基于提高生物學科素養的遺傳定律作業原創設計初探

徐金鵬　凌春光

關鍵詞：學科素養；遺傳定律作業；原創設計

文章編號：1003-7586（2024）01-0053-04 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

遺傳學是發展和提高高中生學科素養的重要知識載體，也是《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》中生物學業質量的重要評價內容。在當今倡導“教學評”一體化的新課程改革中，設計遺傳學高效評價作業不僅能提升學生生物學科素養，也是踐行學生“雙減”負擔的重要途徑。在遺傳學內容教學中，筆者通過自行設計評價作業，嘗試在運用教學、反思教學和反哺教學中提升學生科學思維和科學探究等學科素養，取得了良好效果?，F將教學實操和教學體會分享給大家。

1大量、機械地選用遺傳定律試題對提升學科素養不利

遺傳學試題浩如煙海，既有歷年高考試題，也有不同地市的?？荚囶}，更有教育機構命制的試題。高考試題權的威較高，但反復、機械地訓練不利于提升學生在新情境下解決問題的能力和素養；而模擬試題的命制水平參差不齊，考查方向及考查角度時有偏頗，部分試題甚至出現命制錯誤。很多教師在教學中習慣直接使用成套遺傳學教學資料，或者直接從資源網站上下載、拼湊試題，這些措施所選的試題不是知識點考查重復，就是考查內容零散，難以滿足新課程標準下提升學生學科素養的要求，還給一線教師帶來教學障礙和困惑。

2研究新課程標準中遺傳定律的內容要求

命制遺傳定律作業前，筆者仔細研讀《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》中模塊2《遺傳與進化》中概念3“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”以下重要概念及次位概念，結合新課程標準中對學生學科素養中“科學思維”和“科學探究”的不同水平要求，聯系教學中關于遺傳定律的使用基礎、遺傳模型分析和設計遺傳學實驗等具體要求，以特定植物和模式動物果蠅為情境，設計發展學生學科素養的作業用于教學評價，做到內容滿足“少而精”“少而新”和“少而效”的標準。具體情況試舉如下幾例。

3利于提升學科素養的原創遺傳定律作業舉例

教學中，筆者結合教學體會和實際命題經驗，通過查閱、參考優秀高考試題和大學遺傳學教材等內容創設真實情境，設計題干精準、評價方向科學的作業用于教學。

3.1利用大情境設計作業評價遺傳定律基礎

作業設計：植物X可以自交或雜交，含有N對等位基因，每對等位基因各控制一對相對性狀。假設等位基因間均獨立遺傳，且顯性基因對隱性基因均為完全顯性。

（1）理論上植物X雄蕊能產生__________種雄配子；若植物X自交，子一代中有__________種基因型；子一代中有__________種表型。子一代中純合子所占比例為__________；子一代中雜合子所占比例為__________；子一代中各對基因均為雜合的個體出現比例為__________。

（2）若對植物X進行測交，子一代中有______________種基因型；子一代中有______________種表型。子一代中純合子所占比例為______________；子一代中雜合子所占比例為_________；子一代中各對基因均為雜合的個體出現比例為________。

（3）若植物X花色有紅花和白花兩種，兩種花色由M對獨立遺傳的等位基因控制，且每對基因中至少含有一個顯性基因的個體（A_B_C_D_E_……）開紅花，其余個體開白花。若植物X為M對基因均雜合的紅花植株，讓植物X自交，子一代的性狀及比例為______；對植物X進行測交，子一代的性狀及比例為________。

評價依據：遺傳信息通過配子建立的親子代間的性狀聯系是通過基因分離定律和自由組合定律實現的。為評價學生在新情境下對遺傳定律的深度理解和運用，筆者以模糊生物種類“植物X”為情境設計作業，引導學生打破思維定勢解決問題。在設計的三個評價內容中，主要檢測學生理解N對等位基因在自由組合定律中的變式應用。前兩個問題以一對基因控制一對性狀為情境，主要檢測學生對自交和測交中多對基因遺傳本質的理解，引導學生從一對基因到多對基因的認知提升，這與新課程標準中科學思維水平三中要求的“基于事實和證據，運用歸納的方法概括出生物學規律，并在某一給定情境中，運用生物學規律和原理，對可能的結果或發展趨勢作出預測或解釋”高度契合。第三個問題以基因與性狀的非線性關系為情境，對比基因遺傳與性狀表型的邏輯聯系，讓學生闡明其中的遺傳本質及預測有關遺傳現象。這種評價能讓學生在新問題情境中，采用適當的科學思維方法揭示生物學規律或機制，并選用適當的方法闡明其內涵，這是科學思維中水平四所要求的。

