張煜航
在新課程改革背景下,《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》指出生物學(xué)課程設(shè)計(jì)追求“少而精”的原則,內(nèi)容聚焦大概念。通過多方位分析整合生物學(xué)知識(shí),厘清次位概念、重要概念、大概念等各層級(jí)概念的邏輯關(guān)系,聚焦大概念建構(gòu)單元主題概念體系。情境化教學(xué)法是突出學(xué)生在教學(xué)中的主體地位,依托特殊情境將抽象知識(shí)形象化,在情境問題解決中活躍學(xué)生思維,產(chǎn)生對(duì)問題多方位的見解,在對(duì)各層級(jí)概念逐層建構(gòu)中獲得知識(shí)、能力和素養(yǎng)的提升。
本文以人教版高中生物學(xué)必修2“遺傳與進(jìn)化”第5章第2節(jié)“染色體變異”教學(xué)設(shè)計(jì)為例,分析如何基于大概念開展情境化教學(xué),促進(jìn)學(xué)生對(duì)染色體變異概念的理解。
一、教學(xué)內(nèi)容分析
課標(biāo)中與本節(jié)內(nèi)容相關(guān)的要求是:舉例說明染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)量變異都可能導(dǎo)致生物性狀的改變甚至死亡;“學(xué)業(yè)要求”為:基于證據(jù)論證可遺傳變異來自基因重組、基因突變和染色體變異。依次分析本單元概念與其他模塊概念之間的關(guān)系(圖1),本節(jié)內(nèi)容從染色體變化角度認(rèn)識(shí)生物變異原因,可與基因突變和基因重組形成直觀完整的知識(shí)體系,有助于學(xué)生理解遺傳、變異等概念,為后續(xù)學(xué)習(xí)生物多樣性、生物進(jìn)化等奠定基礎(chǔ)。內(nèi)容包括染色體結(jié)構(gòu)變異和染色體數(shù)目變異,理解染色體組、二倍體、多倍體等重要概念才能正確闡述從染色體數(shù)目變異原理中衍生出的多倍體育種和單倍體育種。設(shè)計(jì)時(shí)可以以“人工草莓培育”為情境主線貫穿始終,依托情境設(shè)計(jì)問題串突破染色體組、多倍體、單倍體等難點(diǎn),在任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)中逐層構(gòu)建概念。
二、教學(xué)目標(biāo)
1.通過觀察普通草莓與東港草莓的染色體組成,說出染色體變異類型。
2.觀察各種草莓染色體示意圖中染色體數(shù)目與形態(tài)特征,構(gòu)建染色體組、多倍體、單倍體等概念。
3.運(yùn)用多倍體育種原理設(shè)計(jì)三倍體無籽草莓的培育方案。
4.結(jié)合本節(jié)內(nèi)容運(yùn)用單倍體育種與多倍體育種技術(shù)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出建議。
三、教學(xué)過程
(一)創(chuàng)設(shè)情境,引發(fā)質(zhì)疑
【情境1】制作草莓冰沙,呈現(xiàn)東港草莓、普通草莓對(duì)比圖,教師提出問題:選擇哪種草莓制作冰沙?學(xué)生對(duì)比提出選更大更飽滿的東港草莓。
【資料1】東港草莓個(gè)頭大,多汁味好,營養(yǎng)豐富。? 提出問題:東港草莓為何比普通草莓更大、更飽滿?學(xué)生認(rèn)為是培育過程不同造成的。
【評(píng)價(jià)】草莓冰沙制作情境與生活聯(lián)系緊密,可調(diào)動(dòng)學(xué)生的感性體驗(yàn)和積極性,使學(xué)習(xí)氛圍更為濃厚,符合學(xué)生認(rèn)知和教學(xué)規(guī)律,將生物學(xué)知識(shí)與實(shí)際生活建立有機(jī)聯(lián)系,有助于學(xué)生深化對(duì)知識(shí)的認(rèn)知。
(二)研討分析,觸摸概念
【情境2】不同品種草莓體細(xì)胞或配子染色體組成。
【任務(wù)1】觀察普通草莓與東港草莓體細(xì)胞染色體組成(圖2、3),說出性狀不同的原因。
學(xué)生觀察后提出染色體數(shù)目不同導(dǎo)致性狀差異。
展示普通草莓體細(xì)胞染色體圖(圖4)、配子染色體圖(圖5)完成任務(wù)2。
【任務(wù)2】根據(jù)普通草莓體細(xì)胞與配子染色體組成回答問題:
①體細(xì)胞中兩條1號(hào)染色體是什么關(guān)系?
