基于概念的高中生物學學習進階教學設計

摘 要：學習進階教學通過幫助學生充分理解概念，有效發(fā)展學生的生物學學科核心素養(yǎng)。本文以“基因突變及其他變異”一章內容為例，展示了基于概念的學習進階教學設計路徑，以期為一線教師的教學活動提供參考。

關鍵詞：概念；教學設計；學習進階；核心素養(yǎng)

文章編號：1003-7586（2024）09-0037-04 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

“基因突變及其他變異”是人教版普通高中教科書《生物學·必修2·遺傳與進化》（以下簡稱“教材”）第5章的內容，是對學生前期所學知識的綜合性運用，同時為學生后續(xù)學習教材第6章“生物的進化”內容奠定理論基礎。然而，該章涉及基因與染色體在分子水平上的變化，其變化過程的微觀性和相關概念的抽象性導致部分學生學習本章內容時存在困難。學習進階是“對學生在一個時間跨度內學習和探究某一主題時，依次進階、逐級深化的思維方式的描述”。 ［1］其本質特征是由簡到難、逐步深化的過程。因此，學習進階通過圍繞核心概念連續(xù)、遞進地展開設計，引導學生充分理解概念，從而幫助學生突破重難點，建立完整的知識體系。基于此，本文以“基因突變及其他變異”一章為例，詳述以概念為基礎進行學習進階的教學設計，幫助學生突破學習過程中的重難點，以期為一線教師的教學活動提供參考。

1 教學設計思路

本章可以分為“遺傳信息的變化類型”和“人類遺傳病”兩個部分。“遺傳信息的變化類型”包含基因突變、基因重組和染色體變異三節(jié)內容。“人類遺傳病”包含人類遺傳病類型、人類遺傳病的人群調查與人類遺傳病的預防和檢測三節(jié)內容。教師需要結合教材具體內容分析，從而確定本章的教學設計思路，具體設計思路如圖1所示。

2 進階維度的劃分

進階維度是學生從進階起點到進階終點過程中所要經(jīng)歷的“路徑”。《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）詳細描述了概念的內容要求，教師通過分析概念的內容要求可以厘清該概念下的學習進階維度。本章內容對應《課程標準》模塊2中的重要概念“3.3 由基因突變、染色體變異和基因重組引起的變異是可以遺傳的”。筆者可以從中分析得出，學生經(jīng)過本章的學習后應該掌握“遺傳信息的改變可以引起生物性狀的變化”和“遺傳信息改變引起的生物性狀變化可以遺傳”兩方面內容。從教材內容的角度進行分析，第1節(jié)“基因突變和基因重組”和第2節(jié)“染色體變異”共同指向“遺傳信息的改變可以引起生物性狀的變化”這一重要概念；第3節(jié)“人類遺傳病”則指向了“遺傳信息改變引起的生物性狀變化可以遺傳”這一次位概念，并且分別對應教學設計思路中“遺傳信息的變化類型”和“人類遺傳病”兩個結構。結合以上內容的分析，可以得出本次學習進階教學設計的兩個次位概念。

在以概念為基礎的學習進階教學設計中，進階的維度通常由核心概念衍生出的次位概念構成 ［2］，這些次位概念也可以被拆解為更細致的進階維度。例如，在次位概念1中涉及基因突變、基因重組和染色體變異三個知識點，前兩者從基因層面闡述生物變異，其中基因突變與基因重組的概念能幫助學生深刻理解染色體變異的本質。因此教師可以將次位概念1拆分為“基因突變與基因重組”和“染色體數(shù)目與結構變異”兩個進階維度，這樣更符合學生認知發(fā)展的邏輯。本次學習進階設計的三個進階維度如圖2所示。

3 進階起點的制定

進階起點是學生在進行學習活動前積累的知識基礎、生活經(jīng)驗和能力水平，制定進階起點的關鍵在于學情分析。在開展本章主題教學前，學生對基因的本質、基因與性狀的關系已具有清晰的認識。此前，學生通過深入學習教材第2章關于減數(shù)分裂與受精作用的內容，進一步理解了基因重組的內涵。同時，學生也初步認識到遺傳物質引起的變異可以遺傳，且遺傳變異的原理可以運用于育種之中。但是學生對于遺傳變異的條件與育種的基本原理仍缺乏深入理解。此外，學生通過接觸如航天育種、核輻射導致的生物變異、吸煙會導致肺癌等相關新聞報道，積累了環(huán)境因素會影響基因表達的初步認知和理解。以上知識基礎和生活經(jīng)驗雖然有助于學生更深入地理解基因突變的原因及其本質，但同時也可能引導學生造成誤解，即認為基因突變僅帶來負面影響，從而產(chǎn)生不正確的理解。在能力水平方面，學生通過此前內容的學習已經(jīng)培養(yǎng)了良好的識圖能力與歸納總結的能力，但是學生感知微觀世界的能力相對較弱（見圖3）。

