基于核心素養的“染色體數目的變異”體驗式教學設計

摘要：基于生物學學科核心素養，以“染色體數目的變異”為例進行教學設計，沿著情境線—問題線—體驗線—知識線—應用線—素養線，從創設情境、問題探究、分享交流、知識總結、應用反饋五個環節展開體驗式教學，讓學生親身體驗探索未知事物的思維方式，實現“做中學”，從而深化學生對核心概念的理解，實現教育的育人價值。

關鍵詞：體驗式教學；染色體數目變異；生物學；教學設計

文章編號：1003-7586（2024）04-0041-03 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》提出的核心素養主要包括生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任四個方面，強調探究性學習，注重學生學習方式的不斷改進，從而展現生物學課程的學習對學生發展的育人價值。

體驗式教學是強調以學生為主體，根據學生的認知特點和規律，設計合理的活動情境和體驗形式，讓學生在體驗、交流、分享中主動構建知識體系，發展能力和生成情感的一種教學模式。本文以“染色體數目的變異”為例，解讀五環節體驗式教學模式的實施流程。

1 教材分析和學情分析

“染色體數目的變異”是人教版普通高中教科書《生物學·必修2·遺傳與進化》第5章第2節的內容，在教材中起到承上啟下的作用，既是基因突變有關知識的延伸，又是后續學習人類遺傳病的基礎。

“染色體數目的變異”一節的內容與人類健康、生產生活息息相關，課堂教學中可引入相應生活情境，激發學生的學習興趣。但也存在學生難以理解的染色體組等相關抽象概念的問題，對此筆者主要采用模型模擬、實驗探究的體驗方式開展教學，助力學生理解相關的抽象概念。該階段學生已具備一定的模型構建和推理能力，已掌握基本的生物實驗操作技術，為本節課采用體驗式教學模式開展教學提供了保障。

2 教學目標

（1）小組合作構建染色體數目的變異模型，對比分析單倍體、二倍體和多倍體的染色體組成，辨析染色體組數，形成結構與功能相適應的觀點，培養生命觀念。

（2）通過問題驅動，學生自主構建模型，加之對模型的分析及總結，提升科學思維。

（3）設置實驗探究低溫誘導染色體數目的變化，通過提出問題、作出假設、設計方案、解決問題提升科學探究能力。

（4）通過學習單倍體和多倍體在農業生產中的應用，體會科學技術對推動社會進步的巨大作用，落實社會責任。

3 “染色體數目的變異”體驗式教學過程

圖1為“染色體數目的變異”整體教學設計思路，接下來具體介紹五步體驗教學法的過程。

3.1 創設情境開啟體驗

教師活動，教師以果蠅染色體組成為例（見圖2）引導學生回顧減數分裂產生配子的過程，為探究染色體數目變異提供理論基礎。

學生活動，結合課下完善好的減數分裂模型圖，熟悉二倍體生物減數分裂過程的同時，積極思考老師提出的問題。

教師活動，教師播放電影《籃球冠軍》中的片段，介紹Gloria和Fran兩位先天愚型患者；播放天才指揮家胡一舟的視頻，從而引出染色體數目變異，并呈現出先天愚型患者與正常人類染色體組成的差異。教師引出問題：二倍體生物的減數分裂有時會出現錯誤，產生異常的配子，異常配子參與受精后則可導致染色體數目異常的患者。先天愚型患者比我們正常人多一條21號染色體，是如何形成的呢？一種生物的染色體數目可以發生怎樣的變化？

學生活動，學生針對課堂呈現的視頻、圖片，沿著教師的提問，產生了進一步了解染色體數目異常的探究欲望。

3.2 問題探究親身體驗

教師活動，教師呈現人類正常染色體組成圖片，進而給出染色體數目異常的三則案例：①缺少一條X染色體的Tumer綜合征患者；②增加一條18號染色體的18三體綜合征患者；③比野生祖先種增加11條非同源染色體的香蕉。教師提出問題：圖2中果蠅減數分裂產生的配子中的染色體組成如何？三則案例中的個體，是什么樣的雌雄配子受精產生的？

學生活動，互相討論得出可能的答案。

教師活動，教師借助圖2模型圖講解染色體組的概念。考慮到果蠅染色體數目較少，引導學生以果蠅染色體組成為例，繪制物理模型模擬果蠅減數第一次分裂異常產生的配子情況。

學生活動，分析總結三則案例的情況，通過小組討論和教師引導，開展模型構建活動。學生展示果蠅第一次減數分裂異常，會產生（n+1）和（n-1）的配子。

教師提出問題：將果蠅第一次減數分裂異常產生的（n+1）和（n-1）的配子與正常的雌或雄配子結合受精，產生的后代如何？兩個異常配子的結合，產生的后代又如何？

學生活動，學生間討論，將異常配子（n+1）與正常配子n結合，產生的后代染色體數目為（2n+1），比正常體細胞多一條染色體；將（n-1）配子與正常配子n結合，產生的后代染色體為（2n-1），比正常體細胞少一條染色體，從而解決了上述三則案例中的其中兩個。