②配子中七條染色體是什么關(guān)系?
③配子中七條染色體有何不同?
學(xué)生思考并完成學(xué)案內(nèi)容:①體細(xì)胞中兩條1號(hào)染色體是同源染色體;②配子中七條染色體互為非同源染色體;③配子中七條染色體形態(tài)、結(jié)構(gòu)、大小不同。
學(xué)生自主構(gòu)建染色體組概念:一套形態(tài)、結(jié)構(gòu)、大小不同的非同源染色體。
展示普通草莓體細(xì)胞染色體組成,學(xué)生觀察回答有幾個(gè)染色體組。構(gòu)建二倍體概念:由受精卵發(fā)育而來,體細(xì)胞含兩個(gè)染色體組的個(gè)體。
展示東港草莓及無籽草莓體細(xì)胞染色體組成,學(xué)生回答體細(xì)胞中有幾個(gè)染色體組,是幾倍體。構(gòu)建多倍體概念:由受精卵發(fā)育而來,體細(xì)胞含三個(gè)及以上染色體組的個(gè)體。
【評(píng)價(jià)】同源染色體與染色體組概念是染色體變異的認(rèn)知基礎(chǔ),此環(huán)節(jié)從普通草莓體細(xì)胞與配子染色體分析開始,學(xué)生觀察染色體數(shù)量和形態(tài)特征后歸納概括,自主構(gòu)建核心概念,既獲得感性認(rèn)知,又能對(duì)概念理解透徹。
(三)深度剖析,完善概念
【情境3】不同品種草莓的培育過程及原理。
回顧細(xì)胞分裂的知識(shí),經(jīng)減數(shù)分裂和受精作用發(fā)育成的個(gè)體,體細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目與親代關(guān)系是什么?出示普通草莓發(fā)育流程圖(圖6)。
【任務(wù)3】據(jù)圖從細(xì)胞分裂角度思考普通草莓(二倍體)經(jīng)人工培育成東港草莓(四倍體)的原因,并用染色體模型(兩對(duì)同源染色體)模擬。
學(xué)生展示并闡述染色體模型模擬的細(xì)胞分裂異常過程。
(1)形成雌雄配子時(shí)減數(shù)分裂Ⅰ后期同源染色體未分離(圖7),配子含兩個(gè)染色體組,其受精卵含四個(gè)染色體組,將發(fā)育成四倍體。
(2)形成雌雄配子時(shí)減數(shù)分裂Ⅱ后期染色單體分離后移向同一極(圖8),配子含兩個(gè)染色體組,其受精卵含四個(gè)染色體組,將發(fā)育成四倍體。
(3)有絲分裂后期染色單體分離后都移向同一極(圖9),子細(xì)胞中含四個(gè)染色體組,將發(fā)育成四倍體。
教師展示:農(nóng)作物種植時(shí)常對(duì)萌發(fā)的種子或幼苗用秋水仙素或低溫處理,誘變?yōu)樗谋扼w。
【任務(wù)4】閱讀教材第88頁多倍體育種的內(nèi)容,思考秋水仙素與低溫作用的原理。
學(xué)生自主閱讀,說出原理是秋水仙素或低溫能抑制紡錘體形成,使染色體不能移向兩極,引起染色體數(shù)目加倍。
教師以實(shí)例說明多倍體特點(diǎn):(1)莖稈粗壯;(2)葉片、果實(shí)和種子較大;(3)糖類和蛋白質(zhì)等含量增多。
【任務(wù)5】寫出用普通草莓培育無籽草莓的過程,用染色體模型解釋無籽草莓的成因。
學(xué)生分組討論再展示交流:二倍體草莓與四倍體草莓雜交可得三倍體無籽草莓。草莓無籽的原因是體細(xì)胞有三個(gè)染色體組(圖10),減數(shù)分裂Ⅰ發(fā)生聯(lián)會(huì)紊亂,產(chǎn)生可育配子概率很低。
【資料2】科學(xué)家培育多倍體草莓時(shí)發(fā)現(xiàn)部分二倍體草莓配子經(jīng)花藥離體培養(yǎng)直接發(fā)育成個(gè)體,這些個(gè)體與正常草莓相比長得弱小、高度不育。
【任務(wù)6】根據(jù)上述資料回答問題。
(1)這些個(gè)體的體細(xì)胞含幾個(gè)染色體組?稱為幾倍體?