學生

知識基礎：知道基因的概念、基因與性狀的關系、減數(shù)分裂與有性生殖的具體過程、遺傳變異的基本特點與運用

生活經(jīng)驗：知道航天育種、核輻射引起生物變異、吸煙導致肺癌，這可能會使學生產(chǎn)生基因突變只有害處的錯誤認知

能力水平：具有識圖、歸納總結能力，但對微觀世界的感知能力不足

4 學習進階的預設

學習進階的預設包含確定成就水平與制定預期表現(xiàn)兩個部分。成就水平指學生在學習進階過程中達到進階終點前的一系列中間水平，體現(xiàn)了學生的思維發(fā)展過程。本次學習進階的教學設計中，成就水平的劃分與層級描述參考香港大學教育心理學教授彼格斯（J. B. Biggs）提出的SOLO分類理論。彼格斯認為在認知發(fā)展過程中，學生對不同的問題或任務的回答呈現(xiàn)出由簡單到復雜、逐級遞增的螺旋上升趨勢，不同層次的回答水平反映了學生思維結構的差異。 ［3］SOLO分類理論各層級應表現(xiàn)出的特征如表1所示。

在SOLO水平層級中，前結構層次表示學生尚未能在現(xiàn)象與概念之間建立聯(lián)系，僅掌握了一些零散的知識片段和生活經(jīng)驗。鑒于此，將這一層次確定為學習進階教學的進階起點。

水平預期表現(xiàn)則是指學生在每一個成就水平上應該展現(xiàn)的概念理解程度與運用概念解決問題的能力水平。水平預期表現(xiàn)可以幫助教師判斷學生的思維發(fā)展水平，從而在學習進階過程中調整教學計劃。以維度1“基因突變與基因重組”為例，本次學習進階的預設如表2所示。

在該表中，水平0是學習進階的進階起點，表示學生已有的知識經(jīng)驗。教師應在此階段進行差異化的學情分析，明晰學生的前科學概念和認知差異。在此基礎上，教師應發(fā)揮學生的長處，彌補其不足，引導學生實現(xiàn)概念的轉變和認知的升級。水平4是學習進階的進階終點，反映了學生在學習后應該達到的綜合運用知識的能力水平。

5 設計教學過程

5.1 厘清學習軌跡

合理的學習軌跡應基于學習進階的本質特征，由低水平階段向高水平階段逐漸發(fā)展，既是概念進階的過程，也是學生思維進階的過程。以維度1“基因突變與基因重組”為例，其進階軌跡如圖4所示。

5.2 設計教學活動

教學活動是學習進階實踐過程中最重要的環(huán)節(jié)，一個好的教學活動設計可以充分調動學生的積極性，激發(fā)學生的學習興趣，幫助學生更好地理解與遷移概念，發(fā)展學生的生物學學科核心素養(yǎng)。教學活動的設計以學習進階的預設路徑為主線開展。本次學習進階中，維度1“基因突變與基因重組”的教學活動如表3所示。

6 教學反思

教師在本次學習進階的教學設計中，以學生已學的知識為基礎，以學生應掌握的知識為目標，圍繞學生的能力開展教學活動，并圍繞核心概念細化分設多個概念維度，層層遞進，幫助學生充分地理解、整合本節(jié)課涉及的眾多概念，建立起系統(tǒng)的知識體系，提高學生遷移和應用知識的能力。

然而，本教學設計也存在一定的不足。例如，本次學習進階是基于《課程標準》的重要概念而非大概念建立的，從而可能會導致學生無法有效建立不同重要概念之間的相互聯(lián)系。此外，本教學設計尚未充分納入評價與檢驗環(huán)節(jié)，可能導致預期教學目標與實際學習成果之間出現(xiàn)偏差。鑒于以上問題，未來的研究與教學實踐改進工作顯得尤為關鍵。

參考文獻

［1］姚建欣，郭玉英.為學生認知發(fā)展建模：學習進階十年研究回顧及展望［J］.教育學報，2014，10（5）：35-42.

［2］楊玲.基于大概念的初中“生物與環(huán)境”學習進階設計［J］.生物學教學，2020，45（7）：16-18.

［3］彼格斯，科利斯.學習質量評價：SOLO分類理論（可觀察的學習成果結構）［M］.高凌飚，張洪巖，譯.北京：人民教育出版社，2012.