蘇明學(xué)

（北京理工大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100089）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確了學(xué)科目標(biāo)從知識點的記憶、理解與簡單應(yīng)用，轉(zhuǎn)變?yōu)樯^念、科學(xué)思維、科學(xué)探究與社會責(zé)任等學(xué)科核心素養(yǎng)的培育，要求教師必須提升教學(xué)設(shè)計的站位，即從關(guān)注課時計劃轉(zhuǎn)變?yōu)閱卧w設(shè)計。本文依據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)業(yè)要求，將減數(shù)分裂、遺傳的染色體學(xué)說、伴性遺傳等內(nèi)容作為一個學(xué)習(xí)單元，制定一套包括單元名稱與課時分配、單元目標(biāo)與評價任務(wù)、學(xué)習(xí)過程與學(xué)后反思等要素組成的有機整體，即單元學(xué)習(xí)方案。其中，將評價任務(wù)列于單元目標(biāo)與學(xué)習(xí)過程之間，起到承上啟下的作用：上接單元目標(biāo)，以視其與目標(biāo)的匹配性；下連并嵌入學(xué)習(xí)過程，從而達成目標(biāo)、教學(xué)與測評三者之間的一致性［1］。提供學(xué)習(xí)反思支架，旨在引導(dǎo)學(xué)生對學(xué)習(xí)過程進行回溯和反思，促進知識、技能向?qū)W科核心素養(yǎng)的過渡或升華。以基本問題為引領(lǐng)，著力改變知識點的碎片化教學(xué)，以實現(xiàn)教學(xué)設(shè)計與素養(yǎng)目標(biāo)的有效對接。

1 單元學(xué)習(xí)內(nèi)容

一個單元就是一個完整的學(xué)習(xí)故事。減數(shù)分裂、遺傳的染色體學(xué)說的提出及求證、孟德爾遺傳定律的細胞學(xué)解釋、伴性遺傳等內(nèi)容就組成了這樣一個層層遞進、引人入勝的學(xué)習(xí)故事。1865年孟德爾發(fā)現(xiàn)了遺傳因子的分離與自由組合定律，只是根據(jù)一種或多種不同性狀的2 個個體雜交中的數(shù)據(jù)推衍的，還不能科學(xué)解釋遺傳定律的實質(zhì)，至于遺傳因子究竟是一種客觀存在，還是抽象符號更是不得而知。1903年薩頓根據(jù)配子形成過程中染色體與遺傳因子的行為平行一致的事實，大膽地提出了遺傳的染色體學(xué)說。1910年摩爾根及其學(xué)生通過果蠅系列雜交實驗，以確鑿的實驗證據(jù)、縝密的邏輯推理最終證實了該學(xué)說。一旦“基因在染色體上”得以證明，即可運用減數(shù)分裂的相關(guān)知識對孟德爾遺傳定律作出細胞學(xué)解釋，把握其實質(zhì)，并可闡明伴性遺傳現(xiàn)象背后的遺傳方式。上述遺傳科學(xué)發(fā)展史組成了一幕 “困惑→聯(lián)想→假說→求證→解釋”動態(tài)圖景（圖1），因而構(gòu)成了一個完整的學(xué)習(xí)單元，至于單元名稱不必拘泥于教材章節(jié)標(biāo)題，可定為“遺傳的細胞學(xué)基礎(chǔ)”，以統(tǒng)攝具體內(nèi)容。本單元與上一個單元之間的邏輯關(guān)系及課時分配見圖2。

圖2 單元間和單元內(nèi)學(xué)習(xí)內(nèi)容邏輯關(guān)系及課時分配

2 單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

單元目標(biāo)，即此單元要解決什么問題，期望學(xué)生學(xué)會什么。這是教師在開展教學(xué)活動之前，首先要想清楚的問題，即“以終為始”，從學(xué)習(xí)結(jié)果開始逆向思考，只有明確知道預(yù)期結(jié)果，才能專注于最有可能實現(xiàn)這些結(jié)果的內(nèi)容、方法和活動［2］。

制定單元學(xué)習(xí)目標(biāo)，需要依據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)業(yè)要求和學(xué)習(xí)內(nèi)容，除此之外，還需要考慮學(xué)生的認(rèn)知儲備和認(rèn)知心理。內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)如下：

