基于聯(lián)結(jié)學(xué)習(xí)原理的“細(xì)胞分裂中的遺傳變異”教學(xué)設(shè)計與反思

摘" 要：學(xué)習(xí)是以神經(jīng)連接為基礎(chǔ)的產(chǎn)生情境刺激與反應(yīng)間的聯(lián)結(jié)的過程.教師以此理論為基礎(chǔ)，通過“細(xì)胞分裂中的遺傳變異”課程學(xué)習(xí)活動引導(dǎo)學(xué)生建立“細(xì)胞分裂”和“可遺傳變異”兩個概念間的心理聯(lián)結(jié).學(xué)生在問題解決過程中，理解并提取問題信息，提取問題表征，設(shè)計問題解決策略并執(zhí)行策略，再通過教師的反饋和評價總結(jié)出恰當(dāng)?shù)穆窂剑瑥?qiáng)化設(shè)計解決問題的策略的能力.

關(guān)鍵詞：聯(lián)結(jié)學(xué)習(xí);細(xì)胞分裂;可遺傳變異

中圖分類號：G632""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A""" 文章編號：1008-0333（2024）18-0143-03

收稿日期：2024-03-25

作者簡介：吳波（1984—），男，吉林省長春人，博士研究生，中學(xué)高級教師，從事科學(xué)教育研究；

李楠（1994—），女，吉林省長春人，碩士研究生，中學(xué)一級教師，從事生態(tài)學(xué)研究.

學(xué)習(xí)的過程分為形成動物式的刺激－反應(yīng)的直接聯(lián)結(jié)、形成觀念的聯(lián)結(jié)、形成抽象的聯(lián)結(jié)以及形成選擇性聯(lián)結(jié).

任何動物一旦學(xué)會對某一特定的條件刺激作出反應(yīng)以后，和該條件刺激相類似的刺激也能誘發(fā)其條件反應(yīng)，這就是刺激泛化.新刺激與原來條件刺激越相似，其誘發(fā)的條件反應(yīng)越強(qiáng).在學(xué)習(xí)過程中，很多時候教師需要引導(dǎo)學(xué)生把類似的刺激區(qū)分開，通過選擇性強(qiáng)化和消退條件反應(yīng)，相似刺激的差異放大，學(xué)生學(xué)會對類似的條件刺激作出不同反應(yīng)，也就是刺激分化.

1" 課程設(shè)計理念

“細(xì)胞分裂中的遺傳變異”課程內(nèi)容涉及“細(xì)胞分裂”和“可遺傳變異”兩大要素及其間的聯(lián)系，

聯(lián)系即兩個要素間的關(guān)系.學(xué)生已經(jīng)具備對細(xì)胞分裂和可遺傳變異的基礎(chǔ)分析能力.教師通過提供合適的情景和循序漸進(jìn)的任務(wù)，有意識地使用刺激泛化與刺激分化的原理.前者可以幫助學(xué)生把學(xué)習(xí)從一種情境遷移到另一情境，后者可以幫助學(xué)生對不同情境作出不同恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，進(jìn)而建立有效的聯(lián)結(jié).

為達(dá)到適時使用刺激泛化與刺激分化的目的，教師在教學(xué)設(shè)計的過程中呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的方式是系統(tǒng)的、有單元結(jié)構(gòu)的.教師科學(xué)地調(diào)配系統(tǒng)內(nèi)各要素，從縱向理清知識的前因后果，從橫向辨別知識的獨(dú)特性和相似性，促使學(xué)生用系統(tǒng)和辯證的思維去看待問題，自行去發(fā)現(xiàn)其中的聯(lián)系與區(qū)別.

