指向核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)
——以“染色體畸變”為例

趙正瑜 （浙江省紹興市第一中學(xué) 浙江紹興 312000）

1 教材分析

“染色體畸變”選自浙科版生物學(xué)《必修2·遺傳與進(jìn)化》模塊第四章第一節(jié)，內(nèi)容包括染色體結(jié)構(gòu)變異和染色體數(shù)目變異。本節(jié)內(nèi)容既是細(xì)胞分裂、染色體結(jié)構(gòu)等知識(shí)的延續(xù)，也是生物育種、人類染色體遺傳病等知識(shí)的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。染色體結(jié)構(gòu)變異較為抽象，學(xué)生對(duì)其發(fā)生的原因、過(guò)程往往有疑惑，需要教師將變異過(guò)程直觀化。染色體數(shù)目變異中涉及諸多概念，考慮到染色體組作為上位概念，是建立二倍體、多倍體等概念的基石，因此在教學(xué)中突破染色體組概念是重中之重。而單倍體、二倍體和多倍體的概念既相互聯(lián)系，又存在差異，極易混淆，需要教師幫助學(xué)生合理辨析。

本節(jié)課的教學(xué)既涉及概念辨析、圖表識(shí)別等技能，又有小組合作、模型建構(gòu)等活動(dòng)，蘊(yùn)含著豐富的核心素養(yǎng)教學(xué)素材，是培育學(xué)生核心素養(yǎng)的良好載體。

2 學(xué)情分析

本節(jié)授課對(duì)象是紹興市第一中學(xué)高一年級(jí)的學(xué)生。① 在知識(shí)準(zhǔn)備上，通過(guò)先前對(duì)減數(shù)分裂、果蠅體細(xì)胞的染色體組成等知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生有能力判斷果蠅精子細(xì)胞中的染色體組成；但由于某些前概念的存在，部分學(xué)生會(huì)誤將同源染色體劃分為一個(gè)染色體組，需要教師采用合適的方式促使學(xué)生正確認(rèn)識(shí)染色體組的來(lái)源和組成。② 在認(rèn)知準(zhǔn)備上，染色體畸變是一種微觀變化，高一的學(xué)生處于形式運(yùn)算階段，對(duì)于掌握遺傳學(xué)上的抽象概念仍有一定困難，教師可以采用直觀教具演示的方式予以突破。③ 在心理準(zhǔn)備上，這些學(xué)生思維敏捷、邏輯清晰、喜歡接受挑戰(zhàn)，教師可采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)、設(shè)置問(wèn)題串的方式調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)興趣。

綜上所述，學(xué)生在知識(shí)、認(rèn)知、心理方面已經(jīng)做好了學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，并接受核心素養(yǎng)培育的準(zhǔn)備。

3 教學(xué)目標(biāo)

（1）說(shuō)明染色體變異會(huì)導(dǎo)致生物性狀的改變；概述染色體組的概念；區(qū)別單倍體、二倍體、多倍體的概念。

（2）運(yùn)用建模的方式猜想染色體結(jié)構(gòu)變異的類型。

（3）關(guān)注人類遺傳病，拒絕歧視和嘲笑遺傳病患者。

4 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：染色體組的概念。

教學(xué)難點(diǎn)：①染色體結(jié)構(gòu)變異發(fā)生的原因、過(guò)程；②單倍體、二倍體、多倍體概念的區(qū)別。

5 教學(xué)過(guò)程

5.1 創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

教師播放視頻《咖啡館里的“天使”——唐氏寶寶》，并請(qǐng)學(xué)生談?wù)動(dòng)^后感。教師順勢(shì)引導(dǎo)：作為高中生，除了可以做到不歧視、不嘲笑遺傳病患者外，還可以從遺傳學(xué)的角度探討發(fā)病的根本原因，為預(yù)防這類遺傳病獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。然后，教師通過(guò)課件展示正常女性、唐氏女性患者、貓叫綜合征女性患者的染色體組型圖，讓學(xué)生尋找病因。