概念3 遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳

3.1 親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA 分子上

……

3.2 有性生殖中基因的分離和重組導(dǎo)致雙親后代的基因組合有多種可能

3.2.1 闡明減數(shù)分裂產(chǎn)生染色體數(shù)量減半的精細胞或卵細胞

3.2.2 說明進行有性生殖的生物體，其遺傳信息通過配子傳遞給子代

3.2.3 闡明有性生殖中基因的分離和自由組合使得子代的基因型和表型有多種可能，并可由此預(yù)測子代的遺傳性狀

3.2.4 概述性染色體上的基因傳遞和性別相關(guān)聯(lián)

3.3 由基因突變、染色體變異和基因重組引起的變異是可遺傳的

……

由內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)可知，概念3 由3 個重要概念支撐，其中3.1 分析遺傳的分子基礎(chǔ)，3.2 則探討遺傳的細胞基礎(chǔ)。在3.2 中，減數(shù)分裂是基礎(chǔ)，學(xué)生只有理解減數(shù)分裂過程中染色體的行為變化規(guī)律，才能闡明3.2.1、3.2.3 和3.2.4 這3 個次位概念。減數(shù)分裂不僅是遺傳的細胞學(xué)基礎(chǔ)，也是變異的細胞學(xué)基礎(chǔ)。因此，重要概念3.2 能促進重要概念3.3 的理解。

從學(xué)業(yè)要求來看，學(xué)完本單元后，學(xué)生能運用細胞減數(shù)分裂的模型，閘明遺傳信息在有性生殖中的傳遞規(guī)律（生命觀念、科學(xué)思維）。

從學(xué)生的認(rèn)知儲備和認(rèn)知心理分析，在學(xué)習(xí)本單元之前學(xué)生已具備有絲分裂和孟德爾遺傳定律的相關(guān)知識，迫切想知道減數(shù)分裂是如何產(chǎn)生染色體數(shù)目減半、組成多樣的配子的；學(xué)生尚不清楚科學(xué)家將基因定位在染色體上的過程與方法，亦不能科學(xué)地解釋遺傳因子分離與重組的原因及伴性遺傳現(xiàn)象等。

制定單元學(xué)習(xí)目標(biāo)時，應(yīng)將內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)業(yè)要求、學(xué)習(xí)內(nèi)容、認(rèn)知儲備與認(rèn)知心理等因素融為一體，綜合考慮。因此，確定本單元的學(xué)習(xí)目標(biāo)如下：

1）闡明有性生殖的后代具有更大變異性和更強適應(yīng)性的原因，進而領(lǐng)悟“進化與適應(yīng)觀”。

2）建立減數(shù)分裂模型，并運用該模型闡明孟德爾遺傳定律和伴性遺傳規(guī)律的實質(zhì)。

3）探討遺傳的染色體學(xué)說提出和求證過程，從而領(lǐng)悟：“質(zhì)疑是思考的視角、實證是判斷的尺度、邏輯是論辯的準(zhǔn)繩”。

4）運用伴性遺傳規(guī)律，解決相關(guān)實際問題。

3 單元評價任務(wù)

“學(xué)業(yè)評價促發(fā)展”是新課程的重要理念之一。形成性評價有別于終結(jié)性評價，能及時診斷學(xué)習(xí)目標(biāo)的達成度，從而矯正教學(xué)行為，調(diào)節(jié)教學(xué)進程，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。因此，需要將形成性評價嵌入學(xué)習(xí)過程，使之成為學(xué)生學(xué)習(xí)和知識構(gòu)建的必要環(huán)節(jié)，從而達成目標(biāo)、教學(xué)和測評三者之間的一致性。

如何進行形成性評價？這需要依據(jù)單元目標(biāo)設(shè)計評價任務(wù)。所謂評價任務(wù)，即讓學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)，并通過收集學(xué)生完成任務(wù)的表現(xiàn)情況等證據(jù)檢測學(xué)生的目標(biāo)達成度。本單元的評價任務(wù)如下：

1）比較與分類：同源染色體是成對存在的，染色體的相同位點上有控制同一性狀的基因，但基因本身可能會有不同的等位基因，因此性狀會產(chǎn)生不同的表現(xiàn)形式。圖3中，1 號染色體上有4 個不同的基因，分別用字母F、g、h、J 表示。2～5 號染色體是1 號染色體可能的同源染色體。仔細觀察這些染色體及其所含有的基因，找出1 號染色體的同源染色體。

圖3 同源染色體與等位基因之間的關(guān)系［3］

2號染色體和1 號染色體同源嗎？為什么？

3 號染色體和1 號染色體同源嗎？為什么？

4 號染色體和1 號染色體同源嗎？為什么？

5 號染色體和1 號染色體同源嗎？為什么？

2）分析與預(yù)測：如果某自花傳粉的植物細胞中有2 對染色體：A 和a、B 和b，由于減數(shù)第一次分裂同源染色體在赤道板排列方式的不同，該植物可能產(chǎn)生幾種配子？產(chǎn)生的后代可能有幾種染色體組合？

