初中生物學“遺傳與變異”重要概念的教學分析

編者按：

概念是中小學理科各學科新課程內容的重要組成部分，學生概念的形成與理解將直接影響后續(xù)學習的效果。在新課程背景下如何開展概念的教與學，如何發(fā)揮概念在學生認知發(fā)展、觀念建構方面的教學價值，如何通過概念學習培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，如何在概念學習中提升學生的科學素養(yǎng)，等等，已經(jīng)成為中小學理科教師必須研究解決的基本理論問題和實踐問題。

北京教育學院“科學教育重點學科建設”工作以“理科各學科知識結構與教學實踐研究”為學科建設方向，重點研究了理科各學科的概念體系及其教學實踐，本期《課程與教學》欄目選取他們的部分研究成果，供廣大教師借鑒和學習。

遺傳與變異是生物體的最本質特征，也是生物進化的基礎。[1]因此，對于遺傳與變異的學習，在理解生命現(xiàn)象、提高生物科學素養(yǎng)方面起到了基礎性的作用。在小學階段，學生通過辨認常見生物、培養(yǎng)植物、飼養(yǎng)動物、討論克隆技術等活動，已經(jīng)對生物多樣性、生殖與發(fā)育等生物學問題有了直觀的了解，進而對遺傳與變異的概念也有了感性的認識。在此基礎之上，初中生物學新課標主要以遺傳信息的物質基礎與傳遞表達方式為切入點，要求教師在教授遺傳與變異相關知識時，促使學生建立如下三個重要概念：

第一，生物能以不同的方式將遺傳信息傳遞給后代。一些進行無性生殖，后代的遺傳信息來自同一親本；一些進行有性生殖，后代的遺傳信息可來自不同的親本。

第二，DNA是主要的遺傳物質。基因是包含遺傳信息的DNA片段，它們位于細胞的染色體上。

第三，遺傳性狀是由基因控制的，基因的遺傳信息是可以改變的。

筆者認為，這三個要求，涵蓋了經(jīng)典遺傳與分子遺傳的主要內容，有利于學生建構遺傳與變異的概念體系，從而為高中以至更長遠的學習活動打下堅實的基礎。教師應該善于運用各種方法落實上述要求，促進重要概念的內化，提高教學的有效性。

同時，我們應該看到，課標對于遺傳與變異重要概念的要求，大體上是按照“從高到低”的順序排列的：首先談到的是遺傳信息的傳遞與表達方式，然后是遺傳信息的物質基礎，最后是遺傳信息的基本定義。為了便于理解，我們將按照相反的順序對課標要求進行逐一的解讀，找出其內部聯(lián)系，為更好地落實重要概念教學提出可行性的建議。

一、關于“基因”的定義

新課標中明確要求教師幫助學生建立“遺傳性狀是由基因控制的”“基因是包含遺傳信息的DNA片段”等重要概念，這就要求教師明確“基因”的定義。但是，迄今為止，“基因”的準確定義尚存在爭議。特別是隨著分子生物學的發(fā)展，人們又發(fā)現(xiàn)了移動基因、斷裂基因、假基因、重復基因、重疊基因及一系列的調控序列，使基因的定義更加復雜化。無論是課標還是教材，初中教學當中已經(jīng)出現(xiàn)了“基因”一詞，這對教學而言是一種挑戰(zhàn)。很顯然，對于沒有接觸染色體精細結構、尚未學習中心法則的初中學生而言，還不能準確地從物質基礎這個層面了解基因的性質與功能，從而不能理解遺傳與變異的特征與目的。

