基于“項目化學習”的高中生物學難點突破
——以“同源染色體概念和行為變化規律”為例

浙江 葉建芳

項目化學習(Project-Based Learning，PBL)是基于真實問題探究的一種學習方式。它通常由真實情境引出一個驅動性問題，把教學重難點轉化為項目學習的主題，強調源于真實生活、參與合作、注重成果輸出等特征。在高中生物學必修2“減數分裂”內容的學習中引入同源染色體的概念，對其概念的理解和行為變化規律的學習是高中生物遺傳學中的一個重點，有著“承前”(有絲分裂相關內容)“啟后”(等位基因相關內容)的作用。建立一個項目化學習課例，從實際情境出發，自主探究，利用模型道具突破同源染色體這個重難點知識，不僅可以提高課堂效率，還可以培養學生的創新思維能力，是對學科核心素養的有效落實。基于此，筆者嘗試開展了“同源染色體”的項目化學習。

一、項目任務構建

以同源染色體為該學習項目的主要任務，結合舊知(染色體分子組成、有絲分裂等相關內容)引入新知(構建模型，最終得出染色體組型圖)；在對染色體組型的分析中得出同源染色體的概念(結合模型展示)；接著在探究中過渡到其在減數分裂過程中的行為變化特征的學習(結合模型展示)。最終實現對同源染色體概念的構建，形成系統的知識網絡。

二、實踐成果

經過前期的資料收集、模型材料準備、課件/學案制作等工作后，筆者成功開設了一節同源染色體項目化教學課例，獲得了良好的教學效果。具體教學設計如下。

1.學習內容與目標分析

1.1 本節內容概念的上下位關系分析(圖1)

1.2 學習目標分析

(1)以同源染色體為主線，組織內容以實現對其概念的構建。

(2)適度結合高中生物學其他相關知識點，形成系統的知識網絡。

2.教學流程

依照“情境—問題—任務—活動—評價”的思路，設計教學流程(圖2)。

3.教學過程

3.1 情境導入(模型制作，整理染色體)

教師：假設我們提取了一個動物細胞中的所有染色體，請同學們尋找規律，對它們進行整理。

教師給出模型(圖3)，學生分組合作尋找規律，整理擺放。學生在嘗試中不斷修正，得到一幅有規律的染色體分布圖(圖4)。

圖3 散亂的染色體模型

圖4 整理后的染色體模型

設計意圖：通過自己動手操作，學生對染色體組型圖的制作過程、染色體分類排列依據有了初步認識。從而為下一步提出染色體組型的概念做鋪墊。

3.2 任務一 (染色體組型的理解和分析)

教師：請說說你的分類依據。

學生結合之前的活動，提出自己的觀點：這些染色體有大小、形態、著絲粒位置區別等。

教師[展示染色體組型(圖5)]：同學們請看，根據染色體的大小、形態和著絲粒位置等特征對染色體進行配對、分組、排隊，得到的這幅圖，我們將之稱為染色體組型圖。請對比自己整理的圖進行對比觀察。

圖5 染色體組型

學生在觀察、比較過程中教師可以適時引導，發現在染色體組型圖中，放在一起的每兩條染色體的形態、大小相同。

設計意圖：學生在自己制作的染色體組型圖和教師給出的染色體組型圖的比較中深入了解了染色體形態、大小、著絲粒位置等特征，并且得到同源染色體的初步印象，為下一環節做好鋪墊。

3.3 任務二 (模型制作，探究同源染色體的概念)

教師：同學們敏銳地觀察到，每兩條染色體的形態、大小是相同的。這樣的兩條染色體稱為同源染色體。

表1 活動：探究同源染色體的概念

續表

圖6 一對同源染色體示例

圖7 故意出錯教學示例

設計意圖：學生在模型展示和比較探究中自發總結出同源染色體概念的要點為一對形態、大小一般相同，顏色不同，其中顏色不同代表這兩條染色體的來源不同。并且聯系舊知，發現同源染色體廣泛存在于身體各處細胞中，從而對同源染色體的概念和分布有了深刻的認知。同時埋下了伏筆：什么樣的細胞中不存在同源染色體。從而過渡到下一環節。