3）比較與判斷：圖4中的A 表示在前期Ⅰ的最后階段，同源染色體聯(lián)會并形成四分體，B 表示非姐妹染色單體互相交叉。請思考：復(fù)制前染色體是怎樣的？該細胞能產(chǎn)生幾種基因型的配子？若沒有發(fā)生染色體交叉，能產(chǎn)生幾種基因型的配子？

圖4 非姐妹染色體之間的交叉互換［3］

4）對比分析：減數(shù)分裂與有絲分裂的區(qū)別表現(xiàn)在哪些方面?從遺傳學(xué)角度來看，這2 種分裂各有什么意義？

5）科學(xué)解釋：雜合子自交為什么會出現(xiàn)性狀分離和重組？

6）作出預(yù)測：有一個視覺正常的女子，其父親是色盲。該女子與正常視覺的男子結(jié)婚，若男子的父親是色盲。問這對配偶所生子女視覺將如何？

4 單元學(xué)習(xí)過程

單元學(xué)習(xí)過程，即要經(jīng)歷怎樣的學(xué)習(xí)才能達成目標(biāo)。因此，學(xué)生應(yīng)明晰自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)和將要面對的評價任務(wù)，領(lǐng)悟?qū)W習(xí)這些內(nèi)容的意義和價值；教師應(yīng)規(guī)劃教學(xué)程序、凝聚優(yōu)質(zhì)資源、安排學(xué)習(xí)活動。

為保證學(xué)習(xí)過程的有效性和參與性，教師應(yīng)依據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計基本問題，以此吸引學(xué)生通過探究、調(diào)查、實驗、分析和解決問題等，發(fā)現(xiàn)并構(gòu)建相關(guān)概念。學(xué)生不僅需要有足夠的機會探究和體驗概念的形成過程，并獲得相應(yīng)的知識和技能，以達到預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)；而且需要有充足的機會與同伴（包括教師）交流、評價學(xué)習(xí)成果，并及時根據(jù)反饋反思、修改和完善其觀點。由此可見，問題、思考、評價、反思4 個關(guān)鍵環(huán)節(jié)保障了學(xué)習(xí)過程的有效性和參與性。本文僅就“問題”和“反思”進行具體論述。

4.1 基本問題 基本問題的“基本”有以下4 種內(nèi)涵。①指向事物的核心——本質(zhì)；②指向?qū)W科的核心思想；③學(xué)習(xí)核心內(nèi)容所需的東西，即幫助學(xué)生有效探究、厘清重要而復(fù)雜的觀點、知識和技能；④能最大限度地吸引學(xué)習(xí)者，引發(fā)他們的持續(xù)思 考和探 究［2］。

基本問題除了激發(fā)思考和探究之外，還可用于有效地架構(gòu)內(nèi)容目標(biāo)，促進對某一特定單元內(nèi)容的深入理解，以及知識間的聯(lián)系和遷移。學(xué)生對基本問題的持續(xù)追問和探索，將最終指向單元核心內(nèi)容的深入理解和單元學(xué)習(xí)目標(biāo)的有效達成。例如，在基本問題1 和問題2 的引領(lǐng)下，學(xué)生分別完成相應(yīng)的知識構(gòu)建（圖5、圖6）。

圖5 減數(shù)分裂過程中染色體行為變化與后代變異性之間的關(guān)系

圖6 薩頓假說的提出及驗證思維導(dǎo)圖［7］

教師設(shè)計基本問題時，應(yīng)將相關(guān)的知識和技能看作是理解學(xué)科關(guān)鍵問題的方法，而不是將其看作是要灌輸?shù)牟牧希?］。例如，在探索基本問題1的子問題①時，必然涉及同源染色體、聯(lián)會、四分體等基本概念；在探索子問題②時，又需要模擬非同源染色體的自由組合和同源染色體間的交叉互換等模型構(gòu)建方法。

基于上述對基本問題的界定和詮釋，設(shè)置本單元基本問題及子問題如下：

1）在迅速變化的環(huán)境中生存的生物，為什么有性生殖產(chǎn)生的后代具有更強的適應(yīng)性？

①為什么同樣一個精原細胞，經(jīng)過有絲分裂產(chǎn)生的子細胞染色體數(shù)目與組成相同，而通過減數(shù)分裂產(chǎn)生的子細胞染色體數(shù)目減半、組成多樣？該子問題旨在引發(fā)學(xué)生在已習(xí)得的有絲分裂的基礎(chǔ)上，對減數(shù)分裂的過程進行探究性學(xué)習(xí)。

