隋 璐 （清華大學(xué)附屬中學(xué)永豐學(xué)校 北京 100094）

本節(jié)課是在核心素養(yǎng)理論指導(dǎo)下開展設(shè)計(jì)的。首先結(jié)合課程內(nèi)容，將“性別差異是由性染色體決定”結(jié)論性的概念還原為探究過程，利用真實(shí)的科學(xué)史料引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究、歸納，自主構(gòu)建概念；在“性別由性染色體決定”環(huán)節(jié)，教師通過設(shè)置“預(yù)測正常狀態(tài)下人群中的男女比例”這一基于真實(shí)生活情境、具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生展開探究，從而在新的情境中應(yīng)用概念、主動(dòng)探究、解決問題。

整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)的宗旨圍繞基于問題的學(xué)習(xí)，促使學(xué)生在分析中主動(dòng)學(xué)習(xí)、解決問題，并在探究過程中提高理性思維水平，從而力求實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的課堂。

1 教材分析

1.1 內(nèi)容分析 本節(jié)內(nèi)容是第7單元第2章第4節(jié)的內(nèi)容。第7單元圍繞“生命的延續(xù)和發(fā)展”進(jìn)行展開，第1章是在種群個(gè)體的水平探討生命的延續(xù)和發(fā)展，第2章是探討生命延續(xù)發(fā)展的本質(zhì)，即遺傳信息的傳遞規(guī)律，本節(jié)則是解釋生命延續(xù)發(fā)展中“性別相關(guān)的遺傳信息的傳遞規(guī)律”問題。

本節(jié)主要運(yùn)用本章前3節(jié)的知識(shí)，解釋學(xué)生關(guān)注的人的性別遺傳問題，其本質(zhì)是“控制性別的染色體在親子代間的傳遞規(guī)律”，是概念“基因在親子代間傳遞”的拓展和應(yīng)用。關(guān)于人的性別決定，教材從染色體入手闡釋了性別差異由性染色體決定及生男生女機(jī)會(huì)均等，具體知識(shí)框架如圖1。

圖1 教學(xué)內(nèi)容分析

1.2 教學(xué)重、難點(diǎn)

1）重點(diǎn)：人的性別是由性染色體決定的。

2）難點(diǎn)：生男生女機(jī)會(huì)均等。

2 學(xué)情分析

在思維模式上，初二學(xué)生思維活躍，喜歡探究問題的答案，理性思維開始萌芽，初步學(xué)會(huì)用邏輯思維分析和解釋問題。

在生命觀念上，通過課前的前測顯示，學(xué)生對性別遺傳有一定程度的了解，知道X、Y染色體，有的學(xué)生也了解男、女性染色體組成，但對性別如何決定并不清楚。學(xué)生對性別決定充滿了好奇和求知欲。

3 教學(xué)目標(biāo)

1）知識(shí)目標(biāo)：說明人的性別差異是由性染色體決定的；解釋生男生女機(jī)會(huì)均等。

2）能力目標(biāo)：運(yùn)用歸納概括的方法，總結(jié)得出性別差異由性染色體決定；使用教具或畫圖，推理得出正常狀態(tài)下人群中的男女比例。

3）情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：形成尊重生命、科學(xué)看待生男生女的情感態(tài)度；提高可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任。

4 教學(xué)過程（圖2）

圖2 教學(xué)流程圖

4.1 開門見山，導(dǎo)入新課 課程伊始，教師利用新生嬰兒的圖片，開門見山提問學(xué)生是否能從照片中判斷新生嬰兒的性別，學(xué)生面露難色，因?yàn)閮H從外貌上很難判斷新生嬰兒的性別。教師自然過渡：“不論我們能否判斷這些嬰兒的性別，事實(shí)上他（她）們的性別已經(jīng)決定了。性別是如何決定的？性別又是在何時(shí)決定的？讓我們帶著這些問題一起學(xué)習(xí)第4節(jié)人的性別遺傳?！?/p>

設(shè)計(jì)意圖：利用圖片導(dǎo)入新課，開門見山，簡潔明了。

4.2 由現(xiàn)象及本質(zhì)，通過資料分析，歸納性別差異由性染色體決定 由導(dǎo)入部分的小嬰兒圖片過渡到男孩、女孩圖片，教師指出隨著年齡增長，男、女在外貌形態(tài)、生理功能上表現(xiàn)出很大的差異，這些差異與性別有關(guān)，并提出問題：性別相關(guān)的特征是不是一種性狀？性狀由什么控制？基因存在于哪里？

學(xué)生思考后回答性別相關(guān)的特征屬于性狀，并結(jié)合已有知識(shí)，回答性狀由基因控制，基因存在于染色體上。教師在學(xué)生已有知識(shí)的基礎(chǔ)上,梳理染色體、DNA、基因三者的概念及關(guān)系，形成板書（圖3）。