教育部考試中心要求，學(xué)業(yè)水平考試要通過設(shè)置真實的問題情境，考查學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識分析、解決問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)從“解題”向“解決問題”轉(zhuǎn)變［1］.“細(xì)胞分裂中的遺傳變異”這一課程內(nèi)容聚焦“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”“生物的多樣性和適應(yīng)性是進(jìn)化的結(jié)果”兩個概念.通過分析模型模擬細(xì)胞分裂過程中染色體及其上基因的變化，學(xué)生可深入理解可遺傳變異的來源，了解其產(chǎn)生的原因、特點(diǎn)及其在生產(chǎn)生活實際中的應(yīng)用，理解生命的延續(xù)和發(fā)展的過程，認(rèn)識生物界及生物多樣性，樹立正確的自然觀.

2" 教學(xué)目標(biāo)

結(jié)合細(xì)胞減數(shù)分裂和有絲分裂的模型，判斷細(xì)胞發(fā)生可遺傳變異的類型（科學(xué)思維、科學(xué)探究）；基于證據(jù)和相關(guān)知識，闡明細(xì)胞分裂中染色體行為與基因傳遞變化的聯(lián)系（科學(xué)思維、科學(xué)探究）；運(yùn)用遺傳和變異的觀點(diǎn)，解釋突變與重組為進(jìn)化提供豐富的原材料（生命觀念、社會責(zé)任）.

3" 教學(xué)設(shè)計

3.1" 環(huán)節(jié)1

教師：三月春暖，楊柳依依.柳樹是雌雄異株的植物，雄株的雄花釋放大量花粉，離不開精原細(xì)胞的分裂.柳樹AaXBY精原細(xì)胞如何形成AXB的精細(xì)胞？

學(xué)生：M Ⅰ中，A與a基因隨同源染色體分離而分離，A與B基因、a與b基因隨非同源染色體自由組合而重新組合.

教師：過程中發(fā)生哪種可遺傳變異？導(dǎo)致基因在傳遞中發(fā)生什么變化？

學(xué)生：基因重組，非同源染色體上非等位基因重新組合.

教師：AaXBY的精原細(xì)胞形成AB、aB、aY、AY的精細(xì)胞的過程中發(fā)生什么？

學(xué)生：M Ⅰ中，位于同源染色體上的a基因隨著非姐妹染色單體的交換而與A基因發(fā)生交換.

教師：過程中發(fā)生哪種可遺傳變異？導(dǎo)致基因在傳遞過程中發(fā)生什么變化？

學(xué)生：基因重組，同源染色體上非等位基因重新組合.

設(shè)計意圖：通過設(shè)置“柳樹的雄花釋放花粉”情景和提供“精原細(xì)胞減數(shù)分裂”模型，引導(dǎo)學(xué)生分析圖像，關(guān)注細(xì)胞減數(shù)分裂形成配子過程中染色體的行為變化，以及隨著染色體的變化基因符合遺傳規(guī)律進(jìn)行傳遞的現(xiàn)象.旨在強(qiáng)化學(xué)生對細(xì)胞減數(shù)分裂過程和基因重組的認(rèn)識，引導(dǎo)學(xué)生初步建立細(xì)胞分裂過程中染色體和基因間的聯(lián)系，加深對生命現(xiàn)象本質(zhì)的理解.

3.2" 環(huán)節(jié)2

教師：AaXBY的精原細(xì)胞形成AB、Ab、aY、aY的精細(xì)胞的過程中發(fā)生什么？

學(xué)生：M Ⅰ前間期DNA復(fù)制發(fā)生錯誤，產(chǎn)生新的等位基因b，即基因突變.

設(shè)計意圖：通過設(shè)置“基因突變”的模型，培養(yǎng)學(xué)生從模型中獲取關(guān)鍵信息的能力，為進(jìn)一步理解與分析以染色體變化為基礎(chǔ)的基因變化奠定基礎(chǔ).旨在引導(dǎo)學(xué)生對生物學(xué)的重要概念形成正確而清晰地認(rèn)識，提升運(yùn)用科學(xué)的思維方法解決問題的思維能力.

