基于情境創(chuàng)設(shè)的學(xué)科核心素養(yǎng)落實(shí)
——“伴性遺傳”教學(xué)設(shè)計(jì)

耿 芳

（上海市上海中學(xué) 上海 200237）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了更新，其中提出要以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，從而促進(jìn)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)落實(shí)。除此之外，2019年7月，中共中央、國(guó)務(wù)院頒布了《關(guān)于深化教育教學(xué)改革全面提高義務(wù)教育質(zhì)量的意見(jiàn)》，文件中提出“要重視情境教學(xué)”。由此可見(jiàn)情境創(chuàng)設(shè)對(duì)于提高教學(xué)效果而言十分重要。基于此，筆者將主要結(jié)合自身實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以“伴性遺傳”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境落實(shí)生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 教材分析及設(shè)計(jì)思路

本節(jié)是2022年滬科版《必修2·遺傳與進(jìn)化》（以下簡(jiǎn)稱新教材）第二章“有性生殖中的遺傳信息傳遞”第三節(jié)的內(nèi)容。第二章第一節(jié)從細(xì)胞層面引入減數(shù)分裂，說(shuō)明了有性生殖過(guò)程中遺傳信息通過(guò)配子傳遞給子代。第二節(jié)闡述了分離定律和自由組合定律，并明確基因位于染色體上。本節(jié)是分離定律在性染色體上的應(yīng)用，同時(shí)是后續(xù)人類遺傳病課程的基礎(chǔ)。

《課程標(biāo)準(zhǔn)》中與本節(jié)相關(guān)的次位概念是“3.2.4概述性染色體上的基因傳遞和性別相關(guān)聯(lián)”。《課程標(biāo)準(zhǔn)》同時(shí)指出在本模塊內(nèi)教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問(wèn)題，學(xué)習(xí)相關(guān)概念、原理、規(guī)律等，應(yīng)用有關(guān)知識(shí)分析和解決實(shí)踐中的問(wèn)題，體驗(yàn)科學(xué)家探索遺傳的過(guò)程。

與滬科版舊教材相比，新教材將摩爾根探究果蠅的眼色遺傳與性別關(guān)系的歷程放到了正文部分。學(xué)習(xí)摩爾根的研究歷程有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維及科學(xué)探究能力。因此，教師創(chuàng)設(shè)英國(guó)王室血友病這一情境，結(jié)合摩爾根發(fā)現(xiàn)伴性遺傳規(guī)律的科學(xué)史，基于科學(xué)探究思維應(yīng)用推理與演繹的方法闡明伴性遺傳的特點(diǎn)，并利用情境培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任，培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2 教學(xué)目標(biāo)

①概述性別決定的主要方式；通過(guò)對(duì)摩爾根果蠅實(shí)驗(yàn)的分析，闡明伴性遺傳的特點(diǎn)。

②通過(guò)實(shí)例，了解伴性遺傳規(guī)律在日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用。

3 教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：位于性染色體上的基因，其遺傳方式與性別有關(guān)。

教學(xué)難點(diǎn)：通過(guò)對(duì)摩爾根果蠅實(shí)驗(yàn)的分析，闡明伴性遺傳的特點(diǎn)。

4 教學(xué)過(guò)程

4.1 情境創(chuàng)設(shè)，問(wèn)題驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)

課堂伊始，教師播放一段介紹“英國(guó)王室血友病”的視頻。視頻中提及自維多利亞女王之后，在英國(guó)王室中血友病頻發(fā)。視頻還對(duì)血友病患者的表現(xiàn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，即患者體內(nèi)缺乏凝血因子蛋白質(zhì)，因此一旦受傷便會(huì)血流不止。教師提出問(wèn)題：根據(jù)已學(xué)知識(shí)中心法則，血友病患者體內(nèi)為什么會(huì)缺乏凝血因子蛋白質(zhì)？學(xué)生討論，得出血友病發(fā)病的根本原因在于指導(dǎo)凝血因子合成的基因存在問(wèn)題。

教師向?qū)W生展示維多利亞女王及部分后代血友病患病情況簡(jiǎn)圖（圖1），并提出問(wèn)題：為什么在維多利亞女王家族中血友病患者均為男性？

設(shè)計(jì)意圖：“英國(guó)王室血友病”這一真實(shí)情境可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，以直觀的方式展現(xiàn)伴性遺傳的特點(diǎn)，引發(fā)學(xué)生對(duì)于血友病發(fā)病的思考，引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到血友病發(fā)病與性別相關(guān)聯(lián)，從而引出人類的性別決定方式。