評價反饋：由一對基因的遺傳行為上升到N對基因共同遺傳模式，這需要學生運用不完全歸納法進行列舉、總結和歸納得出。檢測中發現部分學生對N對基因遺傳下的雜合子出現概率不能得出正確答案，這是學生不能科學地理解和運用差值法所致。當雜合子和純合子之和為1時，純合子要求每對基因型均為純合子，概率計算相對簡單，而后直接利用單位1減去純合子的思路便可輕松得出答案。若直接討論各種雜合子出現概率并累加則不是解決問題的有效途徑。另對于M對基因控制一對相對性狀，很多學生難以運用分離定律解決自由組合定律難題，對于不定的“M對等位基因”產生陌生感和困惑，不能準確找出M對基因同時遺傳與一對性狀概率的關系，這是科學思維方法運用不當和思考深度不夠所致。教學中針對學生認識誤區和思維局限，教師需要利用建立數學模型進行有效引導和突破。

3.2利用一題多問模式設計作業判斷顯隱性狀

作業設計：果蠅長翅和殘翅為一對等位基因控制的相對性狀。為判斷顯隱性狀，有人設計實驗，讓長翅雌蠅與殘翅雄蠅雜交，實驗結果有如下幾種情況。在不考慮突變和致死情況下，回答下列問題：

（1）子代雌雄果蠅均為長翅，說明______________。

（2）子代雌蠅均為殘翅，雄蠅均為長翅，說明______________。

（3）子代雌蠅均為長翅，雄蠅均為殘翅，說明______________。

（4）子代雌蠅和雄蠅均為長翅：殘翅=1：1，若以子代果蠅為材料繼續設計實驗判斷顯隱性狀，則實驗思路和預期結果及結論為________________________________。

評價依據：根據遺傳實驗結果或設計實驗判斷顯隱性狀是運用遺傳定律解決實際問題的經典模型。設計作業中，筆者運用一個大情境為基礎，采用類似問題串的多種實驗結果為基點，讓學生根據不同結果判斷顯隱性狀。作業設計融入了常染色體遺傳和伴性遺傳等內容，引導學生從不同類型基因遺傳角度判斷顯隱性狀，對于提升學生學科素養至關重要，這也符合科學探究水平三中“運用多種方法如實記錄和分析實驗結果”的具體要求，對于學生思考和解決此類遺傳模型問題提供了很好的借鑒和參考作用。

評價反饋：對于作業中第（3）問，部分學生不能準確利用XY染色體同源區段上基因遺傳特點進行分析，導致解題失誤。對于第（4）問，筆者采用親本測交的實驗方案，即子代果蠅中一種性狀為隱性，另一種性狀為顯性雜合子的事實背景下，引導學生利用子代果蠅同性狀的雌雄果蠅繼續交配，根據子二代果蠅是否出現性狀分離達到實驗目的。由于部分學生不能理解實驗條件和實驗原理，導致解決問題手足無措，這需要教師結合試題特點，采用假說一演繹法對學生進行思維矯正并建立科學思維模式。

3.3通過書寫遺傳圖解驗證遺傳定律和伴性遺傳

作業設計：果蠅灰體（基因A）對黑體（基因a）為顯性，A/a位于2號常染色體；大翅脈（基因B）對小翅脈（基因b）為顯性，B/b位于3號常染色體；紅眼（基因R）對白眼（基因r）為顯性，R/r位于X染色體?，F以純合灰體小翅脈紅眼雌蠅和純合黑體大翅脈白眼雄蠅為材料，設計兩代雜交實驗驗證如下結論。

（1）若驗證基因A和基因a遵循分離定律，寫出相應遺傳圖解。

（2）若驗證A/a和B/b基因間遵循自由組合定律，寫出相應遺傳圖解。

（3）若驗證果蠅紅眼和白眼性狀為伴性遺傳，寫出遺傳圖解。

評價依據：利用遺傳圖解和必要文字驗證基因遺傳定律，即可評價學生理性思維過程，也可評價學生運用文字和圖示進行表達遺傳內涵的關鍵能力。作業設計中，筆者以果蠅三對相對性狀為情境，以提供的兩種純合子為材料，以驗證分離定律、自由組合定律和伴性遺傳為任務情境，要求學生利用所給材料設計實驗方案，這與科學探究水平三中“基于給定的條件，設計并實施探究實驗方案”的要求高度契合；檢測學生完成探究方案所利用的思維軌跡也滿足科學思維水平三中所要求學生“對可能的結果或發展趨勢作出預測或解釋，并能夠選擇文字、圖示或模型等方式進行表達并闡明其內涵”的評價標準。