3.3" 環(huán)節(jié)3

教師：AaXBY的精原細(xì)胞形成AaXB精細(xì)胞的過程中發(fā)生什么？請同學(xué)們對每對等位基因單獨(dú)進(jìn)行分析，找出哪對基因有問題.

學(xué)生：B基因隨X分離進(jìn)入到配子中，A、a一對等位基因出現(xiàn)問題.

教師：該對等位基因是由于什么過程異常導(dǎo)致的？在什么分裂出現(xiàn)錯誤？

學(xué)生：M Ⅰ A、a所在同源染色體未分離，與包含B基因的性染色體移向細(xì)胞同一極.

教師：對于分析同一精原細(xì)胞分裂形成的其他三個配子基因型的問題，我們可繪制圖解，以橫線代表著絲粒，繪制DNA復(fù)制和兩次細(xì)胞分裂過程中基因的變化圖像.

教師：精原細(xì)胞減數(shù)分裂形成的四個配子基因型是AaXB、AaXB、Y、Y.

教師：請同學(xué)們分析AAXB、AAaXB、Y配子形成的原因，并寫出同一精原細(xì)胞分裂形成的其他三個配子基因型.

學(xué)生1：M Ⅱ后期，A基因的染色體著絲粒斷裂后，姐妹染色單體未分離.同一精原細(xì)胞分裂形成的其他三個配子基因型是XB、aY、aY.

學(xué)生2：M Ⅰ后期，攜帶A與攜帶a基因的同源染色體未分離；和M Ⅱ后期，攜帶A基因的染色體著絲粒斷裂后，姐妹染色單體未分離.同一精原細(xì)胞分裂形成的其他三個配子基因型是aXB、Y、Y.

學(xué)生3：M Ⅰ后期，攜帶A與攜帶a基因的同源染色體未分離；或M Ⅱ后期，攜帶A基因的染色體著絲粒斷裂后，姐妹染色單體未分離.同一精原細(xì)胞分裂形成的其他三個配子基因型可能是AaXB、AaXB、Y，AAaXB、aXB、Y， AAY、aXB、aXB.

教師：AaXB、AAXB、AAaXB、Y四種配子形成過程中發(fā)生哪種可遺傳變異？導(dǎo)致基因在傳遞過程中發(fā)生什么變化？

學(xué)生：染色體數(shù)目變異，個別基因數(shù)量發(fā)生改變.

教師：AaXBY精原細(xì)胞在有絲分裂過程中，如何形成AAaaXBXBYY的細(xì)胞？

學(xué)生：由于前期紡錘體形成受阻，著絲粒斷裂后，姐妹染色單體未分離，導(dǎo)致染色體數(shù)目變異.

教師：基因在傳遞過程中數(shù)量也發(fā)生變化，但是這種基因數(shù)量的變化以什么為單位？

學(xué)生：染色體組.

教師：AaXBY的精原細(xì)胞在有絲分裂過程中如何形成AB a XY的細(xì)胞？

學(xué)生：性染色體上含B基因片段移接到非同源染色體上.

教師：過程中發(fā)生哪種可遺傳變異？有什么變化？

學(xué)生：染色體結(jié)構(gòu)變異.染色體上基因數(shù)量或排列順序改變.

設(shè)計意圖：通過設(shè)置“染色體變異”的模型，引入圖解法以直觀分析基因的變化，強(qiáng)化學(xué)生對可遺傳變異類型的辨析，避免混淆.旨在引導(dǎo)學(xué)生從更高的高度加深對生命現(xiàn)象的復(fù)雜性、統(tǒng)一性和多樣性的理解.

3.4" 環(huán)節(jié)4

教師：在細(xì)胞分裂過程中，伴隨著染色體行為與數(shù)量的變化，基因發(fā)生改變.基因的這些改變可從親代遺傳給子代，并在生命延續(xù)的過程中得以發(fā)展，為生物的進(jìn)化提供原始的選擇材料.

