基于情境创设的学科核心素养落实——“伴性遗传”教学设计
时间：2023-03-01 08:10:07 来源：千叶帆 本文已影响人
耿 芳
（上海市上海中学 上海 200237）
《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）对教学内容进行了更新，其中提出要以主题为引领，使课程内容情境化，从而促进包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任的学科核心素养落实。除此之外，2019年7月，中共中央、国务院颁布了《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》，文件中提出“要重视情境教学”。由此可见情境创设对于提高教学效果而言十分重要。基于此，笔者将主要结合自身实际教学经验，以“伴性遗传”一节的教学设计为例，通过创设情境落实生物学科核心素养。
本节是2022年沪科版《必修2·遗传与进化》（以下简称新教材）第二章“有性生殖中的遗传信息传递”第三节的内容。第二章第一节从细胞层面引入减数分裂，说明了有性生殖过程中遗传信息通过配子传递给子代。第二节阐述了分离定律和自由组合定律，并明确基因位于染色体上。本节是分离定律在性染色体上的应用，同时是后续人类遗传病课程的基础。
《课程标准》中与本节相关的次位概念是“3.2.4概述性染色体上的基因传递和性别相关联”。《课程标准》同时指出在本模块内教师应引导学生发现和提出问题，学习相关概念、原理、规律等，应用有关知识分析和解决实践中的问题，体验科学家探索遗传的过程。
与沪科版旧教材相比，新教材将摩尔根探究果蝇的眼色遗传与性别关系的历程放到了正文部分。学习摩尔根的研究历程有利于培养学生的科学思维及科学探究能力。因此，教师创设英国王室血友病这一情境，结合摩尔根发现伴性遗传规律的科学史，基于科学探究思维应用推理与演绎的方法阐明伴性遗传的特点，并利用情境培养学生的社会责任，培养学生的生物学学科核心素养。
①概述性别决定的主要方式；
通过对摩尔根果蝇实验的分析，阐明伴性遗传的特点。
②通过实例，了解伴性遗传规律在日常生活和生产实践中的应用。
教学重点：位于性染色体上的基因，其遗传方式与性别有关。
教学难点：通过对摩尔根果蝇实验的分析，阐明伴性遗传的特点。
4.1 情境创设，问题驱动学习
课堂伊始，教师播放一段介绍“英国王室血友病”的视频。视频中提及自维多利亚女王之后，在英国王室中血友病频发。视频还对血友病患者的表现进行了简单介绍，即患者体内缺乏凝血因子蛋白质，因此一旦受伤便会血流不止。教师提出问题：根据已学知识中心法则，血友病患者体内为什么会缺乏凝血因子蛋白质？学生讨论，得出血友病发病的根本原因在于指导凝血因子合成的基因存在问题。
教师向学生展示维多利亚女王及部分后代血友病患病情况简图（图1），并提出问题：为什么在维多利亚女王家族中血友病患者均为男性？
设计意图：“英国王室血友病”这一真实情境可以激发学生的学习热情，以直观的方式展现伴性遗传的特点，引发学生对于血友病发病的思考，引导学生意识到血友病发病与性别相关联，从而引出人类的性别决定方式。
4.2 情境深入，引出生命观念
教师向学生展示男性和女性体细胞染色体组成示意图，并提出问题：男性和女性的染色体组成有什么区别？学生会关注到X和Y两条染色体与性别相关，从而思考出人类性别的决定方式：人体存在两条性染色体X和Y，男性体细胞内为XY，女性体细胞内为XX。教师追问：所有生物都和人类是一样的性别决定方式么？在学生回答后，教师介绍其他几种性别决定类型，如ZW型性染色体决定型、基因决定型和环境决定型。
教师将血友病的发病机制与人类性别相结合，提问：为什么血友病发病与性别相关联？学生可能会联想到血友病致病基因可能位于性染色体上。依据维多利亚家族中患者均为男性这一特点，学生有可能会进一步猜想血友病致病基因位于Y染色体上。此时，教师无需给出准确答案，要鼓励学生大胆假设，小心求证，在课程结尾依据所学内容验证自己的假设。
设计意图：在“英国王室血友病”情境下，教师基于人类的性别决定方式，引导学生理解血友病与性别相关联的原因是血友病致病基因位于性染色体上，帮助学生进一步在头脑中构建“基因位于染色体上”的具体模型。除此之外，还引导学生思考、分析、概括其他性别决定方式，培养了学生的生命观念。
4.3 科学探究，培养科学思维
联系以上情境，在学生理解了某些与性别相关联的原因是致病基因位于性染色体上后，教师引出性染色体的基因传递是伴性遗传，提供摩尔根发现伴性遗传规律的相关科学史料，引导学生按照科学探究的思路进行思考与归纳，在沉浸式探究过程中培养学生的科学思维。