評價反饋：在實際評價中，由于驗證遺傳定律需要“由表及里”的邏輯關系，需用觀察到的性狀及比例推測對應親本產生配子時基因的遺傳行為，這需要縝密的科學思維才能完成。試題中，筆者提供的材料為純合子，很多學生不能利用純合子雜交獲取雜合子繼續實驗，這是部分學生不理解用雜合子證明分離定律和自由組合定律的緣由。對于證明伴性遺傳，需要學生明確性狀與性別關聯的概念和本質，以及能證明基因位于X染色體上的兩個特定雜交組合模型，很多學生不能厘清思路導致設計實驗出現困難。教學中，教師需要引導學生認真分析常染色體基因不同交配組合與X染色體上基因不同交配組合的區別與聯系，讓學生深刻理解伴性遺傳的內涵和實質。對于書寫遺傳圖解，很多學生出現漏寫遺傳符號，不寫各代表型及子代性狀比例等情況，教學中筆者結合學生錯誤之處，通過利用如下口訣“遺傳圖解需記牢，配子符號莫漏掉。各代表型基因型，性狀比例要標清”為抓手，引導學生在利用遺傳圖解表達遺傳機制時做到自查自糾，效果很好。

3.4利用不同實驗方案探究基因（間）的位置

作業設計：果蠅長翅對殘翅為顯性，由常染色體上一對等位基因控制；果蠅剛毛和截毛為另一對相對性狀。在不考慮突變和同源染色體交換的前提下，設計實驗方案完成如下問題：

（1）現以純合剛毛雌雄果蠅和純合截毛雌雄果蠅為材料，若設計一次雜交實驗探究控制基因是位于細胞質中、細胞核的常染色體上還是細胞核的X染色體上，則實驗思路、預期實驗結果及結論為________________。

（2）若已知果蠅剛毛（基因F）對截毛（基因f）為顯性，且基因F/f位于染色體上，現以純合剛毛雌雄果蠅和純合截毛雌雄果蠅為材料，設計一次雜交實驗判斷基因F/f位于常染色體還是X染色體上，則實驗思路、預期實驗結果及結論為______________________________________。

（3）若已知果蠅剛毛和截毛的控制基因位于常染色體上?，F有純合長翅剛毛雌蠅和純合殘翅截毛雄蠅為材料，設計實驗判斷兩對等位基因是否位于同一對常染色體上，則實驗思路、預期實驗結果及結論為_________________________________________。

評價依據：生物學學科核心素養中科學探究水平四中明確要求，學生能“設計并恰當可行的實驗方案”“創造性地運用數學方法分析實驗結果”。作業設計中，筆者通過層層遞進的情境設計，以讓學生判斷基因位于細胞核還是位于細胞質、位于常染色體還是位于X染色體上、位于一對染色體還是位于兩對染色體等問題為導向，讓學生由提供的實驗材料，結合實驗要求，科學選用合適的實驗材料和實驗方案完成實驗，這對于學生運用科學探究解決實際問題有著更高要求，是對學生真正解決實際問題能力的綜合檢測，是全面評價學生運用遺傳學思維解決實際問題的重要例證。

評價反饋：教學中，教師發現很多學生對于區分是細胞核遺傳還是細胞質遺傳，不能根據材料特點（即親本顯隱性狀未知）理性運用正交和反交完成實驗，導致實驗思路出現障礙，這是不明確基因遺傳行為和結果關系的錯亂思維所致。對于已知顯隱性狀的情況下，很多學生不能運用特定雜交組合（性染色體同型為隱性性狀和性染色體異型為顯性性狀）進行實驗，導致解題出現問題。對于判斷兩對基因的位置關系，很多學生不能根據子代表型的性狀分離比加以推測基因的位置關系和基因的遺傳行為，這是很多學生出錯的根本。教學中教師需要根據學生的思維障礙，引導學生結合具體材料，聯系基因的遺傳特點，精選合適的實驗方案和程序，通過運用數學分析和建立思維模型等方法推導出相應解決問題的機制，這才是解決此類問題的有效途徑。

遺傳學是高中生物學檢測學生科學思維和科學探究的重要內容，如何在教學中精心設計和運用作業評價，始終是一線教師不斷思考和實踐的課題。在設計評價作業中，一線教師既要不斷研讀新課程標準和高考評價體系，結合新高考試題的命題趨勢，也要精心挖掘和加工試題情境，精選試題評價方向，重點訓練和提升學生科學思維和科學探究等學科素養，引導學生運用核心素養高水平層次標準解決實際問題，并對作業評價中出現的典型問題進行及時高效處理。這才是切實運用作業評價提升學生學科核心素養的根本所在。