圖3 染色體、DNA、基因三者概念范圍示意圖

教師引導(dǎo)學(xué)生思考從這3個(gè)層次（分別對應(yīng)細(xì)胞水平、分子水平）中的哪一層次入手研究性別這種性狀，并說出原因。教學(xué)中，學(xué)生可以說出由染色體入手研究性別，因?yàn)槿旧w相比于基因、DNA更容易觀察。由學(xué)生的回答自然過渡到對男、女染色體圖的觀察，學(xué)生依據(jù)學(xué)案問題串，有的放矢地進(jìn)行觀察，3個(gè)問題分別為：①人的體細(xì)胞有多少對染色體？②男、女哪對染色體差異最大？③哪對染色體可能與性別有關(guān)？學(xué)生通過觀察可以分析得出第23對染色體在男女間差異最大，推測可能與性別有關(guān)。

教師利用真實(shí)的性染色體研究科學(xué)史資料，組織學(xué)生開展小組合作探究。學(xué)生2人一組進(jìn)行合作探究，不同組之間拿到的資料不同，在仔細(xì)觀察、分析后，學(xué)生交流表達(dá)對資料的分析過程及結(jié)果，不同小組間進(jìn)行分享交流，最終通過探究構(gòu)建性別差異由性染色決定的重要概念。

資料1：在用半翅目昆蟲蝽做實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在形成生殖細(xì)胞的分裂過程中，雄性體細(xì)胞中含11對染色體和1條不配對的單條染色體，在第1次分裂時(shí)，它移向一極，稱其為未知的X染色體。雄性蝽產(chǎn)生2種類型的精子，一半精子含有X染色體，一半精子不含X染色體。在雌性體細(xì)胞中有12對染色體，其中有2條XX染色體，圖4。

圖4 蝽生殖細(xì)胞的秘密——未知的“X原件”［3］

資料2：在觀察直翅目昆蟲蝗蟲時(shí)發(fā)現(xiàn)，雄性蝗蟲產(chǎn)生的精子中，有2種類型：一半的精子含有副染色體，另一半的精子不含副染色體，并且副染色體在受精時(shí)決定了后代的性別。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，這條副染色體就是雄性體細(xì)胞內(nèi)不配對的那條染色體，圖5。

圖5 蝗蟲生殖細(xì)胞的秘密——奇怪的副染色體［3］

資料3：在用鞘翅目的擬步行蟲做實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)雌雄蟲體細(xì)胞染色體數(shù)目相同，但在雄蟲內(nèi)有一對是異形的（大小、形態(tài)不同），其中一條雌性也有，在雌性中成對出現(xiàn)。另一條在雌性中沒有，非常小，稱其為Y染色體，圖6。

圖6 擬步行蟲生殖細(xì)胞的秘密——不對稱的Y染色體［3］

資料4：在對雙翅目昆蟲黑腹果蠅的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，雌、雄果蠅體細(xì)胞染色體數(shù)目相同，都為4對。但在雄性果蠅中，有一對異形染色體，組成為XY。在雌性果蠅中，為同形染色體，組成為XX，圖7。

圖7 果蠅生殖細(xì)胞的秘密——不對稱的性染色體［3］

此后，教師點(diǎn)明剛才所用的資料其實(shí)就是真實(shí)的性染色體的科學(xué)研究史，并簡述科學(xué)研究史過程（圖 8）。

圖8 性染色體研究之科學(xué)史［3］

其中，1956年華裔科學(xué)家莊有興通過觀察最終明確了人類染色體的組成，但其實(shí)最早觀察到人染色體的并不是莊有興，而是另一位華裔科學(xué)家徐道覺，是因?yàn)榕既坏氖д`將沖洗細(xì)胞的平衡液錯(cuò)配成了低滲溶液，導(dǎo)致細(xì)胞破裂，才首次在顯微鏡下觀察到了鋪展良好的人類染色體。但遺憾的是，由于種種原因，他并沒有堅(jiān)持自己的發(fā)現(xiàn)，最終研究成果由莊有興發(fā)表。教師為學(xué)生講解這段科學(xué)軼事，指出科學(xué)發(fā)現(xiàn)具有偶然因素，但只有鍥而不舍的鉆研精神才能成就必然。