②父親體內(nèi)所有的精原細胞，染色體組成并無差別；母親體內(nèi)的卵原細胞也是如此?？墒菫槭裁础耙荒干抛樱抛痈鞑煌?？該子問題指向減數(shù)分裂非同源染色體的自由組合、同源染色體的

交叉互換和受精作用雌、雄配子結(jié)合的隨機性。

2）為什么有些性狀總是相伴出現(xiàn)？科學(xué)家是如何將基因定位在染色體上的？

3）為什么有些性狀的遺傳總是與性別相關(guān)聯(lián)？如何科學(xué)地解釋女性色盲發(fā)病率（0.49%）恰為男性發(fā)病率（7%）的平方？

4.2 反思支架 學(xué)后反思，即通過怎樣的反思，讓學(xué)生管理自己的學(xué)習(xí)。從某種程度上說，核心素養(yǎng)是學(xué)生自己反思或領(lǐng)悟的，不是直接“教”出來的，從具體的知識與技能到學(xué)科核心素養(yǎng)，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于介入真實情境與學(xué)后反思［1］。這就需要教師提供反思支架，引導(dǎo)學(xué)生通過追溯和反思學(xué)習(xí)過程，促進所習(xí)得的知識、技能向?qū)W科核心素養(yǎng)的過渡或升華。因此，學(xué)后反思必須是學(xué)習(xí)方案的一個組成部分，而且是學(xué)習(xí)過程的關(guān)鍵步驟。以下是本單元的反思支架及其所期待的反思成果：

1）無論減數(shù)第一次分裂，還是減數(shù)第二次分裂，都涉及一個母細胞中的染色體平均分配到2個子細胞中。為什么精原細胞或卵原細胞經(jīng)過減數(shù)分裂產(chǎn)生的精細胞或卵細胞染色體數(shù)目卻減少了一半？

整個減數(shù)分裂過程，染色體只復(fù)制1 次，而細胞分裂2 次；減數(shù)第一次分裂，同源染色體分開，分配到2 個子細胞中；減數(shù)第二次分裂，姐妹染色單體分開，分配到2 個子細胞中。

2）嘗試從配子形成和受精作用2 個環(huán)節(jié)，說明有性生殖產(chǎn)生的后代具有遺傳多樣性和穩(wěn)定性的原因。

遺傳的穩(wěn)定性：①染色體只復(fù)制1 次，而細胞分裂卻有2 次，因而每個子細胞中的染色體數(shù)目減少了一半，再通過受精作用使后代染色體數(shù)目保持恒定；②“減數(shù)”不是隨機的，而是同源染色體分離，這是有性生殖的生物保持種族遺傳物質(zhì)恒定性的機制。

遺傳的多樣性：①同源染色體的分離，為非同源染色體隨機重組提供條件（染色體間重組）；②前期Ⅰ非姐妹染色單體互換，導(dǎo)致遺傳物質(zhì)的非隨機重組（染色體內(nèi)重組）。

3）摩爾根是如何將一個特定的基因（w）定位于一條特定的染色體（X）上的？這對于你理解科學(xué)的基本特點——以懷疑作審視的出發(fā)點，以實證為判斷的尺度，以邏輯做論辯的武器有何幫助？

4）孟德爾遺傳定律不僅能解釋已有的實驗結(jié)果，還能定量預(yù)測新的實驗結(jié)果，但畢竟是從實驗數(shù)據(jù)推演出來的。你能否運用減數(shù)分裂和“基因在染色體上”知識對此做出科學(xué)地解釋？這對于你理解科學(xué)的本質(zhì)——不斷地探索求真有何幫助？

總之，制定單元學(xué)習(xí)方案需要按照“課程標(biāo)準(zhǔn)→單元目標(biāo)→評價任務(wù)→學(xué)習(xí)過程”的程序逆向設(shè)計?；締栴}、思考探究、交流評價、反思修正是保障學(xué)習(xí)過程有效性和參與性的4 個環(huán)節(jié)。其中，“基本問題”是引領(lǐng)學(xué)生持續(xù)探究和論證的動力引擎；“學(xué)后反思”是促進知識、技能向?qū)W科核心素養(yǎng)過渡或升華的關(guān)鍵步驟。