基于APOS理論的高中生物學概念教學

王婷婷

摘要：生物學教學一直聚焦在概念教學上，APOS理論符合學生的認知特點，能幫助教師解決學生在概念形成過程中存在的問題。本文基于APOS理論，對“減數(shù)分裂”的概念進行了教學設計，并借助全新育人方式，幫助學生主動構建生物學概念，提升科學思維能力。

關鍵詞：AOPS理論;概念教學;減數(shù)分裂

生物學概念是高中生物學內容的基點，對生物學科的理解、學科觀念的形成有著關鍵性作用。教育部2020年修訂頒布的《普通高中生物學課程標準（2017年版）》將核心素養(yǎng)落實在整個育人階段，注重學生主動參與課堂活動的過程，提倡學生自主建構知識，使其通過實踐以及知識學習，能夠充分理解相關概念知識。“減數(shù)分裂”的概念教學屬于人教2017課標版《生物學·必修2》第2章第1節(jié)的內容，本節(jié)的教學重點是構建減數(shù)分裂的概念、理解同源染色體、聯(lián)會等相關概念，教學難點在于如何讓學生深入理解相關概念，并將所學知識應用于問題解決。為了進一步提高教學效果，更好的幫助學生構建生物學概念，本文結合生物的學科特點，在APOS理論基礎上，對生物學概念“減數(shù)分裂”進行了教學設計。

APOS理論是美國教育學家杜賓斯基及其團隊在建構主義理論上探索出來的，主要應用于數(shù)學概念教學，該理論強調學生在原有的認知和特定的情境中，通過思考主動構建知識結構的過程，側重學生整體學習體驗以及多元化發(fā)展。該理論模型有四個階段，也就是實踐、過程、對象、圖式等幾個不同階段，符合學生認知的規(guī)律和新課程的要求。

一、活動階段

活動階段主要是對學生概念形成的基礎進行設計，是通過相應的活動完成學生對概念的基本認識。在教學過程中，教師根據(jù)學生的認知規(guī)律設計活動，學生通過參與活動，豐富對核心概念的感性認知。

創(chuàng)設問題情境：展示動物胚胎形成過程圖，引導學生從細胞角度說明進行有性生殖的生物是由一個細胞發(fā)育而來的。

問題引導1：①一個細胞要發(fā)育成一個個體需要經過什么樣的過程？②受精卵由哪兩個細胞形成？③展示人的染色體組成圖：人的體細胞有23對46條染色體，如果精子和卵細胞的形成與體細胞的增殖一樣，也是通過有絲分裂形成，結果會怎樣？

設計意圖：由問題①引出細胞分裂和細胞分化，引導學生回顧有絲分裂過程及意義，為學習減數(shù)分裂打下基礎。由問題②引出受精整個階段，學生在問題③情境下，結合有絲分裂思考配子的形成過程中，分析染色體數(shù)量的變化，進一步提出自己的猜想，使學生產生認識沖突，意識到有性生殖細胞的形成并不是通過有絲分裂產生，這樣能夠最大化教學效果，提升學生自主學習意識，使其主動加入新課的學習。

展示相關圖片，學生觀察圖片并分析配子的染色體與體細胞染色體的差別，引導學生認識同源染色體，非同源染色體的概念。

設計意圖：通過問題探討，讓學生對減數(shù)分裂有初步的認識。引導學生分析得出配子中除染色體數(shù)目減半外，染色體形態(tài)大小也不一樣，引入同源染色體，非同源染色體的概念，使學生準確形成和辨析染色體的相關概念，為接下來學習減數(shù)分裂過程中染色體的變化提供支持。

二、過程階段

過程階段是概念的分析階段，學生對活動階段所獲取的信息進行分析、歸納和概括。在這一階段，教師以引導學生思維活動為主，并歸納概括出染色體的分配規(guī)律，最終形成屬于學生自己的概念模型。

資料1：1883年，比利時細胞學家貝內登在研究馬蛔蟲的細胞分裂時發(fā)現(xiàn)，馬蛔蟲受精卵中有4條染色體，而卵細胞與精子中則為2條染色體。

思考討論1：細胞如何實現(xiàn)染色體數(shù)目減半呢？

模型建構1：以含有兩對同源染色體的細胞為例，嘗試構建染色體數(shù)目變化模型圖。

思考討論2：同源染色體能否出現(xiàn)在同一個配子中？

設計意圖：抓住染色體數(shù)目減半的特點，引導學生大膽設想積極構建染色體變化模型，并對模型進行修正，得出減數(shù)分裂過程中存在同源染色體分離現(xiàn)象，提升學生的科學思維能力。