設(shè)計意圖：總結(jié)探討生命活動的規(guī)律，認(rèn)同生物進(jìn)化的本質(zhì)，樹立進(jìn)化與適應(yīng)的生命觀念.

4" 板書設(shè)計

5" 教學(xué)反思

5.1" 認(rèn)知壓力內(nèi)驅(qū)力雙驅(qū)動，提升學(xué)習(xí)熱情

教學(xué)設(shè)計過程中，教師在可能發(fā)生對解決問題的能力進(jìn)行強(qiáng)化的時間，設(shè)置具體的情景和循序漸進(jìn)的任務(wù)以促進(jìn)學(xué)習(xí)，進(jìn)行有效的刺激并重復(fù)，使教學(xué)過程得以程序化地呈現(xiàn)和推進(jìn)，能夠進(jìn)一步促進(jìn)教學(xué)過程中溝通的發(fā)生和延續(xù)，減小學(xué)生認(rèn)知抑制的影響.學(xué)生保持對刺激的適應(yīng)而促進(jìn)知識與能力的遷移，從而進(jìn)行認(rèn)知更迭和思維水平的提高.

教師在教學(xué)過程中激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、在實踐中提高其理解、掌握程度，形成序貫、銜接、閉合、不斷循環(huán)的教學(xué)回路，既能夠保證教學(xué)過程的高度組織性和知識體系的完整性，給學(xué)生帶來一定的認(rèn)知壓力，也能夠激發(fā)并提高學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)的內(nèi)驅(qū)力，讓學(xué)生的理論認(rèn)識由抽象走向思維中的具體，形成能力，從而在認(rèn)知維度、思維領(lǐng)域等方面獲得均衡發(fā)展.當(dāng)學(xué)生獲得了這種高級學(xué)習(xí)體驗，會驅(qū)動學(xué)生從追求理解、記憶、應(yīng)用的低階學(xué)習(xí)，達(dá)到追求分析、評價、創(chuàng)造的高階學(xué)習(xí).

5.2" 師生知識體系雙匹配，強(qiáng)化框架構(gòu)建

以“問題情境”為契機(jī)推進(jìn)的知識體系循環(huán)性與教學(xué)內(nèi)容流動性貫穿師生行動開展的始終，師生憑借自身認(rèn)知水平、認(rèn)知方式在知識傳遞的過程中達(dá)成一致性，推進(jìn)師生雙方知識體系的構(gòu)建.這種雙重知識體系構(gòu)成了知識內(nèi)循環(huán)的邏輯基礎(chǔ).教師的存量知識轉(zhuǎn)化為可流通的流量知識，促進(jìn)教師自身重新審視教學(xué)內(nèi)容的組織，挖掘更適宜的教學(xué)方法與技術(shù)手段.教師的知識體系與學(xué)生知識體系的交互性溝通，既促進(jìn)了教師知識的流動性，也促進(jìn)了學(xué)生問題解決能力的提升，實現(xiàn)知識向能力的高效轉(zhuǎn)換［2］.

6" 結(jié)束語

教師的角色轉(zhuǎn)變?yōu)楹笾媒巧瑢W(xué)生成為信息與知識加工的主體，是自己知識體系的主動建構(gòu)者.在教師設(shè)計的情境下基于給定的學(xué)習(xí)資源，依靠溝通、研討、協(xié)同、互助，實現(xiàn)自我建構(gòu)，該轉(zhuǎn)變體現(xiàn)了課堂教學(xué)的溢出價值、教師與學(xué)生的生命價值，使課堂避免走向唯知識傳播為價值導(dǎo)向的極端.

參考文獻(xiàn)：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）［M］.北京：人民教育出版社，2017：4-5.

［2］ 蔣桂林.基于高中生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的生物學(xué)科素養(yǎng)的思考［J］.中學(xué)生物學(xué)，2015（10）：9-10.

［責(zé)任編輯：季春陽］