設(shè)計(jì)意圖：染色體畸變與社會(huì)熱點(diǎn)、醫(yī)療保健聯(lián)系密切，教師在導(dǎo)入的設(shè)計(jì)上可以從日常生活出發(fā)創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注人類遺傳病，學(xué)會(huì)接納并關(guān)愛(ài)遺傳病患者。教師由此將原本隱藏在知識(shí)背后的核心素養(yǎng)外顯化，啟發(fā)學(xué)生于現(xiàn)實(shí)情境中去思考和表達(dá)。

5.2 模型初現(xiàn)，辯析疑點(diǎn)

5.2.1 染色體結(jié)構(gòu)變異的原因和類型

教師出示染色體結(jié)構(gòu)變異的定義，明確染色體、斷裂、錯(cuò)誤連接等關(guān)鍵詞，并布置任務(wù)1：以小組為單位，利用磁力棒模擬染色體臂，鋼珠模擬著絲粒，先拼接兩對(duì)同源染色體，然后以建模的方式猜想染色體結(jié)構(gòu)變異的可能類型，并派代表展示模型。學(xué)生將制作完成的染色體吸在鐵制材料盒的盒蓋內(nèi)面，并利用工業(yè)磁鐵將盒蓋吸在黑板上。教師要求學(xué)生歸納染色體結(jié)構(gòu)變異的類型和結(jié)果（圖1）。

圖1 學(xué)生制作的模型（從左到右分別是：缺失、重復(fù)、倒位、易位）

在小組活動(dòng)中，針對(duì)學(xué)生可能的行為，建議教師采取以表1所示的措施。

表1 任務(wù)1中學(xué)生可能的行為與教師的指導(dǎo)措施

設(shè)計(jì)意圖：新課改背景下的概念教學(xué)要求學(xué)生既要理解概念的內(nèi)涵和外延，又要掌握概念的產(chǎn)生和發(fā)展，因此采用建模的方式能幫助學(xué)生理解染色體結(jié)構(gòu)變異發(fā)生的原因、過(guò)程，有效達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。由于學(xué)生易混淆染色體結(jié)構(gòu)變異的各種類型，模型制作活動(dòng)有利于學(xué)生更好地辯析各種概念與疑點(diǎn)。此外，小組合作和交流展示環(huán)節(jié)也提升了學(xué)生的問(wèn)題解決能力和辯證思維能力，鍛煉了學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，在教學(xué)中滲透了理性思維和科學(xué)探究這些核心素養(yǎng)。

5.2.2 染色體結(jié)構(gòu)變異的實(shí)例

教師展示果蠅體細(xì)胞的染色體模型（圖2A），利用模型直觀說(shuō)明X染色體部分片段重復(fù)導(dǎo)致果蠅的眼型由圓眼變成棒眼（圖2B）。

圖2 果蠅的染色體組成模型

設(shè)計(jì)意圖：果蠅是良好的遺傳學(xué)材料，除了可以利用它研究染色體結(jié)構(gòu)變異外，還可以利用它研究染色體數(shù)目變異。建立這種模型可以為后續(xù)學(xué)習(xí)染色體組的概念做好鋪墊。

5.3 模型再現(xiàn)，突出重點(diǎn)

教師繼續(xù)以果蠅體細(xì)胞染色體模型為例，布置任務(wù)2：以小組為單位，擺出雄果蠅精子的染色體組成。針對(duì)學(xué)生可能的行為，建議教師采取表2中的措施。

教師選擇一個(gè)小組將結(jié)果展示在黑板上，提問(wèn)：大家擺的模型和這組同學(xué)擺的模型一樣嗎？染色體的模型擺放要遵循什么原則？學(xué)生通過(guò)觀察比較，分析原因得出結(jié)論，進(jìn)而表達(dá)自己的觀點(diǎn)——精子中的染色體是一組非同源染色體，由此概括出染色體組的第一個(gè)特點(diǎn)。

表2 任務(wù)2中學(xué)生可能的行為和教師的指導(dǎo)措施

教師直接出示染色體組的第二個(gè)特點(diǎn)，即一個(gè)染色體組包含該生物生長(zhǎng)、發(fā)育、遺傳和變異所需的全套遺傳信息，引發(fā)學(xué)生質(zhì)疑：只有一個(gè)染色體組，卻有全套基因，自然界中是否有這樣的生物存在？教師借助學(xué)生產(chǎn)生心理困惑的契機(jī)，激發(fā)其強(qiáng)烈的好奇心和求知欲。