筆者建議，對于遺傳信息的物質基礎，在初中階段應予以淡化。顯然，上述關于基因的復雜的定義，屬于生物學事實的范疇。初中階段的重點應該是從概念層面解釋“基因”的本質。其實，從分離與自由組合定律（孟德爾）到連鎖與交換定律（摩爾根），人們已經(jīng)明確了兩個問題：其一，生物體內存在著控制各個性狀的、按照一定規(guī)律進行相互作用的遺傳因子；其二，這些遺傳因子在體內呈有規(guī)律的線性排列。雖然一直到摩爾根創(chuàng)立遺傳染色體學說時，人們仍然不能從分子水平上揭示基因的結構與功能，但是對于上述兩個問題的認識，足以從邏輯層面給出“基因”的定義：存在于細胞特定位置上的、按照某種數(shù)學規(guī)律進行相互作用從而控制性狀的“基本因子”。這個關于“基因”的定義，可以作為一般概念呈現(xiàn)給初中學生；進而通過基因與性狀關系的例子，就能夠總結出“遺傳性狀是由基因控制的”這一重要概念。對于初中生物學教學來說，這是最重要的。因為，這種概念化的、抽象的知識，能夠鍛煉學生透過現(xiàn)象探究事物本質的思維能力，有利于學生抽象思維的發(fā)展，從而有利于學生創(chuàng)新能力的提高。

我們不難發(fā)現(xiàn)，上述關于“基因”的定義，對于科學教育也是有重要意義的。很大程度上是因為它描述了所有科學門類的共同特征：基本因素的界定、分類和相互作用分析。如經(jīng)典物理中的“質點”、化學中的“分子”、普通生物學中的“細胞”等等，都是各個學科中的“基本因素”。只有準確定義了“基本因素”，才能在此基礎之上進行演繹、歸納，使本學科具有了數(shù)理傳統(tǒng)。反之，若未準確定義“基本因素”，則難于進行邏輯層面的分析，整個學科偏向于博物學傳統(tǒng)。兩種傳統(tǒng)不僅影響了各個學科的特質，還影響了學生對于不同學科學習與復習的策略。從初中到高中，“遺傳與變異”內容有了“基因”的定義，使得本段教學內容更加凸顯理科特征，這是教師在教學中要注意的。

二、關于遺傳信息的傳遞與表達

從新課標的要求來看，遺傳信息的傳遞與表達是“遺傳與變異”教學的重點，從分子基礎（遺傳信息的調控與改變）到細胞行為（無性生殖和有性生殖）都作了要求，這就要求教師在備課時關注以下三個方面的問題。

1.遺傳信息流動

遺傳現(xiàn)象大體上可以分為細胞核遺傳和細胞質遺傳，且目前可認為前者是“主流”，而后者是“支流”。顯然，“支流”不會是中學教學的重點。但是，應該在講解基因的細胞定位和遺傳信息的流動時，適當提及細胞質遺傳的概念以及對生物體性狀的影響，使學生能夠全面地了解遺傳信息流動的過程，知道除細胞核外，細胞質對性狀也有一定的控制作用，從而在概念層面理解細胞質功能的復雜性。另一方面，“主流”和“支流”的共性，是遺傳信息的傳遞和表達，在本質上，都體現(xiàn)了“生物能以不同的方式將遺傳信息傳遞給后代”這一重要概念。教師可以先列舉常見的遺傳現(xiàn)象（即生物學事實），如“種瓜得瓜，種豆得豆”等，幫助學生建構重要概念，以便于學生順利地遷移應用和學習。

2.人類性別基因

在初學遺傳與變異時，初中學生往往不能準確把握基因與性狀的關系，不能準確把握基因、DNA與染色體的位置關系，從而認識不到人類的性別決定機制。學生能夠通過各種渠道了解人類X和Y染色體，進而簡單地認為性別不同的根本原因是X和Y染色體的形態(tài)不同。對于這個問題，除要適當?shù)亟榻B遺傳信息的物質基礎外，還應該為學生建立這樣一個認識：人類的性別，其實就是一種特殊的“相對性狀”。例如，在人教版教材中就提到“近年來，科學家發(fā)現(xiàn)Y染色體上還有3個基因，決定精子的產生和成熟。最近，科學家又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了X染色體上與女性性別有關的基因”。在此處，教師就應該提示學生：基因與性狀的關系，同樣可以用來解釋人類的性別決定。只不過性別決定的過程是多個基因控制著多個性狀，從而塑造了不同性別。如果課時允許，教師還可以就此介紹一些由于染色體變異而導致的性別異常的現(xiàn)象，讓學生認識到，從某種意義上講，性別并不是嚴格區(qū)分為“雌”“雄”兩種形式，而是存在“過渡”狀態(tài)的。這對學生從系統(tǒng)的角度認識生物的復雜性，進而認識生物本質是有很大幫助的。

