基于發展生物學核心素養的“染色體組”概念的教學設計

丁芷晴 肖 智 高 峰 王瑞珍

（華南師范大學生命科學學院 廣東廣州 510631）

1 教材分析及設計思路

“染色體組”的教學內容選自人教版高中《必修2·遺傳與進化》第五章第二節?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）對該節教學內容的要求為“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”。而染色體組作為一個基礎及關鍵的概念，對于學生深入理解染色體的組成（結構和數目）對生物體正常生命功能行使的意義至關重要。同時，染色體組是學習單倍體、二倍體以及多倍體等概念的前提，也是學習人工誘導多倍體、單倍體育種、無子西瓜培育等生物技術的知識基礎，在教材中占據核心地位，因此染色體組的概念為本節最重要的教學內容。

完成本知識點學習后，學生應掌握染色體組概念中“成套性”和“代表性”這兩個重要的特點，但教材中關于染色體組概念的內容表述較簡略，未進一步闡述其內涵和外延，學生理解起來存在一定困難。因此，本教學設計將染色體組的“成套性”和“代表性”設置為教學難點。

為了培養學生的科學思維，同時強調染色體組對實現正常生命活動的功能，筆者利用雄蜂的例子代替教材中果蠅的例子進行教學設計，通過展示事實、設計情境、提出問題等環節，更好地驅動學生依據事實進行分析歸納，在分析問題、解決問題的過程中獲得新知。雖然蜜蜂的染色體比果蠅多，但染色體組的概念構建過程不需要分析每條染色體的具體情況，并不會增加教學難度。

2 教學目標

《課程標準》以培養高中生的生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等學科核心素養為基本理念，并且提出“要讓學生深刻理解和應用重要的生物學概念，發展生物學學科核心素養”。但倘若在概念教學過程中，教師僅讓學生識記教材上染色體組的定義和例子，學生則只能對相關事實進行背誦和復述，無法深入理解概念，其核心素養的發展也只能停留在較低的層次。本教學設計旨在驅動學生在實例分析的過程中強化生命觀念，在分析和解決問題的過程中運用科學思維構建概念、感知概念的意義，在活化知識、應用概念的過程中培養社會責任，從而發展生物學學科核心素養。因此，制定教學目標如下：

（1）通過對雄蜂體細胞染色體組成的討論，運用結構與功能觀及生物體部分和整體相統一的觀點，構建染色體組的概念。

（2）通過對拼圖、人類基因組計劃等事例的分析，運用類比、推理、歸納及概括等科學思維，得出染色體組的兩個重要特點與意義。

（3）運用染色體組的知識解決實際問題。

3 教學過程

3.1 創設情境，提出問題

教師首先呈現實例：蜂王和工蜂是雌蜂，皆由精卵結合發育而成，但雄蜂僅由未受精的卵細胞直接生長發育而來，即雄蜂體細胞中只含有雌蜂體細胞染色體數目的一半，但卻可以存活并正常完成各項生命活動（圖1）。教師聯系實際，創設情境，激發學生學習興趣及探究熱情，進而提出核心問題：雄蜂體細胞中的這樣一組染色體具有什么特點？

圖1 蜜蜂個體的發育過程及體細胞染色體組成

設計意圖：教師依據事實設計情境，設疑激趣，驅動學生進行積極思考。事實證據增強了染色體組概念的可信度和科學性，核心問題的明確提出推動了教學目標的實現。

3.2 分析問題，感知概念

教師通過設置問題鏈搭建思維支架，引導學生觀察并分析雄蜂體細胞中的染色體組成，進而啟發學生分析得出染色體組的組成特征及功能，逐步構建概念。問題鏈設置如下：①雄蜂體細胞中的染色體形態結構相同嗎？②這樣形態結構不同的染色體稱為什么？③非同源染色體所控制的性狀類型是相同的嗎？④這組非同源染色體所攜帶的遺傳信息足以使得生物體的生命活動正常進行嗎？為什么？⑤雄蜂由卵細胞發育而來，其體細胞中的染色體組成與卵細胞中一致。那么卵細胞又是怎樣產生的？⑥減數第一次分裂后期染色體發生了什么行為？其中，問題⑤⑥為解決問題④服務。