4.2 情境深入，引出生命觀念

教師向?qū)W生展示男性和女性體細(xì)胞染色體組成示意圖，并提出問(wèn)題：男性和女性的染色體組成有什么區(qū)別？學(xué)生會(huì)關(guān)注到X和Y兩條染色體與性別相關(guān)，從而思考出人類性別的決定方式：人體存在兩條性染色體X和Y，男性體細(xì)胞內(nèi)為XY，女性體細(xì)胞內(nèi)為XX。教師追問(wèn)：所有生物都和人類是一樣的性別決定方式么？在學(xué)生回答后，教師介紹其他幾種性別決定類型，如ZW型性染色體決定型、基因決定型和環(huán)境決定型。

教師將血友病的發(fā)病機(jī)制與人類性別相結(jié)合，提問(wèn)：為什么血友病發(fā)病與性別相關(guān)聯(lián)？學(xué)生可能會(huì)聯(lián)想到血友病致病基因可能位于性染色體上。依據(jù)維多利亞家族中患者均為男性這一特點(diǎn)，學(xué)生有可能會(huì)進(jìn)一步猜想血友病致病基因位于Y染色體上。此時(shí)，教師無(wú)需給出準(zhǔn)確答案，要鼓勵(lì)學(xué)生大膽假設(shè)，小心求證，在課程結(jié)尾依據(jù)所學(xué)內(nèi)容驗(yàn)證自己的假設(shè)。

設(shè)計(jì)意圖：在“英國(guó)王室血友病”情境下，教師基于人類的性別決定方式，引導(dǎo)學(xué)生理解血友病與性別相關(guān)聯(lián)的原因是血友病致病基因位于性染色體上，幫助學(xué)生進(jìn)一步在頭腦中構(gòu)建“基因位于染色體上”的具體模型。除此之外，還引導(dǎo)學(xué)生思考、分析、概括其他性別決定方式，培養(yǎng)了學(xué)生的生命觀念。

4.3 科學(xué)探究，培養(yǎng)科學(xué)思維

聯(lián)系以上情境，在學(xué)生理解了某些與性別相關(guān)聯(lián)的原因是致病基因位于性染色體上后，教師引出性染色體的基因傳遞是伴性遺傳，提供摩爾根發(fā)現(xiàn)伴性遺傳規(guī)律的相關(guān)科學(xué)史料，引導(dǎo)學(xué)生按照科學(xué)探究的思路進(jìn)行思考與歸納，在沉浸式探究過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

①觀察現(xiàn)象并提出問(wèn)題。教師提供資料：摩爾根選取的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物為果蠅。果蠅常見(jiàn)于各類腐爛的水果周圍，是一種XY型性別決定的昆蟲。其生活周期短、生命力強(qiáng)，容易飼養(yǎng)，是遺傳學(xué)研究的好材料。野生型果蠅眼睛的顏色都是紅色。摩爾根的夫人偶然發(fā)現(xiàn)了一只白眼果蠅，摩爾根將其視如珍寶，裝在單獨(dú)的瓶子里隨身攜帶，哪怕睡覺(jué)也要放在身旁。摩爾根用這只白眼雄果蠅與一只紅眼雌果蠅進(jìn)行了雜交實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示F1全部為紅眼。教師提出問(wèn)題：果蠅的眼色遺傳遵循什么規(guī)律呢？紅眼和白眼哪個(gè)是顯性性狀？學(xué)生思考后，回答：讓F1代個(gè)體雌雄交配，F(xiàn)2代中紅眼果蠅的數(shù)量與白眼果蠅的數(shù)量這比約等于3∶1。因此，果蠅眼色的遺傳遵循分離定律。然后，教師追問(wèn)：為什么F2中白眼果蠅都是雄性？

②作出假設(shè)。依據(jù)“英國(guó)王室血友病情境”，學(xué)生思考F2中白眼果蠅都是雄性的原因并作出假設(shè)。有學(xué)生可能會(huì)作出假設(shè)為控制眼色的基因位于Y染色體上，有的學(xué)生可能會(huì)假設(shè)控制眼色的基因只位于果蠅X染色體上。接著，教師將提出不同假設(shè)的學(xué)生進(jìn)行分組，分小組繼續(xù)后續(xù)科學(xué)探究歷程。

③設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。教師向?qū)W生展示現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)材料，即紅眼雌果蠅和白眼雄果蠅。學(xué)生分小組討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并利用推理與演繹的方法，借助遺傳圖解得出理論實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在小組討論過(guò)程中，教師啟發(fā)學(xué)生思考親本中父本母本表型互換是否會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并鼓勵(lì)學(xué)生身臨其境，假想自己作為科學(xué)家摩爾根如何利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)材料創(chuàng)造更多不同的實(shí)驗(yàn)材料，進(jìn)而完成實(shí)驗(yàn)。

