高中生物學課堂中學科關鍵能力的培養策略

［摘 要］生物學學科關鍵能力是構成學生學科核心素養的重要組成部分。文章以“染色體數量變異”一課為例，探究高中生生物學學科關鍵能力的培養路徑。通過深入分析發現，培養高中生生物學學科關鍵能力的策略包括創設真實情境、問題引導、構建模型、運用模型等。這些策略有助于突破教學難點，促進高中生生物學學科關鍵能力的發展，進而提升其學科核心素養。

［關鍵詞］高中生；學科關鍵能力；培養策略；染色體數量變異

［中圖分類號］" " G633.91" " " " " " " " ［文獻標識碼］" " A" " " " " " " " ［文章編號］" " 1674-6058（2025）05-0088-04

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）提出：“學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。”[1]生物學學科關鍵能力是指在面對不同生物學學科相關情境時，所展現的面對問題、分析問題和解決問題的能力。高中生的生物學學科關鍵能力不僅包括閱讀理解能力、信息提取能力、歸納總結能力、理論聯系實際能力和演繹推理能力，還包括動手操作能力和實驗設計能力等[2]。培養高中生的生物學學科關鍵能力，應以核心素養的四個方面為指導，并在培養關鍵能力的同時提升學生的學科核心素養。

一、教學內容分析

（一）研讀課標，明確要求

高中生的生物學學科關鍵能力的培養涉及多個方面。在《課程標準》的指導下，教師應結合教材內容，針對生物學學科關鍵能力的培養要素，設置教學環節，優化課堂結構，引導學生高效學習，在課堂教學中有效培養學生的生物學學科關鍵能力。

《課程標準》中強調了大概念“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”，重要概念“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”，次位概念“舉例說明染色體結構和數量的變異都可能導致生物性狀的改變甚至死亡”，以及下位概念“染色體數量變異”。“染色體數量變異”是本節內容的教學重難點。“染色體組”是本節課的重要概念，因其遠離學生日常生活且較為抽象，在教學過程中需要重點突破。

（二）解讀教材，研析策略

“染色體變異”是蘇教版高中生物學教材（2019版）必修2第三章第一節的內容，主要聚焦于染色體數量變異。該節在教材中起著承上啟下的作用，既承接了前一節關于細胞分裂和基因重組的內容，又為下一節“人類遺傳病”中染色體異常遺傳病的學習奠定了基礎。在教學過程中，教師可通過構建果蠅染色體組的物理模型，引導學生體驗建模思維過程，在理解和掌握“染色體組”這一生物學概念的基礎上，培養學生的構建模型和運用模型能力、科學思維能力和動手操作能力；通過創設真實情境和問題情境，引導學生在閱讀資料和觀看視頻的過程中提取關鍵信息，通過問題串逐步理解單倍體、二倍體和多倍體的概念，培養學生的信息提取能力和理論聯系實際能力；通過科學探究實驗，引導學生對實際生活中的現象提出問題，結合資料做出假設，并設計和實施實驗，在科學探究中培養學生的科學思維能力、科學探究能力和動手能力。

二、核心素養目標

本節課圍繞著染色體組和染色體數量變異這兩個核心內容展開，通過問題串的引導和模型構建的過程，激發學生思考，幫助他們深入理解染色體組等概念。在《課程標準》的指導下，筆者結合教材內容，基于學生本階段的認知特點和發展需求，確立了如表1所示的核心素養目標。

三、關鍵能力的培養策略

（一）構建物理模型，培養演繹推理能力和科學思維能力

《課程標準》在學科核心素養的科學思維方面明確提出，要培養學生的“模型與建模”思維[1]。模型建構作為一種通過構建模型來研究、揭示原型的形態、特征和本質的方法，是生物學教學的基本方法之一。在生物學課堂教學中，教師應引導學生構建模型、分析模型，并在此過程中幫助學生建立核心概念，引導學生進行科學探究，進而培養演繹推理能力和科學思維能力[3]。

【教學片段1】

教師提供情境資料1：

師：這里有一些圖形，請大家對這些圖形進行分組。哪位同學來說一說你是如何分組的？

生1：我將其分為兩組，兩個三角形為一組，兩個月牙形為一組。

生2：我也將其分為兩組，每組中都是一個三角形和一個月牙形。

師：兩位同學的分組方式都沒有問題。如果大家是研究員，需要對這組圖形進行研究，你們覺得哪種分組方式會更好呢？

生：第二種分組方式更好，因為每一組都包含了所有圖形的類型，任意挑選一組都可以進行全面的研究。

師：現在要對果蠅的染色體進行研究，你會如何對它們進行分組？

師：每兩位同學為一組，每組會發一個材料包，請同學們利用材料包內的材料找出并拼出果蠅的全部染色體。在拼之前先回顧一下幾個關于果蠅染色體的知識點。果蠅一共有多少條染色體？