通過對前三個問題的思考，學生能夠得出雄蜂體細胞中的染色體是“一組形態、功能不同的非同源染色體”的構成特征。通過解決后三個問題，學生對雄蜂染色體的來源作進一步探討。結合教師講解“通過減數分裂，每對同源染色體都有一條進入同一個卵細胞中”，學生從而理解：雄蜂體細胞中含有蜜蜂所有類型的染色體，攜帶著一套完善的遺傳信息，即具備“成套性”特點。這樣，學生可以感悟到雄峰體細胞染色體的組成及其特點對于“互相協調、共同控制生物的正常生命活動，包括生長、發育、遺傳和變異”的功能作用。

接著，教師運用類比，進一步促進學生對染色體組這一整體的功能的理解：雄蜂體細胞中這組染色體所組成的這一整體是生物體最基本的遺傳信息組成，不能缺少一條也不能增多一條染色體，否則都會影響其功能實現，這就像一幅拼圖，缺少其中一塊無法拼成完整的圖案，增多一塊也會對圖案畫面造成影響。

設計意圖：問題鏈支架有效指引學生自主分析，得出雄蜂染色體的構成特征，進而明確染色體組這一整體的功能，強化結構功能觀、部分與整體相統一的生命觀念，同時鍛煉科學思維。教師突出染色體組概念內涵，闡明其“成套性”特點，利用類比，啟發幫助學生深入理解這一特點，初步突破教學難點。

3.3 解決問題，形成概念

教師回扣核心問題：只有雌蜂一半染色體數目的雄蜂也能正常生活，其體細胞中的這樣一組染色體具有什么特點？并利用板書（圖2），引導學生結合所學知識解決問題，引入染色體組這一概念術語，闡明像雄蜂體細胞中的這樣“一組非同源染色體，形態、功能不同，但又互相協調、共同控制生物的生長、發育、遺傳和變異”稱為一個染色體組。這樣，教師促進學生在解決問題的過程中，升華提煉，形成概念，突出教學重點，鍛煉學生歸納概括的科學思維。

圖2 “染色體組”教學片斷的板書設計

3.4 理解意義，深化概念

概念具有一定的普適性，染色體組的概念不僅適用于雄蜂，也適用于其他生物，即實現概念的外延。另外，學生只有清楚概念的意義，才能真正理解概念。因此教師啟發學生思考：為了了解人類女性遺傳信息的基本情況，至少需要對多少條染色體進行基因測序？為什么？學生容易依據概念回答出測定23條，即一個染色體組。

此時，教師進一步追問：為什么只需測定一個染色體組中的23條，而不是46條染色體？通過分析推理，學生能夠得出：同源染色體具備相同的性質。結合教師講解，學生明確同源染色體的形態和功能相同，用其中一條染色體可代表該對同源染色體，即可用一個染色體組來代表生物體染色體上遺傳信息的基本情況，染色體組具備“代表性”意義。

設計意圖：教師引導學生活化知識，應用染色體組的概念解決實際問題，實現社會責任目標，并且使學生在分析推理的過程中進一步達成科學思維目標。同時，突顯概念外延，加深對概念本質的挖掘，突出染色體組的“代表性”意義，進一步突破難點。在推動學生運用所學的過程中，達到對概念意義的升華，使學生理解染色體組這一人為劃分概念的必要性和科學性。

3.5 課后思考，實現概念拓展

教師留下課后思考題：①為了了解男性遺傳信息的基本情況，至少對多少條染色體進行基因測序？為什么？②查閱資料：是否所有只含一個染色體組的配子都可以發育成一個正常的個體？教師利用課后思考題，推動學生課后繼續思考和挖掘知識，進一步完善概念。

4 教學反思

本教學設計以雄蜂的實例為主線，通過“提出問題—分析問題—解決問題”的方式推動學生進行分析推理、歸納總結的科學思維活動。學生通過“感知概念—形成概念—深化概念—應用概念”的概念學習環節，最終獲得對染色體組概念的深入理解。在此過程中，教師滲透強化生命觀念，結合社會現實問題，引導學生活化知識，應用所學，激發學生社會責任，在突出染色體組概念內涵和外延的同時，將生物學學科核心素養的培養貫穿于整個教學過程。