3.4 任務三 (模型制作，探究減數分裂過程中的同源染色體關鍵行為)

教師：那么到底哪些細胞中是不存在同源染色體的呢？這里請大家思考以下問題(給出問題串)。

學生分組討論。

①受精卵是如何產生的？

答：由親代的精子和卵細胞融合得到的。

②如果精子和卵細胞是由性母細胞經有絲分裂產生的，受精卵中染色體數目會有怎樣的變化？這種變化可能嗎？

答：每一代子細胞中的染色體數目會是其親代細胞中的染色體數目的2倍。不可能。

③精子和卵細胞應該如何產生？

答：應該由性母細胞發生染色體數目減半的過程來產生精子或卵細胞。(引出了減數分裂)。

④在這個分裂過程中，同源染色體有怎樣的行為？請用模型展示性母細胞和精細胞/卵細胞中的染色體情況。

學生兩兩合作，進行模型制作的探究活動(圖8～圖10)。他們對生殖細胞中的染色體種類、數目有不同的理解(錯誤理解示例見圖9)，通過自評和互評，最后得出結論。

答：性母細胞中染色體是成對存在的，有同源染色體。精細胞/卵細胞中不存在同源染色體，每個生殖細胞中只有同源染色體中的一條(正確理解示例見圖10)。

圖8 性母細胞中的染色體組成

圖9 生殖細胞中的染色體組成(錯誤示例)

圖10 生殖細胞中的染色體組成(正確示例)

設計意圖: 由問題串一步一步引導，最終得出減數分裂過程中同源染色體的關鍵變化行為。在問題④的討論中，學生極容易出錯，需要進行多次探討、互相評價，最后得到正確答案。通過自我探究活動得出結論，學生的主動性增強、對得出的結果及結論理解得更加深刻、清晰。

3.5 評價總結

教師總結本節要點，學生結合評價量表進行自評和互評(表2)。

表2 “同源染色體”項目化學習評價量表

設計意圖：本課例對同源染色體的概念和其在減數分裂過程中的關鍵行為進行了探究，項目化學習強調過程和結果的呈現，因此在最后的課堂總結從過程和結果兩個方面進行評價。學生自評和生生互評體現了學生是課堂主體的新課程理念，在評價中側重過程性評價，也是在著力培養學生的科學思維和科學探究的學科核心素養。

三、反思與提升

本課例來自于高中生物學必修2“減數分裂”相關內容。在本課程進行中筆者的設計打破了課本原有的編排，不直接給出同源染色體的概念，不直接進行減數分裂過程中染色體行為變化的講解，而是由學生從模型展示、自我探究中摸索出概念和變化規律。本課例抓住教學重點，以“同源染色體”為項目主題，開展了項目化學習。本節課的學習落腳點是同源染色體的概念和行為變化，從模型情境進入，問題驅動，查找、整合各種信息，得到一系列問題的答案，最后以圖像和評價量表的形式展現成果。評價量表顯示了本項目學習的內容、活動進行的有效性、成果質量等，此種形式得到了項目參與人一致的認同，獲得了不錯的項目效果。

本研究是筆者基于項目化學習進行的一次重難點突破嘗試。但嚴格來說，該活動與真正意義上的項目化學習存在差異。項目化學習除了具有強調基于真實問題、提出項目主題、設計探究、小組合作、進行成果展示等特點，還強調了持續性，即項目化學習應該是一個相對長期的探究過程。本課例由于課時限制，并沒有做到這一點。在后續的教學中，筆者將嘗試以一個單元(減數分裂中的染色體行為)為項目主題，進行單元整體教學。本課例將作為該項目學習的一個重要部分，在對同源染色體概念和關鍵變化充分理解的基礎上進行減數分裂的學習和探究，本單元整體教學項目的成果值得期待。