生：一共有8條。

師：這8條染色體是如何組成的？

生：由3對常染色體和1對性染色體組成。

（學生分組進行果蠅染色體模型的構建，教師請一組學生上臺展示。）

師：同學們已經構建好了果蠅染色體模型，現在請把你們構建的果蠅染色體模型進行分組，并請一位同學上臺展示，說一說分組的理由。

（學生上臺展示。）

生：我采用了和之前圖形分組類似的方法，把不同的染色體分到了一組，共分成兩組。作為實驗員，我只需要研究其中的一組共4條染色體，就可以了解果蠅的全部染色體信息，而不需要把8條染色體全部研究一遍，這樣可以節約寶貴的時間。

師：這一組染色體有什么特點呢？

生：它們的大小和形態各不相同，是一組非同源染色體。

師：這樣一組在細胞中相互協調，共同控制生物的生長、發育、遺傳和變異的染色體，稱為一個染色體組。

【教學分析】

在教學片段1中，教師創設了真實情境，讓學生分組對常見的圖形進行分類。這一設計提高了學生的接受度和參與度。圖形分組過程既為學生構建果蠅染色體組的概念做好了思維上的準備，也為學生深入理解染色體組這一概念奠定了基礎。

接著，教師引導學生運用圖形分組的思維，構建果蠅染色體組的物理模型，使抽象的概念形象化。在問題串的引導下，學生集中注意力，跟隨教師的思路一步步思考，最終構建出染色體組的概念模型。本教學片段不僅培養了學生的構建模型和運用模型能力，還培養了學生的演繹推理能力和科學思維能力。

（二）創設真實情境，培養信息提取能力和理論聯系實際能力

《課程標準》中指出，在解決真實情境中的實際問題時所表現出來的價值觀、必備品格與關鍵能力，是學生知識、能力、情感態度與價值觀的綜合體現[1]。在本節課中，教師選取學生生活中常見的動物——蜜蜂作為情境素材，設置層層遞進的任務活動和問題，引導學生在做中學，培養學生的信息提取能力和運用理論知識解決實際問題的能力。

【教學片段2】

教師提供情境資料1：

教師提供情境資料2：蜜蜂分為蜂王（2n=32），雄蜂（n=16）和工蜂（2n=32）。蜂王（2n=32）產生卵細胞（n=16），卵細胞可不經過受精作用直接發育成雄蜂（n=16）。雄蜂產生精子（n=16），精子和卵細胞結合形成受精卵，受精卵發育成幼蟲（2n=32）。幼蟲（2n=32）吃5天蜂王漿，16天發育成蜂王（2n=32）；吃2到3天蜂王漿，21天發育成工蜂（2n=32）。工蜂無生殖能力。

師：這3種蜜蜂都是由什么發育而來的？

生：蜂王和工蜂由受精卵發育而來，雄蜂由卵細胞發育而來。

師：由配子直接發育而來的個體是單倍體。因此，雄蜂是幾倍體？

生：雄蜂是單倍體。

師：蜜蜂的細胞內都有幾個染色體組？

生：蜂王和工蜂有2個染色體組，雄蜂有1個染色體組。

師：由受精卵發育而來、細胞內有2個染色體組的蜂王和工蜂就是二倍體。那么，作為單倍體的雄蜂有什么特點？作為二倍體的蜂王和工蜂又有什么特點？

生1：單倍體雄蜂比二倍體蜂王和工蜂的個頭要小，染色體數量是蜂王和工蜂的一半，并且不育。

生2：二倍體的蜂王和工蜂個頭大，具有生育能力，可以產生生殖細胞。

教師提供情境資料3：

師：這是我們生活中常見的玉米、馬鈴薯和香蕉。玉米有2個染色體組，馬鈴薯有4個染色體組，香蕉有3個染色體組，它們是幾倍體呢？

生：玉米是二倍體，馬鈴薯是四倍體，香蕉是三倍體。

師：三倍體、四倍體也可以統稱為多倍體。

【教學分析】

本教學片段通過創設真實情境，提供了豐富的圖片和文字資料。通過設置層層遞進的問題，引導學生有目的地提取關鍵信息，并進行歸納總結。在回答問題的過程中，學生理解了單倍體、二倍體和多倍體的概念。本教學片段有效培養了學生的信息提取能力和總結能力。

