感性認知，又能對概念理解透徹。

（三）深度剖析，完善概念

【情境3】不同品種草莓的培育過程及原理。

回顧細胞分裂的知識，經(jīng)減數(shù)分裂和受精作用發(fā)育成的個體，體細胞內(nèi)染色體數(shù)目與親代關(guān)系是什么？出示普通草莓發(fā)育流程圖（圖6）。

【任務3】據(jù)圖從細胞分裂角度思考普通草莓（二倍體）經(jīng)人工培育成東港草莓（四倍體）的原因，并用染色體模型（兩對同源染色體）模擬。

學生展示并闡述染色體模型模擬的細胞分裂異常過程。

（1）形成雌雄配子時減數(shù)分裂Ⅰ后期同源染色體未分離（圖7），配子含兩個染色體組，其受精卵含四個染色體組，將發(fā)育成四倍體。

（2）形成雌雄配子時減數(shù)分裂Ⅱ后期染色單體分離后移向同一極（圖8），配子含兩個染色體組，其受精卵含四個染色體組，將發(fā)育成四倍體。

（3）有絲分裂后期染色單體分離后都移向同一極（圖9），子細胞中含四個染色體組，將發(fā)育成四倍體。

教師展示：農(nóng)作物種植時常對萌發(fā)的種子或幼苗用秋水仙素或低溫處理，誘變?yōu)樗谋扼w。

【任務4】閱讀教材第88頁多倍體育種的內(nèi)容，思考秋水仙素與低溫作用的原理。

學生自主閱讀，說出原理是秋水仙素或低溫能抑制紡錘體形成，使染色體不能移向兩極，引起染色體數(shù)目加倍。

教師以實例說明多倍體特點：（1）莖稈粗壯；（2）葉片、果實和種子較大；（3）糖類和蛋白質(zhì)等含量增多。

【任務5】寫出用普通草莓培育無籽草莓的過程，用染色體模型解釋無籽草莓的成因。

學生分組討論再展示交流：二倍體草莓與四倍體草莓雜交可得三倍體無籽草莓。草莓無籽的原因是體細胞有三個染色體組（圖10），減數(shù)分裂Ⅰ發(fā)生聯(lián)會紊亂，產(chǎn)生可育配子概率很低。

【資料2】科學家培育多倍體草莓時發(fā)現(xiàn)部分二倍體草莓配子經(jīng)花藥離體培養(yǎng)直接發(fā)育成個體，這些個體與正常草莓相比長得弱小、高度不育。

【任務6】根據(jù)上述資料回答問題。

（1）這些個體的體細胞含幾個染色體組？稱為幾倍體？

（2）單倍體發(fā)育起點是什么？

（3）單倍體體細胞內(nèi)只含一個染色體組嗎？

學生閱讀資料思考，在學案上作答。

教師開展多倍體或單倍體的概念辨析，不能只看體細胞內(nèi)染色體組數(shù)，還要看發(fā)育起點。

【評價】本環(huán)節(jié)緊扣大概念教學中本課時所對應的多倍體與單倍體形成原因，圍繞普通草莓觀察、分析染色體組知識，結(jié)合細胞分裂知識由易到難構(gòu)建細胞分裂的異常模型解釋四倍體、三倍體形成過程和原因。教師創(chuàng)設(shè)的情境很好地串聯(lián)學生內(nèi)生性知識與生物學事實，學生自主構(gòu)建染色體異常模型是對抽象的生物學知識具象化、結(jié)構(gòu)化的學習過程。

（四）情景再現(xiàn)，遷移概念

【情境4】培育抗蟲害、抗鹽堿特征的草莓。

【任務7】草莓有抗蟲害（A）與抗鹽堿（b）兩種性狀，控制兩對性狀的基因位于兩對同源染色體上?，F(xiàn)有基因型為AaBb的草莓植株，若利用傳統(tǒng)自交育種獲得純種抗蟲害、抗鹽堿（AAbb）的后代周期較長，運用本節(jié)知識設(shè)計能縮短育種周期的方案。

學生分組討論并展示交流：建構(gòu)染色體模型（圖11）闡明理由：用花藥離體培養(yǎng)將該草莓植株產(chǎn)生的配子培育成單倍體，根據(jù)性狀篩選抗蟲害、抗鹽堿個體，用秋水仙素處理使染色體數(shù)目加倍恢復可育，再大規(guī)模種植。

【評價】結(jié)合基因在染色體上及染色體變異的相關(guān)知識，面對真實情境發(fā)散思維，針對情境問題設(shè)計實驗方案，解決實際問題。從情境中來再到情境中去，落實大概念教學中與本課時相關(guān)的次位概念“生物變異在生產(chǎn)生活當中的應用”。

四、教學反思

1.高中生物學大概念教學具有獨特的系統(tǒng)性，基于此設(shè)計的教學方案會對教材原有的結(jié)構(gòu)進行一定的改善，站位更高，本課時所需達成的教學目標是由大概念拆分成重要概念最后細分為每節(jié)課所對應的次位概念。使得課時與課時之間具有連貫性，連成一條完整的知識邏輯主線，不會出現(xiàn)知識點斷層割裂的現(xiàn)象。學生在此教學模式下學習類似于拼拼圖的過程，不只要找到目前所學的這一塊，還需要根據(jù)已學知識模塊將其融合進原有知識體系當中，不斷內(nèi)化整合，形成專屬記憶網(wǎng)。通過自身生物學知識體系的有效構(gòu)建來實現(xiàn)生物學學科核心素養(yǎng)的有效培育，對提升學生的生物學學習效果具有重要價值。

2.對于本節(jié)中染色體變異這一微觀知識點，若沒有貫穿始終的有序情境作為載體，學生所學到的只是一盤散沙。教材中給出許多生物染色體變異例子，但跨度較大，難以整合，本文以“人工草莓培育”為主題情境，包含染色體變異與應用內(nèi)容，學生根據(jù)情境任務分析思考、小組討論和搭建模型，解決貼近生活實際的問題，學會運用科學思維辯證地看待生物學現(xiàn)象。

（作者單位：福建省廈門第二中學）

編輯：趙文靜