基于發展生物學學科核心素養的逆向教學設計

李小會

摘要：以“減數分裂”復習課教學為例，采用“確定教學目標、設置評價證據、設計教學活動”的逆向教學設計，旨在促進學生深化理解減數分裂概念的同時，發展其生物學學科核心素養。

關鍵詞：減數分裂逆向教學設計核心素養

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

1逆向教學設計的簡介

逆向教學設計的一般步驟是先確定教學目標（學習的預期結果），再設置評價證據（達到預期結果的評價），最后設計學習和教學活動，其核心原則是教學評價先于教學活動，以教學評價驅動課堂教學的高效進行、調控教學活動及教學方法。

該方法的實施過程包括3個階段：

階段1：依據課程標準和學情，確定具體教學目標。教師應明確：學生該掌握、理解什么？能夠做什么？哪些內容值得深入理解？

階段2：設置恰當的評價證據，判斷學生是否達到教學預期結果的要求。教師應了解：學生現有知識和能力水平與目標之間的差距？哪些具體證據能說明學生己達到目標要求？

階段3：根據教學目標和評價證據來設計學習和教學活動。教師應思考：本節教學的核心概念有哪些？如何設計活動、組織課堂教學能促進教學目標的達成？

2逆向教學設計實例

以人教版高中生物《必修2·遺傳與進化》模塊中“減數分裂”一節復習課為例，通過逆向教學設計，發展學生的生物學學科核心素養。

2.1確定教學目標

高三學生已基本掌握了同源染色體、非同源染色體、聯會等概念和減數分裂的過程及結果，但仍浮于表面，特別對同源染色體聯會后分離、非同源染色體自由組合等現象的理解還不夠透徹，知其然不知其所以然，從而無法深刻體會減數分裂在有性生殖中的重要意義，影響遺傳和變異相關內容的深度學習。特制訂以下教學目標：

①以進化與適應觀為指導，通過分析無性生殖和有性生殖的特點，認同有性生殖方式在進化中的優勢。

②闡明減數分裂的過程，分析同源染色體分離的原因、結果及意義。

③嘗試借助模型探究減數分裂過程中非同源染色體的行為，培養利用科學方法解決問題的能力。

④嘗試根據己學知識對生物學現象作出合理解釋。

⑤闡述減數分裂的結果及意義。

2.2設置評價證據

依據具體教學目標，設置恰當可行的過程性評價證據（表1），及時且準確地了解學生的學習動態，幫助教師調整教學策略，以期達到良好的教學效果。

2.3設計教學活動

2.3.1從進化的角度，討論有性生殖的優勢

教師創設情境，提出問題：個體最終會死亡，物種的延續依賴于什么？最初生殖方式是什么？有何特點？

生物最初的生殖活動是無性生殖，教師引導學生說出無性生殖的實例，揭示其特點：后代性狀一般與親代保持一致。學生思考并回答無性生殖的優點及不足：繁殖快、保留母體性狀;無變異或變異少，若環境不適宜，物種可能“全軍覆沒”。

教師介紹：隨著生物體結構與功能的復雜化，出現了另一種生殖方式——有性生殖。闡述有性生殖的概念，繼續追問：有性生殖的結果是什么？這對物種有何意義？在漫長的進化歷程中，你認為哪種生殖方式更占優勢？

教師用圖表示有性生殖多樣的后代，引導學生說出有性生殖的優勢：多樣的后代有利于適應多變的環境，使物種更易在自然選擇中保留下來。教師總結：生物界最普遍的生殖方式便是有性生殖，這是自然選擇的結果，也是生物進化的必然。

設計意圖：減數分裂是有性生殖的基礎，學生深度理解減數分裂這一概念，教師必須先使學生明確有性生殖的特點及優勢，再引導分析造成有性生殖后代多樣的原因，重點討論減數分裂的貢獻。這樣由果及因，從生物生殖方式進化的角度導入，以進化觀統領有性生殖和減數分裂的學習。

2.3.2問題串引導，深化對同源染色體分離的理解

教師提出問題：形成配子時染色體為什么要減半？是隨機減半的嗎？如果是隨機減半會怎樣？為何分開的是同源染色體？

為了引導學生思考，教師追問：同源染色體的相同位置是什么？

學生基于原有認知回答：是相同基因或等位基因，即控制同一性狀的基因。學生思考后頓悟：同源染色體分離進入不同的配子，就保證每個配子中含有控制生物性狀的一整套遺傳信息，從而保證遺傳的穩定性。

設計意圖：問題串的設置不斷深入，觸及減數分裂的本質，促進學生對減數分裂概念的深度理解。

2.3.3借助模型，自主探究，促使非同源染色體自由組合的知識內化

教師提問：移向細胞兩極的兩組染色體，非同源染色體行為如何？如何探究？

教師提供資料：笨蝗性染色數決定性別，雄性為XO，雌性為XX。此外，還有一對大小不等的同源染色體。教師用剪紙模型在黑板上呈現雌雄笨蝗的兩對染色體。提出問題：欲探究非同源染色體的行為，選擇雄性，還是雌性笨蝗作為實驗對象？思路如何？