【教學片段3】

教師提供情境資料1：

師：享譽世界的某音樂指揮家，在音樂指揮上有著驚人的天賦。但是，他患有一種先天性疾病——先天愚型。資料中呈現了他的染色體圖，大家觀察一下，他的染色體和正常人的染色體有什么不同？

生：他比正常人多了一條染色體，而且是第21對染色體中多了一條。

師：先天愚型又稱21三體綜合征，患者的體細胞共有47條染色體。這屬于染色體數量變異中的個別染色體數量的增加。

教師提供情境資料2：

師：資料中展示的是果蠅的染色體，左邊是正常染色體，右邊染色體的數量增多了。它是以什么形式增加的？

生：它是以染色體組的形式成倍增加的。

師：這屬于染色體數量變異中的一種類型，即以染色體組的方式成倍增加或減少。大家回憶一下，我們剛上課時提到的培育出的無子西瓜是否屬于染色體數量變異？

生：屬于。

師：它屬于染色體數量變異的哪一種類型？

生：以染色體組的方式成倍增加。

師：前面展示的無子西瓜有幾個染色體組？

生：3個。

師：大家思考一下，3個染色體組能否正常進行減數分裂？能否正常聯會？

生：應該不能。

師：因此無子西瓜是不育的。

【教學分析】

本教學片段通過“教師呈現資料—教師提問引導—學生提取信息并回答—教師再次提問引導—學生歸納總結并回答”的教學過程來完成染色體數量變異的教學。教師通過展示資料，提升了學生學習生物學的興趣，并引導學生用生物學知識解釋生活中的問題。在這種教學模式中，教師的提問吸引了學生的注意力，通過一問一答的方式，提升了學生思考問題的能力、信息提取和歸納的能力以及理論聯系實際解決問題的能力。

（三）設置探究性實驗，培養動手操作能力和科學探究能力

探究性實驗相比其他類型的實驗，對學生和教師均提出了更高的要求。教師需要創設情境，提出啟發性問題，引導學生自主探索、設計實驗方案、動手做實驗、與同學合作交流、分析實驗結果、得出正確結論。這類實驗一般包括提出問題、做出假設、設計實驗、實施實驗、得出結論等幾個步驟，強調學生的自主探究[4]。在探究實驗的過程中，學生的動手操作能力和科學探究能力得到了有效的提升。

【教學片段4】

教師提供情境資料1：

師：多倍體植物有什么特點？

生：多倍體植物通常莖、葉、果實和種子較大，營養價值相對較高。

師：既然多倍體有這么多優點，那么我們如何獲得多倍體植物呢？

教師提供情境資料2：

植物分生組織細胞在進行有絲分裂時，用低溫處理或滴加秋水仙素，能夠抑制紡錘體的形成，使加倍后的染色體無法均等被拉向細胞兩極，從而無法分裂成兩個子細胞。

師：根據資料2，你覺得可以用什么方法來獲得多倍體植物？

生：低溫誘導或滴加秋水仙素。

師：4人為一組，分工合作，設計出實驗方法并實施實驗。

【教學分析】

在教師的引導下，學生積極主動地投入到自主學習和實驗探究活動中。學生通過顯微鏡觀察到了加倍的染色體，從而加深了對染色體數量變異的理解，培養了科學思維、動手操作能力以及科學探究能力。

模型構建、真實情境創設和實驗探究等教學策略的實施，有力地促進了學生生物學學科關鍵能力的培養。本文中的多個教學片段均創設了真實情境，因為只有在恰當的情境鋪設下，才能更好地開展問題式教學和模型構建。學生通過親自構建果蠅染色體組的物理模型和概念模型，不僅了解了模型構建的過程和思路，還進一步提升了科學思維能力以及構建模型和運用模型的能力。可以說，學生生物學學科關鍵能力的培養貫穿于教學的每一個環節中。

［" "參" "考" "文" "獻" "］

[1]" 中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準：2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]" 楊桂華.例談高中生物學學科關鍵能力的培養：以“染色體變異”為例[J].中學生物學，2020，36（6）：67-68.

[3]" 孫國華.高中生物教學與模型建構[J].天津教育，2013（23）：104-106.

[4]" 劉恩山.中學生物學教學論：第2版［M］.北京：高等教育出版社，2009．

（責任編輯" " 羅" " 艷）