張煜航

在新課程改革背景下，《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出生物學(xué)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(xué)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(xué)法是突出學(xué)生在教學(xué)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(xué)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(xué)必修2“遺傳與進化”第5章第2節(jié)“染色體變異”教學(xué)設(shè)計為例，分析如何基于大概念開展情境化教學(xué)，促進學(xué)生對染色體變異概念的理解。

一、教學(xué)內(nèi)容分析

課標(biāo)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(dǎo)致生物性狀的改變甚至死亡；“學(xué)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(rèn)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(xué)生理解遺傳、變異等概念，為后續(xù)學(xué)習(xí)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(wù)驅(qū)動學(xué)習(xí)中逐層構(gòu)建概念。

二、教學(xué)目標(biāo)

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(xué)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(xué)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(xué)生認(rèn)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(xué)生的感性體驗和積極性，使學(xué)習(xí)氛圍更為濃厚，符合學(xué)生認(rèn)知和教學(xué)規(guī)律，將生物學(xué)知識與實際生活建立有機聯(lián)系，有助于學(xué)生深化對知識的認(rèn)知。

（二）研討分析，觸摸概念

【情境2】不同品種草莓體細(xì)胞或配子染色體組成。

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

學(xué)生觀察后提出染色體數(shù)目不同導(dǎo)致性狀差異。

展示普通草莓體細(xì)胞染色體圖（圖4）、配子染色體圖（圖5）完成任務(wù)2。

【任務(wù)2】根據(jù)普通草莓體細(xì)胞與配子染色體組成回答問題：

①體細(xì)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(xué)生思考并完成學(xué)案內(nèi)容：①體細(xì)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(xué)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(xì)胞染色體組成，學(xué)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(xì)胞含兩個染色體組的個體。

展示東港草莓及無籽草莓體細(xì)胞染色體組成，學(xué)生回答體細(xì)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(xì)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(rèn)知基礎(chǔ)，此環(huán)節(jié)從普通草莓體細(xì)胞與配子染色體分析開始，學(xué)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(rèn)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(xì)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(xì)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(wù)3】據(jù)圖從細(xì)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(xué)生展示并闡述染色體模型模擬的細(xì)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(xì)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(wù)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(xué)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(wù)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(xué)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(xì)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(xué)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(wù)6】根據(jù)上述資料回答問題。

（1）這些個體的體細(xì)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(xì)胞內(nèi)只含一個染色體組嗎？

學(xué)生閱讀資料思考，在學(xué)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(xì)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(xué)中本課時所對應(yīng)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(xì)胞分裂知識由易到難構(gòu)建細(xì)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(xué)生內(nèi)生性知識與生物學(xué)事實，學(xué)生自主構(gòu)建染色體異常模型是對抽象的生物學(xué)知識具象化、結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)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(wù)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(xué)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(fù)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(xué)中與本課時相關(guān)的次位概念“生物變異在生產(chǎn)生活當(dāng)中的應(yīng)用”。

四、教學(xué)反思

1.高中生物學(xué)大概念教學(xué)具有獨特的系統(tǒng)性，基于此設(shè)計的教學(xué)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(xué)目標(biāo)是由大概念拆分成重要概念最后細(xì)分為每節(jié)課所對應(yīng)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(xué)生在此教學(xué)模式下學(xué)習(xí)類似于拼拼圖的過程，不只要找到目前所學(xué)的這一塊，還需要根據(jù)已學(xué)知識模塊將其融合進原有知識體系當(dāng)中，不斷內(nèi)化整合，形成專屬記憶網(wǎng)。通過自身生物學(xué)知識體系的有效構(gòu)建來實現(xiàn)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的有效培育，對提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)習(xí)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(xué)生所學(xué)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(yīng)用內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)情境任務(wù)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(xué)會運用科學(xué)思維辯證地看待生物學(xué)現(xiàn)象。

（作者單位：福建省廈門第二中學(xué)）

編輯：趙文靜