此工藝與氬弧焊打底工藝相比，具有操作設(shè)備簡單，減少背面充氣難度，抗風(fēng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于不易進(jìn)行背面充氣保護(hù)進(jìn)行返修的位置。但同時(shí)對焊工的技能水平也有更高層次的要求，需要焊工手穩(wěn)、經(jīng)驗(yàn)豐富、觀察能力強(qiáng)，并且對鎳基材料的焊接性有足夠的掌握、對缺陷的分析透徹。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生對性染色體科學(xué)研究史資料進(jìn)行分析，通過觀察、分析、歸納，以及小組間的交流分享，自主構(gòu)建得出性別差異由性染色體決定的重要概念。教師通過資料分析，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，進(jìn)行提取信息、分析和歸納的理性思維訓(xùn)練，并通過合作探究培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，以及通過交流培養(yǎng)學(xué)生使用科學(xué)規(guī)范語言進(jìn)行表達(dá)的能力。最終通過探究活動(dòng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位。

教師通過講解科學(xué)史軼事，從而滲透鍥而不舍的科學(xué)精神，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

4.3 引發(fā)認(rèn)知沖突，將所學(xué)新知融入已有知識(shí)結(jié)構(gòu) 在學(xué)生歸納得出性別差異由性染色體決定后，教師提出問題：大家之前學(xué)習(xí)過性狀由基因控制，這是否與之前所學(xué)沖突？通過問題引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，學(xué)生在思考后根據(jù)已知會(huì)回答出：基因在染色體上，因此并不矛盾。教師由此自然過渡到在“基因”層面對性別差異的研究,講解對Y染色體上SRY（Sex-determining region Y）基因的研究發(fā)現(xiàn)，圖9。

圖9 SRY 基因［4］

資料5：隨著分子生物學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，1990年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了Y染色體上的基因SRY，如果該基因突變，擁有XY性染色體的男性表現(xiàn)出女性的性征，如果將SRY基因轉(zhuǎn)入雌性老鼠，老鼠逆轉(zhuǎn)為雄性。SRY作用機(jī)理：這個(gè)基因誘導(dǎo)未分化的性腺形成睪丸，睪丸分泌激素使機(jī)體的其他部分雄性化。反之，發(fā)育為女性。同樣，X染色體上也有決定女性特有性狀的基因。SRY意為“sex determing region of Y chromosome（Y染色體上的性別決定區(qū)域）”，起初只是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的與性別決定有關(guān)的一段染色體片段。后來經(jīng)過不斷細(xì)化分析（特別是缺失定位），找到了該片段中具體的性別決定基因，而SRY也成了這個(gè)基因的符號。SRY基因的產(chǎn)物是睪丸決定因子（Testis determining factor，TDF），因此也就是TDF基因。從基因的名稱上，不難看出該基因在性別分化中所起的關(guān)鍵作用。

由此，再次提問學(xué)生：本質(zhì)上，性別差異是由什么決定的？學(xué)生回答：由基因決定。至此，學(xué)生將性染色體上的基因決定生物體性別相關(guān)性狀與基因控制生物體性狀相聯(lián)系，將新知整合進(jìn)入了原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)意圖：通過設(shè)置認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生批判性學(xué)習(xí)新知識(shí)，構(gòu)建本節(jié)所學(xué)新知與原有認(rèn)知的本質(zhì)聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)順應(yīng)和同化，構(gòu)建性別是由性染色體上的基因決定的概念。

4.4 遷移新知，解決問題，在探究中構(gòu)建生男生女機(jī)會(huì)相等的概念 在學(xué)生已經(jīng)了解性別差異由性染色體上的基因決定后，并且具有基因在親、子代間傳遞規(guī)律的知識(shí)基礎(chǔ)上，教師提出問題：能否根據(jù)已有知識(shí)預(yù)測自然狀態(tài)下人群中的男女比例？學(xué)生以學(xué)案上的問題為思維腳手架，遷移新知，在新情境中應(yīng)用知識(shí)，合作解決問題。

學(xué)案問題：①受精卵中有幾條性染色體？精子、卵細(xì)胞中有幾條性染色體？以性染色體為判斷依據(jù)，男性有幾種精子？女性有幾種卵細(xì)胞？②請通過染色體模型或者畫圖的方式，表示出有性生殖過程中性染色體的變化過程，從而預(yù)測男女比例。

教師利用演示減數(shù)分裂的一套教學(xué)用具（圖10），幫助學(xué)生更直觀地演示生殖過程中性染色體的變化過程，從而深入理解在生殖過程中性染色體的遺傳規(guī)律。學(xué)生已有的認(rèn)知基礎(chǔ)為生殖過程中染色體的變化，了解在形成精子或卵細(xì)胞的細(xì)胞分裂過程中，染色體都要減少一半，每對染色體中各有一條進(jìn)入精子或卵細(xì)胞，在形成受精時(shí)又恢復(fù)了原有的染色體數(shù)目。此時(shí)，學(xué)生將新知遷移到新的問題情境中，通過擺教具模型，或者畫圖的方式，演示生殖過程中性染色體的變化（圖11），并用語言表達(dá)分析的過程和結(jié)果，從而在探究中構(gòu)建生男生女機(jī)會(huì)均等的概念。

