高中生物遺傳學(xué)必修模塊中核心概念的檢索

吳小峰

摘 要 以遺傳學(xué)必修模塊為例試圖確定高中生物階段的核心概念，通過梳理這些核心概念的名稱，設(shè)計(jì)調(diào)查問卷，剖析具有典型代表性的高中生物遺傳學(xué)必修模塊核心概念的名稱和內(nèi)涵，并利用概念圖的形式清晰呈現(xiàn)出各級概念名稱之間的關(guān)系。

關(guān)鍵詞 高中生物 遺傳學(xué) 核心概念

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

高中生物基本觀念的形成有賴于學(xué)生對生物學(xué)科中心的、具有遷移價值的核心概念的深刻理解與把握，抓住了核心概念就等于抓住了高中生物的命脈，掌握了核心概念就等于掌握了高中生物學(xué)科知識的精華。高中生物遺傳學(xué)必修模塊的內(nèi)容中，核心概念和原理十分突出、知識之間的邏輯關(guān)系較清晰，便于教師梳理教學(xué)思路和知識結(jié)構(gòu)。

1 檢索依據(jù)

1.1 美國科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)

2011年，美國國家研究理事會（NRC）組織研發(fā)了《K-12年級科學(xué)教育框架：實(shí)踐、跨學(xué)科概念和核心概念》，美國阿契夫公司于2013年發(fā)布了最終的美國《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（簡稱NGSS），該標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容框架主要來源于《K-12年級科學(xué)教育框架：實(shí)踐、跨學(xué)科概念和核心概念》。新《標(biāo)準(zhǔn)》重新定義了科學(xué)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的維度：實(shí)踐、共通概念和核心概念，其中明確提出科學(xué)教育應(yīng)聚焦于少而精的“核心概念”上。以生命科學(xué)中的遺傳學(xué)為例，美國科學(xué)教育課程標(biāo)準(zhǔn)中明確指出一級核心概念為遺傳；二級核心概念為遺傳的特性和變異的特性。就此新《標(biāo)準(zhǔn)》中列出了K-12各階段下學(xué)生應(yīng)掌握的“核心概念”及其細(xì)化內(nèi)容，并規(guī)定了學(xué)段結(jié)束時學(xué)生應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)。

以高中階段為例，美國科學(xué)教育課程標(biāo)準(zhǔn)的遺傳學(xué)中目標(biāo)分為兩個部分：

① 遺傳的特性，到12年級結(jié)束時，所有生物體的遺傳信息以染色體為載體。每條染色體含有一條很長的DNA分子，并且每個基因都是一段特定的DNA片段。形成物種性狀的遺傳信息存在于DNA上。生物的所有細(xì)胞都具有相同的遺傳信息，但基因在細(xì)胞中的使用（表達(dá)）是通過多種方式調(diào)控的。不是所有的DNA分子都能編碼蛋白質(zhì)，一些DNA片段起著調(diào)控或結(jié)構(gòu)功能，還有一些功能目前尚未探究出來。

② 變異的特性，到12年級結(jié)束時，親代傳給子代的信息是由染色體上的DNA編碼的。進(jìn)行有性生殖的生物，在減數(shù)分裂過程中染色體可以交換片段（細(xì)胞分裂），從而創(chuàng)造新的基因組合，產(chǎn)生更多的變異。雖然DNA復(fù)制是嚴(yán)格監(jiān)管和非常準(zhǔn)確的，但可能發(fā)生錯誤，會導(dǎo)致突變，這也是遺傳變異的來源。環(huán)境因素可以引起基因突變，有效突變會被遺傳下去，環(huán)境因素還會影響性狀表達(dá)和性狀在群體當(dāng)中出現(xiàn)的可能性。因此，遺傳因素和環(huán)境因素共同決定性狀的分布和變異。由此發(fā)現(xiàn)，在美國現(xiàn)行的科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中，遺傳學(xué)部分是科學(xué)體系中不可替代的一支，其價值和意義可見一斑。因此，教師對于遺傳學(xué)核心概念的研究也變得非常重要。

1.2 我國高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)

