基于大概念的高中生物學(xué)情境教學(xué)

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(guò)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(wèn)題解決中活躍學(xué)生思維，產(chǎn)生對(duì)問(wèn)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(shuō)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(lái)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(wèn)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(guò)觀察普通草莓與東港草莓的染色體組成，說(shuō)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(wú)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(guò)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(wèn)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?！举Y料1】東港草莓個(gè)頭大，多汁味好，營(yíng)養(yǎng)豐富。

提出問(wèn)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(guò)程不同造成的?！驹u(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?！救蝿?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(shuō)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(wèn)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(lái)，體細(xì)胞含兩個(gè)染色體組的個(gè)體。展示東港草莓及無(wú)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(lái)，體細(xì)胞含三個(gè)及以上染色體組的個(gè)體?！驹u(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(guò)程及原理?；仡櫦?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）?！救蝿?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(guò)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(yè)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(shuō)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(shuō)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?！救蝿?wù)5】寫出用普通草莓培育無(wú)籽草莓的過(guò)程，用染色體模型解釋無(wú)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(wú)籽草莓。草莓無(wú)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?！举Y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(zhǎng)得弱小、高度不育。【任務(wù)6】根據(jù)上述資料回答問(wèn)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)?！驹u(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(guò)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(guò)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?！救蝿?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(zhǎng)，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?！驹u(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(wèn)題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，解決實(shí)際問(wèn)題。從情境中來(lái)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(guò)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(guò)自身生物學(xué)知識(shí)體系的有效構(gòu)建來(lái)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