(2)單倍體發(fā)育起點(diǎn)是什么?
(3)單倍體體細(xì)胞內(nèi)只含一個(gè)染色體組嗎?
學(xué)生閱讀資料思考,在學(xué)案上作答。
教師開展多倍體或單倍體的概念辨析,不能只看體細(xì)胞內(nèi)染色體組數(shù),還要看發(fā)育起點(diǎn)。
【評(píng)價(jià)】本環(huán)節(jié)緊扣大概念教學(xué)中本課時(shí)所對(duì)應(yīng)的多倍體與單倍體形成原因,圍繞普通草莓觀察、分析染色體組知識(shí),結(jié)合細(xì)胞分裂知識(shí)由易到難構(gòu)建細(xì)胞分裂的異常模型解釋四倍體、三倍體形成過程和原因。教師創(chuàng)設(shè)的情境很好地串聯(lián)學(xué)生內(nèi)生性知識(shí)與生物學(xué)事實(shí),學(xué)生自主構(gòu)建染色體異常模型是對(duì)抽象的生物學(xué)知識(shí)具象化、結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)過程。
(四)情景再現(xiàn),遷移概念
【情境4】培育抗蟲害、抗鹽堿特征的草莓。
【任務(wù)7】草莓有抗蟲害(A)與抗鹽堿(b)兩種性狀,控制兩對(duì)性狀的基因位于兩對(duì)同源染色體上?,F(xiàn)有基因型為AaBb的草莓植株,若利用傳統(tǒng)自交育種獲得純種抗蟲害、抗鹽堿(AAbb)的后代周期較長,運(yùn)用本節(jié)知識(shí)設(shè)計(jì)能縮短育種周期的方案。
學(xué)生分組討論并展示交流:建構(gòu)染色體模型(圖11)闡明理由:用花藥離體培養(yǎng)將該草莓植株產(chǎn)生的配子培育成單倍體,根據(jù)性狀篩選抗蟲害、抗鹽堿個(gè)體,用秋水仙素處理使染色體數(shù)目加倍恢復(fù)可育,再大規(guī)模種植。
【評(píng)價(jià)】結(jié)合基因在染色體上及染色體變異的相關(guān)知識(shí),面對(duì)真實(shí)情境發(fā)散思維,針對(duì)情境問題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,解決實(shí)際問題。從情境中來再到情境中去,落實(shí)大概念教學(xué)中與本課時(shí)相關(guān)的次位概念“生物變異在生產(chǎn)生活當(dāng)中的應(yīng)用”。
四、教學(xué)反思
1.高中生物學(xué)大概念教學(xué)具有獨(dú)特的系統(tǒng)性,基于此設(shè)計(jì)的教學(xué)方案會(huì)對(duì)教材原有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的改善,站位更高,本課時(shí)所需達(dá)成的教學(xué)目標(biāo)是由大概念拆分成重要概念最后細(xì)分為每節(jié)課所對(duì)應(yīng)的次位概念。使得課時(shí)與課時(shí)之間具有連貫性,連成一條完整的知識(shí)邏輯主線,不會(huì)出現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)斷層割裂的現(xiàn)象。學(xué)生在此教學(xué)模式下學(xué)習(xí)類似于拼拼圖的過程,不只要找到目前所學(xué)的這一塊,還需要根據(jù)已學(xué)知識(shí)模塊將其融合進(jìn)原有知識(shí)體系當(dāng)中,不斷內(nèi)化整合,形成專屬記憶網(wǎng)。通過自身生物學(xué)知識(shí)體系的有效構(gòu)建來實(shí)現(xiàn)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的有效培育,對(duì)提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)習(xí)效果具有重要價(jià)值。
2.對(duì)于本節(jié)中染色體變異這一微觀知識(shí)點(diǎn),若沒有貫穿始終的有序情境作為載體,學(xué)生所學(xué)到的只是一盤散沙。教材中給出許多生物染色體變異例子,但跨度較大,難以整合,本文以“人工草莓培育”為主題情境,包含染色體變異與應(yīng)用內(nèi)容,學(xué)生根據(jù)情境任務(wù)分析思考、小組討論和搭建模型,解決貼近生活實(shí)際的問題,學(xué)會(huì)運(yùn)用科學(xué)思維辯證地看待生物學(xué)現(xiàn)象。
(作者單位:福建省廈門第二中學(xué))
編輯:趙文靜