2003年我國《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》頒布，目前新的一輪課程標(biāo)準(zhǔn)正值修訂之際。高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)注重使學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活的背景中學(xué)習(xí)生物學(xué)，倡導(dǎo)學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中深入理解生物學(xué)的核心概念。課程標(biāo)準(zhǔn)提出高中生物課程的具體目標(biāo)應(yīng)該分為三個方面：知識與技能、過程與方法以及情感態(tài)度和價值觀。概念學(xué)習(xí)的要求層次多體現(xiàn)在知識與技能方面，其中會明確指出各個概念學(xué)習(xí)的要求層次。在概念學(xué)習(xí)的過程中，概念的建立過程和抽象概念的研究方法同屬高中生物的主要內(nèi)容，而這一部分的要求層次主要體現(xiàn)在學(xué)習(xí)目標(biāo)中的過程與方法上，它的提出會隨知識與技能方面的目標(biāo)的出現(xiàn)而有所體現(xiàn)。筆者查看了課程標(biāo)準(zhǔn)中在遺傳概念學(xué)習(xí)方面知識與技能的要求層次：“獲得生物學(xué)基本事實(shí)、概念、原理、規(guī)律和模型等方面的基礎(chǔ)知識……”；在學(xué)習(xí)遺傳學(xué)知識時，要求“體驗(yàn)科學(xué)家探索生物生殖、遺傳和進(jìn)化奧秘的過程，學(xué)習(xí)有關(guān)概念、原理、規(guī)律和模型，應(yīng)用有關(guān)知識分析和解決實(shí)踐中的問題”。

我國高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)中在知識與技能方面所提出的各個概念學(xué)習(xí)的要求層次具體有三個水平，各水平的要求以行為動詞命名，每一個水平下又附加了文字說明，用來解釋其含義，詳情可見表1。

2 檢索過程

目前得到較多認(rèn)同的科學(xué)核心概念的選擇標(biāo)準(zhǔn)是：① 具有高度的概括性，能對本學(xué)科的知識起到組織作用，能展現(xiàn)當(dāng)代生物學(xué)的主要觀點(diǎn)和結(jié)構(gòu)；② 能夠解釋大量的現(xiàn)象，對于提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有重要價值；③ 掌握后有助于學(xué)生解決遇到的問題，能夠讓學(xué)生持續(xù)不斷地深入學(xué)習(xí)，并為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。基于這一標(biāo)準(zhǔn)，筆者做了以下兩個方面的研究。

2.1 高中生物教材分析

首先依據(jù)人教版高中生物教材的內(nèi)容安排，其中遺傳學(xué)必修部分在必修二模塊，主要包含6個章節(jié)的內(nèi)容，整出出其各章主要內(nèi)容，見表2。

由表2可以看出人教版高中生物教材中涉及到的遺傳學(xué)概念有很多。筆者按照章節(jié)安排設(shè)計(jì)思路，通過梳理和提煉從教材中歸納出二級主題，其中一級主題包含的核心概念名稱有孟德爾定律、有性生殖、基因的本質(zhì)、基因的表達(dá)、可遺傳的變異和生物育種；二級主題中的概念名稱有性狀、分離定律、自由組合定律、減數(shù)分裂、染色體、聯(lián)會、四分體、受精作用、基因、伴性遺傳、遺傳物質(zhì)、DNA的結(jié)構(gòu)、堿基互補(bǔ)配對原則、DNA的復(fù)制、遺傳信息、轉(zhuǎn)錄、翻譯、中心法則、基因突變、基因重組、染色體變異、染色體組、單倍體（二倍體、多倍體）、人類遺傳病、人類基因組計(jì)劃、雜交育種、誘變育種、基因工程等28個。

2.2 高中一線教師調(diào)查

結(jié)合對教材的分析和梳理結(jié)果，從課程標(biāo)準(zhǔn)中的遺傳學(xué)有關(guān)內(nèi)容出發(fā)，嚴(yán)格按照人教版高中生物教科書定義二級主題中的概念名稱整理形成教師調(diào)查問卷，旨在調(diào)查一線教師眼中二級主題中概念名稱的核心程度如何，并依此確定高中生物遺傳學(xué)必修模塊中的核心概念。