①观察现象并提出问题。教师提供资料：摩尔根选取的实验动物为果蝇。果蝇常见于各类腐烂的水果周围，是一种XY型性别决定的昆虫。其生活周期短、生命力强，容易饲养，是遗传学研究的好材料。野生型果蝇眼睛的颜色都是红色。摩尔根的夫人偶然发现了一只白眼果蝇，摩尔根将其视如珍宝，装在单独的瓶子里随身携带，哪怕睡觉也要放在身旁。摩尔根用这只白眼雄果蝇与一只红眼雌果蝇进行了杂交实验，结果显示F1全部为红眼。教师提出问题：果蝇的眼色遗传遵循什么规律呢？红眼和白眼哪个是显性性状？学生思考后，回答：让F1代个体雌雄交配，F2代中红眼果蝇的数量与白眼果蝇的数量这比约等于3∶1。因此，果蝇眼色的遗传遵循分离定律。然后，教师追问：为什么F2中白眼果蝇都是雄性？
②作出假设。依据“英国王室血友病情境”，学生思考F2中白眼果蝇都是雄性的原因并作出假设。有学生可能会作出假设为控制眼色的基因位于Y染色体上，有的学生可能会假设控制眼色的基因只位于果蝇X染色体上。接着，教师将提出不同假设的学生进行分组，分小组继续后续科学探究历程。
③设计实验。教师向学生展示现有实验材料，即红眼雌果蝇和白眼雄果蝇。学生分小组讨论、设计实验，并利用推理与演绎的方法，借助遗传图解得出理论实验结果。在小组讨论过程中，教师启发学生思考亲本中父本母本表型互换是否会影响实验结果，并鼓励学生身临其境，假想自己作为科学家摩尔根如何利用现有实验材料创造更多不同的实验材料，进而完成实验。
④实施实验并分析数据。学生分小组展示自己设计的实验，师生共同探讨实验的可行性及是否能够验证假设。教师向学生展示摩尔根所做的几组实验，引导学生比较自己设计的实验。学生将摩尔根所做实际实验结果与通过演绎推理所得出的理论实验结果相验证，进而得出结论。除此之外，在实验条件允许的情况下，教师可以鼓励学生课后进行真实实验，实现实验设计。
⑤得出结论。教师提出问题：根据实际实验数据，哪个假设是正确的？学生通过模拟真实的科学探究过程，明确控制眼色的基因位于果蝇X染色体上。
设计意图：以摩尔根果蝇实验科学史为线索，学生沿着科学家的研究道路、科学探究思路，运用演绎与推理的方法探讨、阐明伴性遗传的特点，从而培养科学思维。摩尔根实验的科学史从旧教材的“发现之路”板块被调整到新教材正文中，蕴含着摩尔根锲而不舍、追求真理的科学探究精神，具有很高的教育价值，能够很好地培养学生的科学素养。
4.4 情境应用，培养社会责任
回归情境，教师再次向学生展示维多利亚女王及部分后代血友病患病情况简图（图1），图中灰色代表患者。教师提问：血友病致病基因位于什么染色体上？在学生回答的基础上，教师继续追问：为什么？并引导学生分析原因，展现运用推理与演绎的方法过程，进而验证课堂伊始学生提出的假设是否正确，回答情境导入时引出的问题，以评价学生们对于本节内容的理解和应用情况。
教师展示全国范围内血友病患病相关材料：全国约有13.6万血友病患者，其中男性患者数量明显多于女性。并提出问题：结合伴性遗传的特点，为什么男性血友病患者数量多于女性？学生基于血友病致病基因为位于X染色体的隐性基因，进行解释。教师继续向学生展示血友病患者生活中的诸多不便，如很小的创伤对于血友病患者而言就有可能夺取他们的生命，进而激发学生们的社会责任感，如思考如何避免血友病这一遗传疾病的产生、如何从社会和个人层面关爱血友病患者等。
设计意图：课堂开始创设的情境贯穿整节课程设计，教师帮助学生完成知识的迁移和应用，引导学生自主学习意识，基于课程内容回答自己提出的问题，深化课程理解，并通过真实材料及疾病的数据，培养学生的社会责任。
本节课通过“英国王室血友病”的情境，教师由“讲述者”转变为“素材的提供者”，以学生为主导、以问题为驱动启发学生自主探究，并在探究过程中潜移默化地落实生物学科素养，让生物学习真实发生。
“英国王室血友病”这一情境满足了“情”和“境”两方面的要求。一方面，血友病作为遗传疾病严重威胁人类生命健康，关于血友病的认知有利于激发学生的学习兴趣与热情；
另一方面，这一情境也为学生的学习提供认知停靠点，整节课围绕血友病展开和深入，逐步达成教学目标。
高中遗传学相关内容联系紧密，教师可将“英国王室血友病”作为大情境融入到教学内容中，从而将遗传的分子基础、遗传信息传递和可遗传的变异三章内容有机串联起来，避免情境的碎片化，实现单元化教学课程内容的关联与融通。
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