學生小組討論，給出思考的思路。最初，有不少學生選擇雌性笨蝗。經交流討論，筆者發現學生認為要兩條x染色體才能研究非同源染色體的行為。教師借機引導學生發現問題：選擇雌性，若非同源染色體按一定規律兩兩組合，將會形成兩種染色體組成的配子（情況1）;若非同源染色體自由組合，則會形成四種配子（情況2），但由于兩條x染色體的形態大小相同，顯微鏡下觀察到的只有兩種類型，與情況1所觀察到的結果相同。因此，非同源染色體的行為無論如何，顯微鏡下觀察到的結果相同，故無法探明非同源染色體的行為。

小組繼續討論，說出以雄性笨蝗為實驗材料的探究思路。有小組代表指出：如果非同源染色體是按照一定規律組合，那么只能產生兩種染色體組成的配子;如果x染色體與另一對染色體組合是隨機的，結果就能產生四種染色體組成的配子且比例應接近1：1：1：1，恰好這四種類型的配子中染色體的形態不一，在顯微鏡下可區分開。接著，只需要做實驗觀察配子類型就可確定非同源染色體的行為！

教師指出，在探究問題時學生運用了與遺傳學之父孟德爾同樣的科學方法。學生立馬意識到是假說一演繹法（表2），其一般過程是：合理推測（作出假說）一如果推測得對，那么將出現這樣的結果（演繹推理）一預測的跟事實一致嗎？（實驗觀察）一一致，支持假說;不一致，否定假說（得出結論）。

教師呈現資料：薩頓的師妹Eleanor Carother統計了300多個減數第一次分裂后期的細胞，發現x染色體與那對大小相異的同源染色體的組合接近1：1，從而證明了非同源染色體是自由組合的。學生發現自己的思路與科學家的思路有異曲同工之妙，倍受鼓舞。

教師提出問題：大多數生物的染色體遠不止兩對，非同源染色體自由組合的現象有什么意義？學生討論、交流后，得出：非同源染色體自由組合導致配子中染色體組合的極其多樣，這對于生物多樣性的形成至關重要。

設計意圖：教師利用模型模擬染色體的行為帶給學生對于微觀變化的宏觀感受;設計選材環節，引導學生領悟選擇正確實驗材料是實驗成功的關鍵;以史料為抓手，靈活利用，學生借助模型動手動腦參與課堂，自主探究非同源染色體的行為，促進對自由組合的知識內化;將實驗證據后置，給學生提供進行科學探究的空間與時間，極大地發展了學生的科學思維。

2.3.4史料為據，創造矛盾，揭示交叉互換現象及意義

教師展示摩爾根實驗的圖片：純合灰體殘翅果蠅與純合黑體長翅果蠅雜交，F1全為灰體長翅，F1與黑體殘翅雜交，F2為灰體長翅、灰體殘翅、黑體長翅、黑體殘翅。提出問題：若控制體色和翅形的基因自由組合，F2四種類型果蠅的比例是什么？

學生不難答出應為1：1：1：1。教師提供摩爾根實驗結果是8.5%：41.5%：41.5%：8.5%。學生發現與預測結果不符。教師追問：出現該結果可能原因是什么？學生合理推測：控制兩對性狀的基因不是自由組合的，即不位于非同源染色體上，而是在同源染色體上即連鎖。

教師繼續追問：既然基因連鎖，后代為什么不是兩種類型而是四種？有可能是基因突變導致的嗎？學生陷入沉思，思考后回答：不是基因突變，因為突變的概率低且不定向，之所以能出現高達8.5%的灰體長翅和黑體殘翅果蠅，是因為非姐妹染色單體之間發生了交叉互換！

接著，教師展示顯微鏡下染色體的交叉互換現象并繼續追問：這一現象有什么意義？學生討論后，得出：交叉互換進一步增加了配子的多樣性，從而豐富了遺傳的多樣性！

設計意圖：基于科學史資料，教師在學生原有認知的基礎上創造矛盾，引導學生對生物學現象作出合理推測，進一步提升科學思維。

2.3.5總結提升

學生基于本節課的學習，嘗試說出減數分裂的結果和意義：減數分裂結果是產生豐富多樣染色體數目減半的配子;減數分裂不僅保證了生物世代間的染色體數目恒定和遺傳性狀的相對穩定，還為生物的變異提供了重要的物質基礎，有利于生物對環境的適應和進化。

設計意圖：學生總結性的回答反饋了課堂教學的效果，提升了對減數分裂概念的認知高度，且鍛煉其語言表達能力。

3啟示

教學評價先于教學活動的逆向教學設計更關注課堂中學生的學習動態及成效，符合新課程改革倡導的課堂教學應以學生為主、教師為輔的教育理念。復習課中，教師往往更關注學生掌握知識的量，而忽略質，對學生靈活運用知識分析和解決問題能力的培養稍顯不足。本節課的逆向教學設計意在避免學生機械地記憶知識，在培養學生的科學探究能力、發展科學思維的同時，促進了學生對減數分裂概念的深度學習。