2.2.1 調(diào)查對象

江陰市12所不同性質(zhì)的高中學(xué)校（8所省級四星高中、4所省級三星高中）105名高中生物教師。

2.2.2 調(diào)查問卷

調(diào)查問卷設(shè)計(jì)采取Likert量表的編制方式，樣表見表3。本調(diào)查問卷對二級概念的程度級別予以賦分，由高到低分別為5分、4分、3分、2分和1分。一線教師可根據(jù)自己的理解在相應(yīng)的程度級別上畫勾標(biāo)記，然后統(tǒng)計(jì)各個概念的平均分和標(biāo)準(zhǔn)偏差，并計(jì)算差異系數(shù)，即標(biāo)準(zhǔn)偏差除以平均分，用來反映不同數(shù)據(jù)之間的差異程度，數(shù)值越小，表明數(shù)據(jù)間的差異越小，數(shù)據(jù)越集中。在本調(diào)查中通過平均值和差異系數(shù)知道各個概念在教師心目中的重要程度，進(jìn)而確定核心概念。

本調(diào)查共發(fā)放問卷105份，回收102份，回收率97.1%，其中有效問卷為100份，有效率98.0%。回收的問卷數(shù)據(jù)通過SPSS處理來完成信度檢測，其內(nèi)在的一致性Cronbach's alpha系數(shù)為0.978，說明本量表具有很高的信度。

2.2.3 調(diào)查結(jié)果

調(diào)查并處理后的結(jié)果如表4所示。

檢索結(jié)果表明：在28個被調(diào)查的二級概念中，總體差異較小，其中一級主題包含的核心概念名稱“孟德爾定律”“有性生殖”“基因的本質(zhì)”“基因的表達(dá)”和“可遺傳的變異”這五個方面，它們的平均分不但很高，而且差異系數(shù)也很小，“生物育種”對應(yīng)的二級主題中概念名稱平均分排名靠后，表明這是絕大多數(shù)一線教師的看法，也說明筆者所選擇的核心概念名稱是基本合理的。

3 結(jié)果分析

3.1 理清核心概念的名稱

經(jīng)過上述檢索過程，6個一級概念中有5個都處于教師教學(xué)實(shí)踐中的重要地位，“生物育種”建立在“孟德爾定律”和“可遺傳的變異”上的應(yīng)用層次。綜上分析，本研究確定將“孟德爾定律”“有性生殖”“基因的本質(zhì)”“基因的表達(dá)”和“可遺傳的變異”作為高中生物遺傳學(xué)必修模塊核心概念名稱的檢索結(jié)果。這些核心概念能構(gòu)成高中遺傳學(xué)必修模塊的基本框架，能整合其他概念并對其它概念起到組織作用，能解釋廣闊范圍內(nèi)的事物和現(xiàn)象，能讓學(xué)生在高中三個學(xué)段持續(xù)深入地學(xué)習(xí)，能提高學(xué)生解決問題的能力，為學(xué)生未來的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，滿足前文所提出的選擇核心概念的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 理清核心概念的內(nèi)涵

根據(jù)檢索中的二級概念名稱的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和差異系數(shù)的分布，5個核心概念名稱中體現(xiàn)的內(nèi)涵如下：

（1） 孟德爾定律。本核心概念名稱要回答的基本問題：分離定律的本質(zhì)是什么？自由組合定律的本質(zhì)是什么？分離定律與自由組合定律存在什么樣的關(guān)系？對生產(chǎn)實(shí)踐的應(yīng)用有何指導(dǎo)作用？

（2） 有性生殖。本核心概念名稱要回答的基本問題：什么是減數(shù)分裂？減數(shù)分裂的過程和特點(diǎn)如何？什么是受精作用？受精作用的實(shí)質(zhì)是什么？減數(shù)分裂和受精作用的意義何在？

（3） 基因的本質(zhì)。本核心概念名稱要回答的基本問題：什么是基因？基因與染色體存在什么關(guān)系？DNA分子結(jié)構(gòu)如何？DNA分子如何復(fù)制？如何理解DNA是主要的遺傳物質(zhì)？

（4） 基因的表達(dá)。本核心概念名稱要回答的基本問題：什么是基因的表達(dá)？基因的表達(dá)過程如何？基因、蛋白質(zhì)和性狀的關(guān)系是什么？什么是中心法則？

（5） 可遺傳的變異。本核心概念名稱要回答的基本問題：什么是可遺傳的變異？可遺傳的變異有哪些來源？可遺傳的變異在生產(chǎn)實(shí)踐有哪些應(yīng)用？

3.3 勾勒各級概念的關(guān)系

概念圖是一種知識之間的關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)圖形化表征，也是思維可視化的表征。筆者選擇用概念圖的形式勾勒出上位概念名稱與下位概念名稱之間的關(guān)系，兩者之間的行為動詞界定參照高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)描述（圖1）。