④實(shí)施實(shí)驗(yàn)并分析數(shù)據(jù)。學(xué)生分小組展示自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，師生共同探討實(shí)驗(yàn)的可行性及是否能夠驗(yàn)證假設(shè)。教師向?qū)W生展示摩爾根所做的幾組實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生比較自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生將摩爾根所做實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果與通過(guò)演繹推理所得出的理論實(shí)驗(yàn)結(jié)果相驗(yàn)證，進(jìn)而得出結(jié)論。除此之外，在實(shí)驗(yàn)條件允許的情況下，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生課后進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

⑤得出結(jié)論。教師提出問(wèn)題：根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，哪個(gè)假設(shè)是正確的？學(xué)生通過(guò)模擬真實(shí)的科學(xué)探究過(guò)程，明確控制眼色的基因位于果蠅X染色體上。

設(shè)計(jì)意圖：以摩爾根果蠅實(shí)驗(yàn)科學(xué)史為線索，學(xué)生沿著科學(xué)家的研究道路、科學(xué)探究思路，運(yùn)用演繹與推理的方法探討、闡明伴性遺傳的特點(diǎn)，從而培養(yǎng)科學(xué)思維。摩爾根實(shí)驗(yàn)的科學(xué)史從舊教材的“發(fā)現(xiàn)之路”板塊被調(diào)整到新教材正文中，蘊(yùn)含著摩爾根鍥而不舍、追求真理的科學(xué)探究精神，具有很高的教育價(jià)值，能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

4.4 情境應(yīng)用，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任

回歸情境，教師再次向?qū)W生展示維多利亞女王及部分后代血友病患病情況簡(jiǎn)圖（圖1），圖中灰色代表患者。教師提問(wèn)：血友病致病基因位于什么染色體上？在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，教師繼續(xù)追問(wèn)：為什么？并引導(dǎo)學(xué)生分析原因，展現(xiàn)運(yùn)用推理與演繹的方法過(guò)程，進(jìn)而驗(yàn)證課堂伊始學(xué)生提出的假設(shè)是否正確，回答情境導(dǎo)入時(shí)引出的問(wèn)題，以評(píng)價(jià)學(xué)生們對(duì)于本節(jié)內(nèi)容的理解和應(yīng)用情況。

教師展示全國(guó)范圍內(nèi)血友病患病相關(guān)材料：全國(guó)約有13.6萬(wàn)血友病患者，其中男性患者數(shù)量明顯多于女性。并提出問(wèn)題：結(jié)合伴性遺傳的特點(diǎn)，為什么男性血友病患者數(shù)量多于女性？學(xué)生基于血友病致病基因?yàn)槲挥赬染色體的隱性基因，進(jìn)行解釋。教師繼續(xù)向?qū)W生展示血友病患者生活中的諸多不便，如很小的創(chuàng)傷對(duì)于血友病患者而言就有可能奪取他們的生命，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生們的社會(huì)責(zé)任感，如思考如何避免血友病這一遺傳疾病的產(chǎn)生、如何從社會(huì)和個(gè)人層面關(guān)愛(ài)血友病患者等。

設(shè)計(jì)意圖：課堂開(kāi)始創(chuàng)設(shè)的情境貫穿整節(jié)課程設(shè)計(jì)，教師幫助學(xué)生完成知識(shí)的遷移和應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)，基于課程內(nèi)容回答自己提出的問(wèn)題，深化課程理解，并通過(guò)真實(shí)材料及疾病的數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任。

5 教學(xué)反思

本節(jié)課通過(guò)“英國(guó)王室血友病”的情境，教師由“講述者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤八夭牡奶峁┱摺保詫W(xué)生為主導(dǎo)、以問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)啟發(fā)學(xué)生自主探究，并在探究過(guò)程中潛移默化地落實(shí)生物學(xué)科素養(yǎng)，讓生物學(xué)習(xí)真實(shí)發(fā)生。

“英國(guó)王室血友病”這一情境滿足了“情”和“境”兩方面的要求。一方面，血友病作為遺傳疾病嚴(yán)重威脅人類生命健康，關(guān)于血友病的認(rèn)知有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情；另一方面，這一情境也為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供認(rèn)知停靠點(diǎn)，整節(jié)課圍繞血友病展開(kāi)和深入，逐步達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

高中遺傳學(xué)相關(guān)內(nèi)容聯(lián)系緊密，教師可將“英國(guó)王室血友病”作為大情境融入到教學(xué)內(nèi)容中，從而將遺傳的分子基礎(chǔ)、遺傳信息傳遞和可遺傳的變異三章內(nèi)容有機(jī)串聯(lián)起來(lái)，避免情境的碎片化，實(shí)現(xiàn)單元化教學(xué)課程內(nèi)容的關(guān)聯(lián)與融通。