資料2：展示玉米花粉母細胞減數(shù)分裂過程各時期圖像。

思考討論3：①1個花粉母細胞經減數(shù)分裂產生幾個子細胞？②減數(shù)分裂是分裂一次還是分裂兩次？③減數(shù)分裂復制幾次，何時復制？④比較7號與8號圖片，你能得出什么結論？

設計意圖：引入實驗證據(jù)，引導學生觀察圖像，通過問題討論對減數(shù)分裂過程進行推理，并歸納得出減數(shù)分裂中的染色體在細胞分裂前復制一次，而后連續(xù)分裂兩次，且染色體數(shù)目在減數(shù)第一分裂后減半，同源染色體進入不同細胞的結論。此過程有效激發(fā)學生的科學思維，初步獲得減數(shù)分裂的概念，為構建減數(shù)分裂過程染色體行為變化做準備。

三、對象階段

對象階段即概念的整合階段，認識到概念的整體性。教師引導學生對概念進行歸納，概括和總結，促使學生進行主動構建概念并掌握概念的細節(jié)部分，更為透徹地理解概念的內容。

模型建構2： 運用所學知識，以含有兩對同源染色體的細胞為例，嘗試對模型1進行修正。

設計意圖：學生結合已知信息，對初構模型圖1進行修正。用構建模型圖的形式呈現(xiàn)出對減數(shù)分裂過程的理解，一方面培養(yǎng)了學生知識的整合應用的能力，另一方面加深了學生對抽象概念的理解。將所學知識應用于問題解決，是核心素養(yǎng)教育賦予高中生物教學的重要使命，因此教師在教學中關注學生整體發(fā)展，圍繞核心素養(yǎng)和全新教學方式引導學生嘗試解決實際問題，可以深化學生對知識的理解，使其構建自身的知識體系，以此來發(fā)展其自身學科素養(yǎng)以及多元能力，構建全新教育背景下的生物教學課堂。

問題引導：減數(shù)分裂的具體過程是怎樣的呢？

結合教材P18-19頁，哺乳動物精子的形成過程的示意圖，引導學生自主學習精子的形成過程。

問題設置：①人和其他哺乳動物精子的形成場所？②其整體形成過程有哪些階段？③染色體何時復制？有何特點？④減數(shù)分裂I過程染色體行為和數(shù)量的變化有哪些？⑤減數(shù)分裂II過程染色體行為和數(shù)量的變化有哪些，此過程與有絲分裂相比，有何異同？⑥精細胞與精子有哪些異同？

設計意圖：鼓勵學生用科學術語陳述精子的形成過程，進一步細化減數(shù)分裂的概念，加深對概念的理解。在探究過程中正確認識染色體的變化，理解同源染色體、非同源染色體、聯(lián)會、四分體的概念，進而掌握染色體數(shù)目減半的原因。理解精子染色體組合多樣性是由于四分體時期非姐妹染色單體的互換及非同源染色體的自由組合所致，嘗試對課堂上構建的模型2做出合理解釋，由淺入深的教學，有利于培養(yǎng)學生構建生物學概念的能力。

四、圖式階段

圖式階段是對活動、過程及對象三個階段的知識進行整合分析的過程，幫助學生形成一個綜合的圖式結構。在教學中，教師帶領學生將所學知識進行整合，并借助導圖的方式，使其構建“減數(shù)分裂”這一概念知識框架，以此來深化學生對知識的理解，并在這一過程中培養(yǎng)學生綜合能力以及多元學科素養(yǎng)。

播放手繪微視頻：精細胞形成的整個過程。使其探索并思考整個過程中染色體的行為變化及各時期細胞的名稱變化。以精子形成過程為例，完成減數(shù)分裂思維導圖的構建。

設計意圖：對教學內容進行歸納小結，通過思維導圖幫助學生構建減數(shù)分裂概念框架，形成科學概念。在此基礎上，學生總結歸納出減數(shù)分裂的概念。

反思：本教學設計基于APOS理論，運用多種教學手段，由淺入深引導學生主動構建起科學概念。本文引用科學資料及事實，以同源染色體為主線，指導學生建構減數(shù)分裂過程，鼓勵學生建構并進行修正模型，降低學生對染色體數(shù)目和行為變化的理解難度，為學生學習打造良好教學環(huán)境，促使其學習積極性的提升及科學思維的發(fā)展。

參考文獻：

[1]徐嘉婕.基于APOS理論的高中生物學核心概念教學的應用研究[D].陜西師范大學，2019.

[2]楊大祥.減數(shù)分裂的研究歷史[J].生物學教學，2007（01）：61-63.