“人類性別基因”一節(jié)是初中生物學教學的重點和難點。而從內容上看，本節(jié)內容是課標所述三個重要概念的應用，即從人類性別決定的角度闡明了遺傳的本質。因此，教師必須在講授本節(jié)課之前，就完成三個重要概念的建構，從而指導學生把握遺傳本質，進行下位學習。

三、關于“變異”的概念教學

“變異”作為初中生物學教學的難點，有兩個問題是要深入思考的。

1.可遺傳變異和不可遺傳變異

初中課標要求學生知道變異主要分為兩類：可遺傳的變異和不可遺傳的變異。可遺傳的變異是由遺傳物質的變化引起的變異；不可遺傳的變異是由環(huán)境引起的，遺傳物質沒有發(fā)生變化。顯然，某一變異是否可遺傳，關鍵是看遺傳物質是否發(fā)生變化，而不是影響生物體的因素。由于學生初次學習基因與環(huán)境的關系，故需要用恰當?shù)膶嵗齺韼椭鷮W生建構可遺傳變異和不可遺傳變異的概念。如同樣是“無籽”農作物，“無籽西瓜”的“無籽”性狀就是可遺傳的，而“無籽番茄”的“無籽”性狀是不可遺傳的。通過這樣的實例，學生就會認識到，一種變異是否可遺傳，取決于遺傳物質是否發(fā)生了改變，從而緊扣重要概念的教學。

2.可遺傳變異的來源

可遺傳變異的來源主要有3個：基因重組、基因突變和染色體變異。要認識可遺傳變異的來源，必須對遺傳信息的細胞定位及流動方式有比較清晰的認識，故對于初中學生而言，是一個難于理解的知識點，教師可用一系列實例加以說明。例如，農牧業(yè)中傳統(tǒng)的育種技術，實質上就是基因（染色體）重組；無籽西瓜、八倍體小麥屬于染色體變異（數(shù)目的變異）；而鐮刀型貧血癥（在各版初中生物學教材中均有介紹）則屬于基因突變。通過一系列的實例介紹，學生能夠形成這樣一個概念：突變的來源是多方面的，基因與性狀之間的關系是復雜的。這與前面關于“表遺傳學”的概念不謀而合，說明基因本身及其轉錄、表達調控，共同影響了性狀的產生。通過展示這些生物學事實，學生就更加清楚“DNA是主要的遺傳物質”“基因是包含遺傳信息的DNA片段，它們位于細胞的染色體上”以及“遺傳性狀是由基因控制的，基因的遺傳信息是可以改變的”等重要概念，從而更加深入地理解遺傳與變異對于生物進化的重要意義。

重要概念是基于學科事實的、對學生總體把握知識體系、進行后續(xù)學習的思維框架，對于學生理解學科本質、提高學科素養(yǎng)具有重要作用。[2]新課標明確指出：“生物科學素養(yǎng)是指參加社會生活、經(jīng)濟活動、生產實踐和個人決策所需的生物科學概念和科學探究能力，包括理解科學、技術與社會的相互關系，理解科學的本質以及形成科學的態(tài)度和價值觀。”可見，所謂生物學的“重要概念”，就是基于生物學科具體知識的、代表本學科基本觀念與思想的知識。只有從重要概念的高度審視生物學科教學，才能清楚什么是對學生終身發(fā)展和終身學習有用的知識，才不會使自己的教學拘泥于一個個具體的生物學科事實中，才能擺脫死記硬背的學習方式，進而對生物學科本質問題進行思考，凸顯生物學科的理科特質。

參考文獻

[1]吳慶余.基礎生命科學(第2版)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]胡玉華.對生物學核心概念及其內涵的研究[J].生物學通報，2011（46）：33-36.

（作者單位：北京教育學院教師教育數(shù)理學院）

（責任編輯：林靜）