教師展示一些生物的染色體數(shù)和染色體組數(shù)表（表3），請(qǐng)學(xué)生尋找問(wèn)題的答案，通過(guò)分析、比較的手段，最終以雄蜂為例，印證染色體組的第二個(gè)特點(diǎn)。

表3 一些生物的染色體數(shù)與染色體組數(shù)

設(shè)計(jì)意圖：促使學(xué)生利用科學(xué)思維展開(kāi)研究，運(yùn)用原有的認(rèn)知、經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)進(jìn)行知識(shí)的正向遷移，提高在新背景下的問(wèn)題解決能力。將學(xué)習(xí)活動(dòng)與教學(xué)目標(biāo)對(duì)接，順利突破難點(diǎn)，并在教學(xué)中滲透理性思維這一核心素養(yǎng)。

教師請(qǐng)學(xué)生根據(jù)所學(xué)內(nèi)容，概括染色體組的概念，過(guò)渡：以講故事的方式介紹蜂王、工蜂、雄蜂的發(fā)育過(guò)程，指出雄蜂是一種單倍體生物，順利進(jìn)入單倍體、二倍體、多倍體的學(xué)習(xí)。

5.4 模型三現(xiàn)，突破難點(diǎn)

教師展示單倍體、二倍體、多倍體的概念，學(xué)生閱讀概念，并據(jù)表3展開(kāi)討論：

①表中的單倍體、二倍體、多倍體生物有哪些？

②表中豌豆、煙草、小麥的單倍體含有幾個(gè)染色體組？

③單倍體是否都只有一個(gè)染色體組？④同一種生物的染色體數(shù)目能發(fā)生怎樣的變化？

設(shè)計(jì)意圖：教師以表格為材料，通過(guò)層層遞進(jìn)的問(wèn)題設(shè)計(jì)，充分挖掘表格中蘊(yùn)藏的信息，幫助學(xué)生逐步理解單倍體、二倍體、多倍體、整倍體變異和非整倍體變異的概念。

教師展示含三個(gè)染色體組的模型（圖3），布置任務(wù)3，以小組為單位討論：

①模型中有幾個(gè)染色體組？

②模型中的一個(gè)染色體組是怎樣的？請(qǐng)你擺出來(lái)。

③如果模型代表某種生物的體細(xì)胞，那么該生物是幾倍體？

④單倍體、二倍體和多倍體的判斷方法是什么？

針對(duì)學(xué)生可能的行為，建議教師采取表4所示的措施。

圖3 三個(gè)染色體組的模型

表4 任務(wù)3中學(xué)生可能的行為和教師的指導(dǎo)措施

設(shè)計(jì)意圖：任務(wù)3中不同梯度的問(wèn)題設(shè)計(jì)指向不同學(xué)生核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)差異。有些學(xué)生對(duì)于生物概念中滲透生命觀念比較容易理解，而動(dòng)手能力方面存在斷層；有些學(xué)生模型建構(gòu)能力比較強(qiáng)，但是團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)不足……在課堂上教師要?jiǎng)?chuàng)造條件，讓每個(gè)學(xué)生都能在原有核心素養(yǎng)基礎(chǔ)上有所成長(zhǎng)，并且有機(jī)會(huì)能相互分享，促進(jìn)各自核心素養(yǎng)的發(fā)展。

生物學(xué)核心素養(yǎng)是公民的基本素養(yǎng)之一，在高中生物教學(xué)中教師有必要培育學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。本節(jié)課的課堂活動(dòng)以一定的目標(biāo)為導(dǎo)向，不論情境導(dǎo)入、重點(diǎn)強(qiáng)化、難點(diǎn)突破環(huán)節(jié)，始終在教學(xué)目標(biāo)的指引下，發(fā)揮學(xué)生的主體性，貫穿核心素養(yǎng)的滲透。