教師提出問題：如果一個雌配子與兩個雄配子同時受精，產生的后代染色體組成如何？

學生活動：繪制簡易模型，模擬產生的后代染色體組成情況。從而得出比野生祖先種增加11條非同源染色體香蕉的可能由來。

教師提出問題：果蠅第一次減數分裂正常，第二次減數分裂中其中一個細胞分裂異常，產生的配子如何？由學生課下繪制模型解決該問題。

3.3 分享交流分享體驗

教師活動，教師引導每組學生派代表分享模型制作的成果，點評每組學生制作的模型情況。

學生活動，展示本組模型制作圖或實物，并解釋模型所代表的含義。下圖為在每組學生展示成果之后，全班學生綜合繪制的染色體數目變異模型圖（見圖3）。

3.4 知識總結內化體驗

教師活動，教師選取具有代表性的學生的模型進行知識內容總結，重述染色體組的概念，講授單倍體、二倍體、多倍體相關概念。引導學生結合模型對比分析，總結出染色體數目異常分為整倍性改變和非整倍性改變兩種類型。

學生活動，結合教師講解，學生進一步查找自己模型中存在的問題，以便課下進行完善補充。

3.5 應用反饋升華體驗

3.5.1 知識應用反饋

例1分析下列圖形中各細胞的染色體組成情況，并完成下列問題：

（1）通常情況下，一定為單倍體細胞染色體組成的是圖D。

（2）若由A細胞組成的生物是單倍體，則A細胞含有4個染色體組，則其正常物種體細胞為八倍體，含有8個染色體組。

（3）由C細胞組成的生物體可育嗎？不可育；如何處理能產生有性生殖的后代？染色體加倍。

（4）一般情況下，染色體組中的染色體的丟失會導致配子無法完成受精，而染色體的增加則往往能完成受精。由B細胞組成的生物在減數第一次分裂的后期，第2對同源染色體未分開，則這一卵母細胞產生的卵子含有2條或4條染色體。若卵子與正常精子完成受精，后代的體細胞含有7條染色體。

3.5.2 實際應用反饋

教師引導學生根據本節課所學的染色體變異相關內容，嘗試在課堂上解釋臨床上對胎兒進行產前先天愚型篩查的技術原理。課后，教師引導學生進一步收集與染色體變異相關的實際案例，談一談其中涉及到的染色體變異相關內容及自己的看法。其次，引導學生設計相關實驗，論證某一因素（如低溫）對染色體數目的影響。

4 教學感悟

體驗式教學的重點在“體驗”上，體驗的主要形式有角色扮演、模型制作、實驗探究等。一些嘗試體驗式教學的高中教師的初步研究表明，在核心概念的指引下，設置不同的教學情境，學生通過獨立自主、合作探究、動手操作等不同的學習方式參與課堂教學，不僅能加深對概念的理解，也有助于學生核心素養的提升。

盡管體驗式教學模式在高中教學中的應用取得了一定成效，但沒有一種教學模式是萬能的。筆者經過體驗式教學實踐，歸納得出以下幾點注意事項：第一，體驗式教學模式實施起來較傳統講授法對教師的要求較高，學生在體驗的過程中不受教材知識限制，如染色體數目異常中，學生會構建出多種的模型，有的可能違反科學事實，有的是教材知識的延伸，這就要求教師要有豐富的知識，以應對學生體驗中出現的各類問題。第二，學生的知識背景、能力水平不同，所構建的模型、設計的實驗方案等參差不齊，教師應對學生體驗成果給予客觀的評價，不要打消學生的積極性，要引導學生如何去修改完善。第三，教學學時有限，教師要嚴格把控五個體驗教學環節的時間分配，也可把部分環節內容安排在課前或課后。最后，教學情境的設置要具有引發學生認知沖突、調動學生興趣的作用，更好地激發學生的探索欲望。

體驗式教學模式在我國的生物學課堂教學中的優勢已顯現出來，如何將該教學模式更好地推廣和應用，或者進一步完善該教學模式，使之更適合我國國情，還有待廣大教育工作者的齊心努力。

基金項目：（1）河北省教育科學“十四五”規劃課題“核心素養理念下生物課堂中生命觀念的體驗式教學實踐研究”（2307028）；（2）河北省高等教育教學改革研究與實踐項目（2022GJJG211）。