圖11 學(xué)生用染色體教具擺出的性染色體遺傳過程

教師進(jìn)一步總結(jié)，在形成精子的細(xì)胞分裂過程中，X染色體、Y染色體分開，產(chǎn)生的含有X的精子、含有Y的精子數(shù)量相等，并且分別與X卵細(xì)胞隨機(jī)結(jié)合，結(jié)合機(jī)會(huì)均等。因此得到XX、XY受精卵數(shù)量均等，也就是生男孩、生女孩的機(jī)會(huì)均等，各占50%。由此也說明，性別是在形成受精卵時(shí)便決定了。

設(shè)計(jì)意圖：教師通過創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生在新情境中遷移新知，并基于與實(shí)際生活聯(lián)系的任務(wù)，應(yīng)用知識(shí)，表示出在生殖中性染色體的遺傳過程，預(yù)測人群中的男女比例，從而在探究中構(gòu)建生男生女機(jī)會(huì)均等的概念。

教師自然過渡，這是理論分析的結(jié)果，實(shí)際情況中如何？在課前已經(jīng)布置了興趣小組的學(xué)生進(jìn)行調(diào)查工作，分別調(diào)查本班、本年級、本校的男生和女生比例。在課上請他們對調(diào)查數(shù)據(jù)（表1）進(jìn)行匯報(bào)。

表1 學(xué)生調(diào)查的不同范圍內(nèi)男、女比例數(shù)據(jù)

教師提出問題：讀取數(shù)據(jù)后，大家發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？學(xué)生提取信息，發(fā)現(xiàn)隨著調(diào)查范圍的擴(kuò)大，男女比例接近1∶1。這和理論預(yù)測是相符合的。教師進(jìn)一步補(bǔ)充歷次人口普查數(shù)據(jù)（表2），并講解：隨著調(diào)查范圍的擴(kuò)大，樣本量逐漸增大，實(shí)際男女的比例也越接近理論分析的結(jié)果。

表2 我國歷年人口普查數(shù)據(jù)

設(shè)計(jì)意圖：通過興趣小組學(xué)生的調(diào)查，展示實(shí)際數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)展示隨著調(diào)查樣本量的逐漸增大，理論數(shù)值與實(shí)際數(shù)值逐漸趨近，進(jìn)一步印證了理論分析。

4.5 進(jìn)行STS教育，尊重生命，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感

在了解了實(shí)際中男女比例接近1∶1的情況后，教師進(jìn)一步補(bǔ)充在局部的情況中男女性別比并非為 1∶1，并展示近 30年出生人口性別比（圖12）。教師引導(dǎo)學(xué)生提取圖表信息，發(fā)現(xiàn)問題，并分析原因及可能后果。學(xué)生提出：近30年我國的出生人口性別比一直偏高，且成逐年遞增趨勢。這是由于傳統(tǒng)觀念導(dǎo)致的，如果長此以往，終究有一部分男性遭遇娶妻難的問題。

圖12 我國近30年出生人口性別比

教師播放一段視頻資料，指出由于傳統(tǒng)觀念作祟，導(dǎo)致出現(xiàn)非醫(yī)學(xué)需要的胎兒性別鑒定和非醫(yī)學(xué)需要的人工終止妊娠的行為，這是對生命的不尊重，也是非法行為，長此以往將會(huì)影響社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

課程最后，教師指出每個(gè)生命的由來都是億萬個(gè)精子競爭和卵細(xì)胞結(jié)合機(jī)會(huì)的結(jié)果，每個(gè)生命都是最優(yōu)秀的。引導(dǎo)學(xué)生站在尊重生命的角度,科學(xué)對待生男生女，樹立社會(huì)責(zé)任意識(shí)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)語

本節(jié)課基于生物學(xué)科核心素養(yǎng)理論，力圖實(shí)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位。在概念形成階段，教師提供豐富的生物學(xué)事實(shí)，學(xué)生自行探究歸納、構(gòu)建概念。在概念應(yīng)用階段，教師提出基于真實(shí)情境的問題，學(xué)生應(yīng)用概念、完成任務(wù)，形成生男生女機(jī)會(huì)均等的認(rèn)識(shí)。在概念拓展階段，學(xué)生閱讀圖表、觀看視頻，拓展對概念的深入認(rèn)識(shí)，形成尊重生命、科學(xué)看待生男生女的情感態(tài)度。

“教育不是把桶灌滿，而是把火點(diǎn)燃?！眻?jiān)持學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的合作者，將課堂還給學(xué)生。